CN103002811B - 使用于捕获生物靶体的至少一个单元与包含靶体的流体瞬间接触的装置、回收捕获的靶体的方法、和用于接触和回收的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使捕获生物靶体的至少一个单元与包含靶体的体液进行瞬间接触的装置、回收捕获的靶体以用于分析的方法、以及用于接触和回收在单元中所包含的捕获底物的系统。本发明尤其涉及在体内由人体的体液得到的样品。接触装置包括：具有接触末端的采样头，旨在被引入到包含流体的介质中，以及所述的或者各个捕获单元，捕获单元与末端结合并且捕获单元包含定义靶体捕获表面的捕获底物，靶体捕获表面被至少一种生物相容性的多孔交联聚合物层覆盖，生物相容性的多孔交联聚合物层被设计用于保留各个捕获底物，并仅允许包括比限定尺寸小的靶体在内的生物相容性粒子通过，当各个捕获底物在通过所述的或各个层的溶解而进行接触之后而变得能够回收。

Description

使用于捕获生物靶体的至少一个单元与包含靶体的流体瞬间接触的装置、回收捕获的靶体的方法、和用于接触和回收的系统

技术领域

本发明涉及用于使用于捕获生物靶体的至少一个单元与包含生物靶体的体液瞬间接触的装置，用于回收这些捕获的靶体以用于分析的方法，以及用于实施这种瞬间接触及回收在所述的或者各个捕获单元所包含的捕获底物的系统。本发明涉及特别在体内由人体的体液获得的样品，其中所述的体液例如为循环体液，尤其是血液、脑脊髓液、细胞间液或淋巴，并且所述的流体可以包含(非限定性的实例)作为靶体的蛋白质、诸如RNA或DNA之类的寡核苷酸、抗体、酶或细胞。

背景技术

一些年来，分析技术，无论是基于基因组学、蛋白质组学还是免疫学，都得到进展，并且获得了显著的灵敏性水平。这些技术是基于所关注的成分、或者生物靶体的识别，这些元素或生物靶体必须由样品中存在的其他成分(无论是在体内获得的还是在体外获得的)中提取。如果如果靶体缺乏或者低于分析方法的敏感性的水平，则是不可能测量的。

样品的制备方法的目的在于捕获所需的靶体，并使它们在浓缩后与官能化的表面接触，其中在所述的表面上进行测量。由于所述的方法通过浓缩所述的靶体使得可以放松对测量敏感性的限制，所以这种方法极为受到关注。相反，如果在所得到的样品中不存在所述的靶体，则该方法是无效的。这个缺点在例如血液分析期间是明显的，其中样品体积减少的趋势不利地受到所寻找的成分的存在或缺乏以及测量系统的敏感性的影响。

传统的方法为将带有识别位点的纳米粒子(例如纳米珠)与包含靶体的样品混合，然后进行批量识别，最后通过离心或磁性吸引在回收这些纳米粒子之后对在测量表面上所捕获的靶体进行受控的盐析。

另一种已知的方法由使待测试的流体在具有所考虑的识别位点的表面上再循环构成。

在人体中循环的测试体液中的问题可以被简单地理解。在其中待测试的体积为所有血液或脑脊髓液的实例中，根据类推可以设想相同的途径，该途径由以下过程构成：将金属和/或磁性纳米粒子注入到体液或者皮肤之下，使得它们识别靶体，然后例如通过施加局部磁场或者通过在体外循环中过滤回收所述的纳米粒子。这种途径需要对所注入的粒子的毒性以及在肾脏、肝脏等中的过滤进行极为彻底的调查研究。仍未解决的问题是使所注入粒子达到令人满意的回收。

为了反击这些问题以及显而易见的引发当所述的纳米粒子被注射到人体中时可能出现的免疫反应和毒性反应的风险，目前所研发的解决方法通常是基于将这些金属和/或磁性纳米粒子封装在多种材料中，特别是封装在生物相容性聚合物中。根据所述的聚合物的多孔性，其可以起到过滤器的作用，从而阻断超过某些尺寸的生物物质。就这一点而言，“生物物质”是指细胞、分子、病毒、细菌或抗体。

在文章″Multi-reservoirdevicefordetectingasolublecancerbiomarker″，K.D.Danieletal.，LabonaChip，2007，Vol.7中，作者使用了用于特异性结合靶体的抗体官能化的磁性氧化铁纳米粒子。为了克服不稳定性的问题，将这些纳米粒子放置在处于10nm孔的聚碳酸酯膜之后的PDMS的孔中。生物标志物可以通过所述的膜，但是纳米粒子不能通过，因此保持封装。检测是通过荧光在装置中直接进行的。

专利文件US-A1-2007/0122829描述了在至少部分可渗透的外罩内，使用与配体偶联的大孔聚合物底物基质的检测试剂，测量流体中分析物的浓度的装置。

就这一点而言，专利文件US-A1-2004/0157951公开了测量装置，该装置一方面包含了例如水凝胶的核心，另一方面包含了具有选择性通透性的聚合物涂层，其中所述的核心可以包含能够与分析物可逆性地结合的试剂。检测是通过通过荧光测量原位进行的。

在这些已知的装置中，采用涂层或封装都会在对比的效率、对组织的耐受或捕获的能力方面改善测量装置的性能。

但是，这些已知的装置的主要缺点在于它们不能被设计成在将它们与所考虑的流体中的所需靶体接触之后用于回收纳米粒子，例如纳米珠或纳米球，显而易见地它们不能被设计用于捕获这些靶体或者用于通过MRI(磁共振成像)进行分析。换言之，体内注入纳米粒子所形成的问题并没有在现有技术被真正的解决。

发明内容

本发明的一个目的为提供了这样的装置，该装置用于将用于捕获待分析的靶体或生物物质的至少一个单元与包含所述的靶体的体液明显地在体内进行瞬间的接触，所述的装置克服了上文提出的缺点。

就这一目的而言，根据本发明的装置包含：

-具有接触末端的采样头，其将被引入到包含所述的这些流体的介质中，以及

-与所述的末端结合的所述的或者各个捕获单元，该捕获单元包含定义了靶体捕获表面的捕获底物，所述的表面被至少一种生物相容性的多孔交联聚合物层覆盖，所述的聚合物层被设计用于保留所述的或者各个捕获底物，并且仅使生物相容性粒子(包含比限定尺寸小的那些靶体)通过，按照这样的方式显而易见的是当所述的或者各个捕获底物与靶体结合时，在通过溶解所述的或者各个层进行接触之后而变得能够回收。

“捕获单元”是指用于捕获这些靶体的具有捕获表面的底物，其中所述的表面优选的是被所述的或者各个之前所述的聚合物层官能化和覆盖。因此，用于捕获靶体的这种专用的表面优选地包含被设计用于与这些靶体选择性或非选择性地接触的官能团，以便捕获它们。

表征了所述的或者各个捕获单元的捕获表面可以为聚合物、半导体、金属或玻璃底物的表面，在这些表面上这些官能团被接枝。所述的这种表面可以平坦的、微米或纳米结构的，或者是球形的。尤其可以是诸如聚苯乙烯、二氧化硅或金属之类的材料的纳米粒子的整个表面。这些纳米粒子可以是磁性的。

表达方式“保留所述的或者各个捕获底物”是指防止全部或者部分这种/这些底物分散到有机体中。因此，重要的是将所述的捕获底物完整地保持在采样头中。

在本说明书中，“采样头”是指这样的头，其相当于针、导管或外部系统的末端，其能够被引入到包含体液的介质中。此类介质可以为例如人类或动物的静脉。

应该注意的是根据本发明的所述的或者各个交联(例如凝胶的)聚合物层由此具有选择性通透性，其可以确保在所述的接触过程中，这些化合物可以由比所述的限定尺寸更大的流体的成分中分离得到。

此外，应该注意的是对于所述的化合物而言是多孔的这种聚合物涂层使得其可以：

-避免了它所覆盖的捕获底物(以及尤其是表面接枝的官能团)与体液之间的直接接触，从而防止了免疫反应；

-防止全部或者部分所述的或者各个捕获底物在介质中扩散；以及

-根据它们的尺寸选择性地用于待捕获的生物靶体。

此外，由于这种聚合物层的柔韧性，使得其提供了对周围的生物组织施加较少的机械应力的益处。

根据本发明的另一个特征，所述的或者各个捕获底物的捕获表面可以由部分所述的头的表面构成，和/或可以与所述的头连接，其中所述的表面优选的是被接枝官能团官能化，所述的官能团被设计为与所述的靶体接触从而捕获它们。

当所述的或者各个捕获底物构成了部分所述的头时，优选的是以使用聚合物层覆盖官能化表面的形式定位于所述的头的所述的末端，并且这种表面可以为嵌入在聚合物层中的所述的头的表面或者粒子(优选为纳米粒子)的表面的一部分，该表面的一部分覆盖了所述的头的表面的一部分。

当所述的或者各个捕获底物与所述的头连接时，其可以为直径为微米或纳米的、与所述的头整体保持的珠或球的形式，这将在下文中详细描述。

接枝在所述的或者各个底物的表面上并且能够捕获靶体的官能团形成了这些靶体的识别位点，这些基团优选地选自阴离子官能团、阳离子官能团、抗体和寡核苷酸(例如适体)。此外，我们还可以提及色谱类型的功能以及肽和寡核苷酸文库的功能。甚至更优选的是，将所述的或者各个捕获表面官能化的这些官能团为阴离子或阳离子类型的带电基团。

有利的是，所述的或者各个聚合物层都可以具有定义了所述的限定尺寸的、介于30nm至500nm的多孔性。当所述的或者各个捕获底物由球形纳米粒子构成时，所述的聚合物层的多孔性被定义为防止这些纳米粒子离开这些层。因此应该注意的是根据本发明的装置可以：

-使得捕获表面与循环成分、尤其是待捕获的靶体瞬间紧密接触，

-与靶体结合的官能团可以通过所述的或者各个层的交联(即，凝胶化)可逆性容易地回收，

-保证捕获底物的这些官能团或者任何部分不会分散在待测试的流体中，

-由于所述的或者各个多孔聚合物层的过滤，而防止流体的不良生物组成部分吸附在这些官能团上，所述的不良组成部分通常比孔径更大，例如为血细胞(例如红细胞)、或者大的蛋白质(例如清蛋白)。

优选的是，设计所述的装置，使得所述的或者各个捕获单元(即，使用至少一个聚合物层覆盖的捕获底物)在引入以及由包含生物流体的介质中收回的过程中受到机械保护，并使得一旦所述的引入被实施，所述的装置便可以利用。这种机械保护的目的在于有机体中引入和收回所述的装置时，全部或部分所述的捕获底物或多种捕获底物例如在与组织接触过程中发生分散的风险。所述的利用允许将捕获系统暴露于在生物流体中所包含的多种物质。

例如，在引入过程中，可以将取样头、以及与该头整合的所述的或各个捕获单元插入到保护性引导壳中，然后在这种保护性壳的末端被引入到所述的介质中时被利用。优选的是，所述的利用被设想成是可逆的，并且允许返回至对折的位置，然后由所述的介质收回到所述的壳中。所述的保护性壳可以为管、针或导管的中空末端，前体条件是所述的头和/或所述的或各个捕获单元可以在所述末端的内部被转变，从而根据转变的方向被利用或对折起来。

根据本发明的第一个实施方案，所述的或各个聚合物层覆盖了所述头的壁的定义区，例如金属区，所述的头优选为针或者导管的头。因此，根据本发明的这种第一个实施方案，所述的捕获底物为其表面优选被所述的或者各个聚合物层官能化并且覆盖的头的一部分。

有利的是，根据本发明的这种第一个实施方案，所述的或者各个捕获底物的捕获表面定义了所述头的至少一个官能化的表面，其可以被定义为：

有利的是，根据本发明的第一个实施方案，所述的或者各个捕获底物的捕获表面定义了所述头的至少一个官能化的表面，该表面可以通过以下定义：

(i)通过所述头的所述的壁区，然后该区域被所述的或者各个层覆盖，和/或

(ii)通过嵌入在所述的或者各个层中的粒子的各个官能化的表面。

根据所述的情况(i)，所述的或各个捕获底物的捕获表面可以由所述的官能团专门或者部分形成，其中所述的官能团是在所述头的所述壁区(并且所述的壁是如此官能化的)上的表面上直接形成，并且使用所述的多孔聚合物层覆盖。此时，所述的壁区有利的是由可化学官能化的、且是可结构化的材料(例如硅、玻璃、金属材料或氧化物、或者聚合物)构成。

根据所述的情况(ii)，所述的或者各个捕获底物可以由所述的表面官能化的粒子专门或部分构成，其中所述的粒子嵌入在所述的或者各个层中，这些粒子为磁性的或非磁性的类型，并且优选的是由铁磁材料(例如氧化铁)构成的纳米珠或纳米球，该纳米珠或纳米球的平均尺寸为50nm至250nm。

关于本发明所述的第一个实施方案，所述的头的所述的壁区的材料可以有利地具有为了优化所述的或各个聚合物层的粘附和良好构造而形成的几何表面。此外，所述的头的这种定义区可以有利地形成盘状、沟槽或狭缝，以便有利于在所述的头的所述区域上所述的或各个层的粘附。

根据本发明的第二个实施方案，所述的或各个捕获单元通过连接构件与所述头的所述连接末端连接，其中所述的连接构件例如通过焊接或胶粘固定于所述的末端上。

根据本发明的这种第二个实施方案的第一个实例，所述的连接构件包含生物相容性多孔袋，该多孔袋固定于所述头的所述末端上，并且封装所述的或各个捕获单元，例如近似的球形(所述的袋的多孔性优选是μm数量级的，或者甚至小于1μm)，并且所述的单元包含构成了所述的底物并且嵌入到所述的或各个聚合物层中的粒子。在这种情况中，所述的或各个捕获单元具有大于所述袋的多孔性的维度(所述的捕获单元的维度是指使用相应的聚合物层覆盖的捕获底物的直径或最大宽度)。

在这种第一个实例中，所述的多孔袋可以有利地封装大量所述的捕获单元，其可以均包含例如粒子形式的捕获底物，其可以是磁性或非磁性类型的，并且优选的是由诸如氧化铁之类的铁磁材料构成的纳米珠或纳米球，所述的粒子的平均尺寸优选为50nm至250nm，所述的粒子被所述的或各个多孔聚合物层覆盖。

根据本发明的这种第二个实施方案的第二个实例，所述的连接构件包含固定于所述头的所述末端的至少一个生物相容性线，并且直接或间接带有所述的或各个捕获单元，该捕获单元具有通过这种线和/或通过嵌入在所述的或各个聚合物层中的粒子的表面上定义的至少一个官能化捕获表面，其中所述的聚合物层在所述的这种线形成的。

在这种第二个实例中，所述的或各个捕获底物可以专门或部分由以下部分构成：

-在所述的或各个线(其由此是官能化的)的表面上形成的、并被多孔聚合物涂层或壳(这种壳形成了所述的层)所覆盖的官能团(作为变体形式)，

-嵌入在多孔聚合物涂层或壳(所述的或各个线形成的所述的层)中的所述的粒子，这些粒子为磁性或非磁性类型，并且优选的是由诸如氧化铁之类的铁磁材料构成的纳米珠或纳米球，所述的粒子的平均尺寸优选为50nm至250nm。这些纳米粒子的表面是官能化的。

在与这种第二个实例相关的另一个变体中，所述的或各个线可以间接携带至少一个捕获底物，所述的或各个线例如为近似球形的。有利的是，所述的连接构件则可以包含多个这种线，每个线都带有多个捕获单元，该捕获单元可以通过浸渍而在各个线的接触点处形成。根据这种变体，各个线由此可以带有沿着这种线排列的多个捕获单元。

根据这种实施方案的第三个实例，捕获底物与网状结构整合，所述的网状结构由根据定义了网格的网片所组织的多个股或节段构成，网格的尺寸为30至100μm并且优选为大约50μm。所述的网片可以为多角形的或环状部分，并且定义了网片的股与所述的头直接或通过线连接。这些线可以由金属或聚合物构成，并且它们可以被封装了官能化的纳米粒子的多孔聚合物层覆盖。此外，这些线还可以被官能化，并且被多孔聚合物层覆盖。

这种网片结构在被引入到生物介质中的过程中在引导结构(例如管)中被初始折叠，然后根据已知的方式(例如通过用于斯滕特氏印模的利用方式)被利用。接着，网片结构在引导结构中被折叠，然后由介质中收回。

在这些实例和变体中，根据本发明的装置可以允许在待分析的体液中利用所述的或各个捕获单元。例如，所述的捕获单元被组装在中空的引导壳中，所述的引导壳在包含体液的介质中引入和收回所述的这种壳时形成了例如针、导管或管的中空末端。当所述的壳进入到介质中时，所述的或各个捕获单元可以被利用，并且所述的利用可以例如受到这种引导壳中的所述的或各个捕获单元的转变的影响。收回受到反方向转变的影响，使得所述的或各个捕获单元可以容纳在所述的这种中空的壳中。

根据本发明的另一个特征，所述的或各个层是基于具有可逆的凝胶化的至少一种生物相容性聚合物，该聚合物优选地选自：藻酸盐凝胶(例如藻酸盐水凝胶)，藻酸盐与聚-L-赖氨酸的共聚物，壳聚糖，琼脂糖，纤维素，聚(三甲基铵丙烯酸甲基硫酸)-b-聚(丙烯酰胺)，聚(羟乙基甲基丙烯酸酯)(HEMA)，聚(羟乙基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯)(HEMA-MMA)以及由甲基丙烯酸酯衍生的其他共聚物，聚乙二醇，丙烯腈与聚乙二醇的共聚物，多糖，以及它们的混合物。

甚至更优选的是，所述的或各个层基于至少一种藻酸盐凝胶，该凝胶是通过聚阳离子得到的，其中所述的聚阳离子选自钙、钡、铁和锶的聚阳离子。

由于藻酸盐优选的是生物相容性、无毒并且允许被捕获的靶体通过，所以其事实上是特别有利的。此外，其在环境温度下能够聚合和凝胶化(或交联)，并在体温下以及在与生理条件相应的pH下保持凝胶形式。

根据本发明的另一个方面，用于使用于捕获生物靶体的至少一个单元与包含所述的靶体的体液进行瞬间接触、以及用于回收在所述的或各个捕获单元中所包含的捕获底物的系统包含用于瞬间接触的装置，例如上文提及的那些，并且还包含：

-在所述的接触之后用于溶解所述的或各个层的构件，从而获取其中所嵌入的以及与待分析的所述的靶体结合或未结合的所述的或各个捕获底物，所述的溶解构件包含所述的聚阳离子的至少一种螯合剂，例如对于钠聚阳离子而言，所述的螯合剂可以为例如乙二胺四乙酸(EDTA)或柠檬酸钠，以及

-在所述的底物由具有官能化的各个表面的磁性粒子构成时，用于回收所述的或各个捕获底物(优选为磁性的)的构件。

根据本发明，通过上文所定义的接触装置而事先捕获的生物靶体(显而易见的是通过将所述的靶体接枝到所述的或各个捕获单元的捕获表面上)的回收方法包含以下连续的阶段：

-通过缓冲溶液(优选为盐水)洗涤与所述的头的所述的末端结合的所述的或各个捕获单元，

-在当所述的层是基于藻酸盐凝胶的优选情况下，优选地通过至少一种聚阳离子螯合剂(例如乙二胺四乙酸(EDTA))来溶解覆盖所述的或各个捕获底物的所述的或各个聚合物层，以及

-对在所述的或各个捕获底物的捕获表面上存在的生物靶体进行分析。

参见附图(其仅以实例的形式给出)，本发明的其他益处、特征和详细情况将由以下说明书的其他部分变得显而易见，并且其中：

图1为根据本发明所述的第一个实施方案的导管类型的接触装置的纵剖面示意图，

图2为根据本发明所述的第二个实施方案的所述第一个实例的接触装置的剖面示意图，其中所述的装置中位多孔袋与头连接的类型，以及

图3为根据本发明所述的第二个实施方案的所述第二实例的接触装置的剖面示意图，其中所述的装置中位线与头连接的类型。

在以下描述的实例中，将在合适的水性缓冲剂中通过聚合而形成的藻酸盐水凝胶用于所述的或各个多孔聚合物层，其中所述的缓冲剂由150nMNaCl和10mMHEPES构成(pH7.4)。将藻酸盐以0.25％至2％，优选为大约1％的比例与所述的缓冲剂混合，从而得到所述的聚合物层，其中根据本发明的、具有有利的官能化的捕获表面以用于结合流体的生物靶体的所述的或各个捕获底物嵌入其中。

然后，通过将由此形成的聚合物与包含聚阳离子、优选为钙(此外，应该理解的是还可以使用钡、铁或锶阳离子)的水浴进行接触来进行这种藻酸盐层的凝胶化(即，交联)。这种水浴包含10mM至1M的CaCl₂，优选为100mMCaCl₂。藻酸盐交联层的多孔性是指较大尺寸的流体不良组成部分被排除。这些不良组成部分可以为红细胞和较大的蛋白质，例如清蛋白或免疫球蛋白。

参见图2和3，例如，使用用于喷出微滴的微系统来形成直径为10μm至50μm的大致球形的聚合物层，所述的微系统具有原本已知的所需的维度。

此外，还可以使用市售可得的喷射器(优选为压电头)来形成直径为50μm至600μm的所述的球形层。

一旦靶体已经被嵌入在图1的层中或者图2和3的各层中的粒子所形成的捕获底物而捕获时，在所述的或各个层中所封闭的捕获底物通过进行“脱胶化”或溶解所述的层来回收，其中所述的溶解是通过将所述的层与使用的聚阳离子螯合剂接触来进行的，所述的聚阳离子螯合剂在钙聚阳离子的情况下有利地由EDTE或柠檬酸钠构成。

在嵌入在图2和3的球形层中的底物均由纳米磁性粒子形成的优选情况下，一旦所述的或各个层已经“脱胶化”时，则嵌入其中的捕获底物例如使用用于将该底物“沉积”在孔中的磁铁来回收。

根据本发明的用于回收通过所述的这些捕获底物所捕获的生物靶体的方法包含以下连续的阶段：

-在缓冲剂溶液中，优选为PBS类型的盐水缓冲剂(磷酸盐缓冲盐水)，洗涤所述的或各个捕获单元，

-使用例如0.5MEDTA(乙二胺四乙酸)溶液解聚合，

-对表面接枝在捕获底物上的生物靶体进行分析(这种分析可以通过本领域的技术人员已知的用于识别接枝在底物表面上的生物标志物的任何技术(尤其是质谱技术，例如SELDI(表面增强激光解吸/离子化))来进行)。

图1所示的接触装置1基本由导管头类型的头2构成，其被设计成被引入到人类或动物的静脉或生物腔中，在该位置停留几分钟，然后收回。这种头2可以由有机(例如塑料)或无机(例如金属)制成，更通常的是由可以构成用于注射或取样的导管或针的头的任何材料制成。

在图1的实例中，其是根据之前所述的情况(ii)，定义了靶体识别位点的官能团由表面官能化的纳米粒子3构成，该纳米粒子嵌入在头2的壁2a区上涂敷的聚合物层4中，并且其由铁磁性氧化铁制成的纳米珠或纳米球构成，且平均尺寸为大约100nm。使用ChemiCell或Biorad公司出售的这种纳米粒子，其使用了结合文库技术。在这种实例中，捕获底物是通过纳米粒子3形成的，并且相应的捕获单元由聚合物层4和嵌入在该层中的纳米粒子3构成。

如上文所定义优选基于交联的藻酸盐的层4作为薄层沉积在头2a的所述的壁(例如金属)上，从而通过涂敷这些纳米粒子的藻酸盐的原位聚合和凝胶化而涂敷多个这些纳米粒子3(通常由几万个至几十亿个)。

有利的是，将要接受这种藻酸盐4的层的头2的壁2a区为盘状或沟槽，从而允许凝胶化直接且容易地形成，并有利于这种层的粘附。沟槽可以沿着与头的纵向轴平行的轴形成，其深度为300μm至1mm。作为变体，这种聚合物层4可以通过浸渍在合适的溶液中在头2上形成。

此外，可以优选地使用阳离子电荷功能(聚-赖氨酸、胺、铵、聚亚甲基-co-胍、聚-鸟氨酸)向头2的壁2a提供优先的功能，或者作为具有在本发明的一般描述中之前提及的那些的变体，从而使得藻酸盐的聚合物层4更好地粘附在这种壁2a上。

在由静脉或生物腔中收回这种头2之后，如上文所述，然后进行这种层4的“脱胶化”，以便回收与流体的靶体结合的纳米粒子3以用于分析。

在图2中所示的接触装置101除了包含将渗透到人类或动物的静脉V或生物腔中的例如导管类型的头102以外，还包含多个大致球形的聚合物层104，该聚合物层104均包含多个纳米粒子103，例如参见图1所述的那些，并且其通过固定(例如通过焊接或胶粘)在将要嵌入在流体中的头102末端102a的生物相容性多孔袋105而与头102连接。袋105(例如透析袋，但是是多孔的，孔的尺寸是受控的)由例如尼龙、聚碳酸酯或一些其他生物相容性聚合物、甚至纤维素制成。优选的是，选择多孔性为1μm、或者甚至几μm数量级的这种袋105，例如藻酸盐104的球形层的那些。在这种实例中，捕获底物均由纳米粒子103形成，并且各个捕获单元由聚合物层104形成，其中在所述的聚合物层中嵌入了这些纳米粒子103。

至于嵌入在袋105中的各个藻酸盐104的球形成的直径或最小横向维度，优选的是大于几μm，其可以使用多孔性为1μm或者甚至几μm数量级的袋105，使得可以相对容易地制成这种袋105。

有利的是，其中嵌入了纳米粒子103的球形层104的凝胶化是通过将藻酸盐滴加到袋中而直接形成的，所述的袋105包含预先准备好的凝胶剂。然后，利用存在的孔(原位使用)，将包含这种凝胶剂的液体放置在生理缓冲剂中。

如上文所述，可逆藻酸盐的用途是指与所需的靶体结合的纳米粒子103可以容易地在由静脉V或生物腔收回袋105之后由随后的分析回收。

图3所示的接触装置201除了包含将渗透到人类或动物的静脉V或生物腔中的例如导管末端所形成的头202以外，还包含多个大致球形的聚合物层204，该聚合物层204均包含多个纳米粒子203，例如参见图1所述的那些，并且其通过携带这些层204并固定(例如通过焊接或胶粘)在将要嵌入在流体中的头202末端202a的至少一种生物相容性线205a和205b而与头202连接。在图3所示的实例中，多个所述的这些线205a和205b均带有多个所述的这些层204，这些层通过浸渍在合适的溶液中间隔形成并且而与各条线205a和205b接触形成。在这种实例中，捕获底物均由纳米粒子203形成，并且各个捕获单元均包含聚合物层204，其中在所述的聚合物层中嵌入了这些纳米粒子203。

这些线205a和205b是由可以形成倒线中的任何生物相容性材料(例如非限定性实例尼龙、一些其他的聚合物、或者甚至纤维素)制成。有利的是，使用之前已经表面官能化的线205a和205b，从而在各个线205a和206b的表面上提供藻酸盐204聚合物层的更好的粘附，其中所述的官能化可以与上文参照图1所述的那些相同的类型。

为了与线205a和205b接触形成这些基于藻酸盐的球形层204，将线205a和205b引入到用于凝胶化的浴中，并且通过定向喷射在这些线205a和205b上直接形成藻酸盐滴。

如之前所述，携带嵌入在藻酸盐204层中的纳米粒子203的这些线205a和205b通过携带它们的头202而在静脉V或生物腔中停留几分钟之后，由流体中收回所述的头202，然后入上文所述，进行藻酸盐204的各个球形成的“脱胶化”，以便回收与流体的靶体结合的纳米粒子203以用于分析。

Claims (20)

1.一种用于将用于捕获生物靶体的至少一个捕获单元与包含所述的靶体的体液在体内进行显著地瞬间接触的装置，其特征在于所述的装置包括：

-具有接触末端的采样头，其旨在被引入到包含所述的体液的介质中，以及

-所述的捕获单元，该捕获单元与所述的末端结合并且该捕获单元包含定义了靶体捕获表面的捕获底物，所述的靶体捕获表面被至少一种生物相容性的多孔交联聚合物层覆盖，所述的生物相容性的多孔交联聚合物层被设计用于保留所述的捕获底物，并且仅允许包括比限定尺寸小的所述的靶体在内的生物相容性粒子通过，按照这样的方式当所述的捕获底物在通过所述的多孔交联聚合物层的溶解而进行所述的接触之后而变得能够回收。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的捕获底物的所述的捕获表面由所述的采样头的表面的一部分构成，和/或与所述的采样头连接，所述的采样头的表面通过接枝官能团官能化，其中所述的官能团被设计与所述的靶体相互作用，以便捕获所述的靶体，所述官能团是选自阴离子官能团、阳离子官能团、抗体、和寡核苷酸适体。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的多孔交联聚合物层具有定义了所述的限定尺寸的多孔性，其中所述的尺寸为30nm至500nm。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的多孔交联聚合物层覆盖了所述的采样头的壁的金属定义区，其中所述的采样头为针或导管类型的采样头。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的捕获底物的所述的捕获表面定义了所述的采样头的至少一个官能化表面，其中所述的采样头通过以下方面定义：

-通过所述的采样头的所述的壁的金属定义区，然后该区域被所述的多孔交联聚合物层覆盖，和/或

-通过嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的粒子的各个官能化的表面。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的多孔交联聚合物层覆盖了所述的采样头的壁的金属定义区，其中所述的采样头为针或导管类型的采样头；

所述的捕获底物的所述的捕获表面定义了所述的采样头的至少一个官能化表面，其中所述的采样头通过以下方面定义：

-通过所述的采样头的所述的壁的金属定义区，然后该区域被所述的多孔交联聚合物层覆盖，和/或

-通过嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的粒子的各个官能化的表面；

而且，所述的捕获底物的所述的捕获表面是由所述的官能团专门或部分构成的，其中所述的官能团是在所述的采样头的官能化壁的所述金属定义区上的表面上直接形成的，并且被所述的多孔交联聚合物层覆盖。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的捕获底物是由嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的表面官能化粒子专门或部分构成的，这些粒子为磁性类型的，并且是由铁磁材料氧化铁制成的纳米珠或纳米球，且平均尺寸为50nm至250nm。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的采样头的壁的所述的定义区形成了盘状、沟槽或狭缝，从而有利于所述的多孔交联聚合物层在所述的采样头的所述的区上的直接粘附。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的捕获单元通过连接构件与所述的采样头的所述的末端连接，其中所述的连接构件通过焊接或胶粘固定在所述的末端上。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的连接构件包含生物相容性多孔袋，该多孔袋被固定在所述的采样头的所述的末端，并且该多孔袋封装了所述的捕获单元，所述的多孔袋包含构成了所述的底物且嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的粒子。

11.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的捕获单元通过连接构件与所述的采样头的所述的末端连接，其中所述的连接构件通过焊接或胶粘固定在所述的末端上；

所述的连接构件包含生物相容性多孔袋，该多孔袋被固定在所述的采样头的所述的末端，并且该多孔袋封装了所述的捕获单元，所述的多孔袋包含构成了所述的底物且嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的粒子；

所述的多孔袋封装了多个大致球形的多个所述的捕获单元，每个捕获单元都包含粒子形式的捕获底物，其中所述的粒子为磁性的类型，并且为由铁磁材料氧化铁构成的纳米珠或纳米球，所述的粒子的平均尺寸为50nm至250nm。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的连接构件包含至少一条生物相容性线，该生物相容性线固定在所述的采样头的所述的末端，并且其直接或间接带有至少一个官能化捕获表面形式的所述的捕获单元，其中所述的至少一个官能化捕获表面是通过所述的线和/或嵌入在所述的线上形成的所述的多孔交联聚合物层中的粒子表面。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的连接构件包含至少一条生物相容性线，该生物相容性线固定在所述的采样头的所述的末端，并且其直接或间接带有至少一个官能化捕获表面形式的所述的捕获单元，其中所述的至少一个官能化捕获表面是通过所述的线和/或嵌入在所述的线上形成的所述的多孔交联聚合物层中的粒子表面；而且

所述的捕获底物由官能团专门或部分构成，其中所述的官能团在所述的线上的表面处形成，并且被用于所述的线的多孔聚合物涂层或壳覆盖，从而形成所述的多孔交联聚合物层。

14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的连接构件包含至少一条生物相容性线，该生物相容性线固定在所述的采样头的所述的末端，并且其直接或间接带有至少一个官能化捕获表面形式的所述的捕获单元，其中所述的至少一个官能化捕获表面是通过所述的线和/或嵌入在所述的线上形成的所述的多孔交联聚合物层中的粒子表面；而且

所述的捕获底物是由所述的粒子专门或部分构成，其中所述的粒子嵌入在用于所述的线的多孔聚合物涂层或壳，从而形成所述的多孔交联聚合物层，所述的粒子为磁性的材料氧化铁，所述的粒子的平均尺寸50nm至250nm。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的连接构件包含至少一条生物相容性线，该生物相容性线固定在所述的采样头的所述的末端，并且其直接或间接带有至少一个官能化捕获表面形式的所述的捕获单元，其中所述的至少一个官能化捕获表面是通过所述的线和/或嵌入在所述的线上形成的所述的多孔交联聚合物层中的粒子表面；而且

所述的线直接带有所述的捕获单元，该捕获单元包含捕获底物，嵌入在所述的多孔交联聚合物层中的所述的粒子，是具有多个所述的线的所述的连接构件，其中所述的线均携带通过浸渍在各个线的接触点处形成的多个捕获单元。

16.根据权利要求1至15中的一项所述的装置，其特征在于所述的多孔交联聚合物层均基于具有可逆的凝胶化的至少一种生物相容性聚合物，其中所述的生物相容性聚合物选自：藻酸盐凝胶，藻酸盐与聚-L-赖氨酸的共聚物，壳聚糖，琼脂糖，纤维素，聚三甲基铵丙烯酸甲基硫酸-b-聚丙烯酰胺,聚羟乙基甲基丙烯酸酯，聚羟乙基甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯以及基于甲基丙烯酸酯的其他共聚物，聚乙二醇，丙烯腈与聚乙二醇的共聚物，以及它们的混合物。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述的多孔交联聚合物层是基于至少一种藻酸盐凝胶，该藻酸盐凝胶是通过聚阳离子凝胶化的，其中所述的聚阳离子选自钙的聚阳离子、钡的聚阳离子、铁的聚阳离子和锶的聚阳离子。

18.一种用于使用于捕获生物靶体的至少一个单元与包含所述的靶体的体液进行瞬间接触、以及用于回收在所述的捕获单元中所包含的捕获底物的系统，其特征在于所述的系统包含根据权利要求1至17中的一项所述的用于瞬间接触的装置，并且进一步包括：

-在所述的接触之后用于溶解所述的多孔交联聚合物层的构件，从而获取其中所嵌入的以及与待分析的所述的靶体结合或未结合的所述的捕获底物，所述的溶解构件包含聚阳离子的至少一种螯合剂，以及

-在所述的底物由具有各个官能化的表面的磁性粒子构成时，用于回收所述的捕获底物的磁性构件。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，对于钠聚阳离子而言，所述的螯合剂为乙二胺四乙酸或柠檬酸钠。

20.一种用于通过根据权利要求1至17中的一项所述的装置而事先捕获的生物靶体的回收方法，其中所述的捕获显而易见地是通过将所述的靶体接枝到所述的捕获单元的捕获表面上，所述的方法的特征在于该方法包括以下连续的阶段：

-使用盐水缓冲溶液来洗涤与所述的采样头的所述的末端结合的所述的捕获单元，

-在当所述的多孔交联聚合物层是基于藻酸盐凝胶的情况下，通过乙二胺四乙酸来溶解覆盖所述的捕获底物的所述的聚合物层，以及

-对在所述的捕获底物的捕获表面上存在的生物靶体进行分析。