專利名稱：用于確定磁性標記的靶成分的量的方法和設備的制作方法
用于確定磁性標記的靶成分的量的方法和設備本發(fā)明涉及一種用于確定樣品中靶成分的量的方法，其中磁性粒子在取決于該靶成分的樣品量的動力學下可以特異性結(jié)合至接觸表面。此外，它涉及用于執(zhí)行這種方法的傳感器設備和相關計算機程序。US 6991938 Bl公開的方法連續(xù)監(jiān)視樣品中靶物質(zhì)與表面的結(jié)合，并將其與該樣品中所述靶物質(zhì)的量相關。然而這一方法的問題在于測量常常受到靶物質(zhì)的非特異性結(jié)合部分的影響。基于這一背景，本發(fā)明的目的在于提供一種用于可靠地確定樣品中靶成分的量的方法。這一目的通過根據(jù)權利要求1的方法，根據(jù)權利要求13的傳感器設備，根據(jù)權利要求14的計算機程序，以及根據(jù)權利要求15的使用來實現(xiàn)。優(yōu)選實施例在從屬權利要求中公開。根據(jù)本發(fā)明的方法用于樣品中靶成分的量的確定，其中磁性粒子可以特異性地結(jié)合至填充有樣品的樣品室的接觸表面，并且其中所述結(jié)合在取決于靶成分的樣品量的動力學下發(fā)生。所尋求的靶成分的量在以下將簡稱為“樣品量”。其典型地按照濃度，例如單位體積的質(zhì)量或者單位體積的粒子數(shù)進行測量?！鞍谐煞帧崩缈梢园ㄈ缟锓肿印秃衔?、 細胞片段或者細胞的生物物質(zhì)。術語“磁性粒子”應表示被磁化或者可磁化的粒子(分子、復合物、納米粒子、微粒子，等等)，例如超順磁性珠子。該磁性粒子通常將用作針對感興趣靶成分的標記并與其化子纟口口。“樣品室”典型地是空腔，或者填充有一些諸如可吸收樣品物質(zhì)的凝膠體的物質(zhì)的腔體；它可是開放的腔體，封閉的腔體、或者通過流體連接通道與其他腔體連接的腔體。樣品室的壁的一部分是磁性粒子可以特異性結(jié)合的“接觸表面”。典型地，該接觸表面將在一端覆蓋著該磁性粒子(包括相應抗原)可以特異性結(jié)合的結(jié)合位點(例如，抗體)。該方法包括以下步驟a)至少兩個“沖洗步驟”，其中將磁力施加于該接觸表面的磁性粒子從而使未結(jié)合的磁性粒子從該接觸表面被移走。雖然通常將該移動定向為垂直地遠離該接觸表面，但是它也可包括橫向分量或者甚至(至少中間的)對該表面的接近。具體地通過在該接觸表面產(chǎn)生定向為遠離該表面的非零梯度的磁場來施加適當?shù)拇帕ΑＴ摯帕θ芜x可以是足夠大的，以同時將結(jié)合的但是不是特異性結(jié)合(例如不是經(jīng)由與特異性結(jié)合位點的雜交而只經(jīng)由較弱的力)的磁性粒子從該接觸表面移除。沖洗步驟的至少兩次執(zhí)行由其中沒有發(fā)生磁性粒子的移除將等價于一次沖洗的(非零)時間間隔分隔。b)至少兩個“測量步驟”(它們中的每一個與前述沖洗步驟的另外的一個相關聯(lián))，其中在相關聯(lián)的沖洗步驟期間測量該接觸表面上的磁性粒子的總量。應該注意的是， “磁性粒子的總量”包括特異性結(jié)合的磁性粒子以及非特異性結(jié)合和未結(jié)合的粒子。此外， 測量的持續(xù)時間與沖洗步驟的持續(xù)時間無關。因此，在沖洗步驟“期間”的測量典型地意味著在沖洗步驟的間隔中的任意時間點處的瞬時測量，其中這一間隔也應定義為包括在磁性粒子的主動移除已經(jīng)結(jié)束之后的瞬間。進一步應該注意的是，可以磁性地測量磁性粒子的量，也即，經(jīng)由對它們磁性的檢測，或者經(jīng)由任意其他適當方法，例如對附著于該磁性粒子的熒光標記的檢測。c) “估計步驟”，其中在測量步驟的測量結(jié)果的幫助下估計期望的靶成分的樣品量。所描述的方法具有的優(yōu)點在于其允許根據(jù)接觸表面處的測量確定樣品中靶成分的量(“樣品量”)，其中該測量可以在磁性粒子與接觸表面結(jié)合的進行過程期間執(zhí)行。這是歸因于這樣的事實，使用未結(jié)合磁性粒子的磁性沖洗，其提供了精確的測量而不需要樣品的交換。該方法是很快速的，因為其不必等到到達穩(wěn)定狀態(tài)(可能非常慢)。此外，該方法通過允許確定靶成分的高樣品量而提供了提高的動態(tài)范圍，其中靶成分的高樣品量導致了該接觸表面處的結(jié)合達到穩(wěn)態(tài)飽和，并且因而無法在穩(wěn)定狀態(tài)中可靠地確定。動態(tài)上限的這一擴展允許使用更大的磁性粒子，其繼而改善了較低的靈敏度限制。磁性粒子優(yōu)選通過例如在沖洗步驟a)之前和/或之后由適當取向的磁場梯度產(chǎn)生的吸引磁力而吸引到接觸表面上。以此方式，可以加速磁性粒子與接觸表面的結(jié)合。磁性吸引的強度應該是已知的和/或被精確地控制，因為它影響了在非靜止過程期間作出的測量步驟b)的結(jié)果。在測量步驟b)中對接觸表面的磁性粒子總量的測量優(yōu)選在相關聯(lián)的沖洗步驟a) 結(jié)束時作出，以保證盡可能多的未結(jié)合磁性粒子從接觸表面被移除。沖洗步驟a)可重復幾次，其中該沖洗步驟的執(zhí)行由其中沒有發(fā)生未結(jié)合磁性粒子移除的(非零)時間間隔分隔。典型地，中間時間間隔將用于粒子到接觸表面的磁性吸引。應該注意的是，以上和以下說明的關于“沖洗步驟a) ”的所有備注和修改也應用于這一步驟的所有重復。雖然在本發(fā)明的前述實施例中執(zhí)行了幾次沖洗步驟a)，但是相關聯(lián)的測量步驟 b)可只執(zhí)行兩次，也即，針對該幾次沖洗步驟中的兩個單獨的。優(yōu)選地，測量步驟b)仍然針對沖洗步驟a)的所有執(zhí)行來執(zhí)行。應該注意的是，以上和以下說明的關于“測量步驟b)” 的所有備注和修改也應用于這一步驟的所有重復。通過該方法獲得的至少兩個測量結(jié)果優(yōu)選通過將估計步驟C)基于在不同測量步驟b)中獲得的多個測量結(jié)果來使用。這例如可以通過根據(jù)每個單個的測量估計靶成分的樣品量的值，然后計算這些值的適當統(tǒng)計平均來完成。在另一方法中，在不同測量步驟中獲得的多個測量結(jié)果可以用于將對樣品量的估計基于測量結(jié)果的變化。因而例如可能計算測量結(jié)果的變化率(斜率)，該變化率與結(jié)合過程的動力學相關并因而也是所尋求的靶成分樣品量的可靠指標?？蛇x地，對靶成分樣品量的估計可基于在步驟b)中獲得的單個測量結(jié)果，其在很多情形下是確定所述量的簡單而快速的方法。實際上，發(fā)現(xiàn)所描述的將對靶成分樣品量的估計基于⑴測量結(jié)果的變化(也即， 基于動力學)，或者(ii)單個測量結(jié)果的可選變型在針對不同的靶成分樣品量時實現(xiàn)其最高的精確度。當給出了針對預期靶成分樣品量的值時，這可以被使用來自動選擇最適合的方法變型，也即將該估計基于若干測量結(jié)果的變化，或者基于單個測量結(jié)果，或者兩種方法的組合。在已結(jié)合磁性粒子的量隨著靶成分樣品量而增加的測定中(例如，在夾心式測定中)，對于高的預期樣品量值將典型地優(yōu)選第一變型，而對于較低的值優(yōu)選第二變型。對于例如其中的靶成分的低樣品量對應于已結(jié)合磁性粒子的高量并反之亦然的抑制測定，則適用相反的規(guī)則。一般情況下可以說對于具有快速結(jié)合和/或具有很多已結(jié)合磁性粒子的測定而言，優(yōu)選基于動力學的測量，而對于具有緩慢結(jié)合和/或幾乎沒有已結(jié)合磁性粒子的測定而言，適宜使用單個的測量。前述的預期靶成分樣品量可事先給出，例如經(jīng)由可用的關于將被測試樣品的另外信息。然而，優(yōu)選基于在正在進行的測定期間獲得的第一個測量結(jié)果來估計預期的靶成分樣品量。因而該方法可以自適應并且自動選擇最佳程序來處理完全未知靶成分內(nèi)容的樣品。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，基于已經(jīng)執(zhí)行的沖洗步驟和測量步驟的測量結(jié)果來確定剩余沖洗步驟和測量步驟的定時(也即，開始、結(jié)束)。如果第一個測量結(jié)果指示靶成分的高樣品量，那么例如可能安排針對動力學的確定的最佳測量步驟；如果它們指示靶成分的低樣品量，那么可能最佳安排針對“終點測量”的單個的測量步驟。磁性沖洗步驟a)可是如此以使得幾乎所有的(也即，多于80%，優(yōu)選多于90%) 未與接觸表面特異性結(jié)合的磁性粒子在這一步驟結(jié)束時從接觸表面被移除。這可以通過應用適當?shù)?，例如足夠高并且持續(xù)足夠長的磁力而實現(xiàn)。然后在沖洗步驟結(jié)束時的測量將基本只包括特異性結(jié)合磁性粒子的量?？蛇x地，沖洗步驟a)可是如此以使得只有一小部分未特異性結(jié)合的磁性粒子在這一步驟期間從接觸表面被移除。如果完整的沖洗將花費太多時間的話，特別是如果將執(zhí)行允許確定測量結(jié)果變化的多個沖洗步驟的話，這種部分沖洗可以是優(yōu)選的。取決于靶成分的主要樣品量以及磁性粒子的結(jié)合行為，可以較快地或者較慢地達到可用結(jié)合在接觸表面處的飽和。沖洗步驟和相關聯(lián)測量步驟的定時將優(yōu)選考慮這一事實以避免太早(當沒有足夠的磁性粒子與接觸表面結(jié)合時)或者太遲(當在接觸表面已經(jīng)達到飽和時)作出測量。這例如這可以在以下情況中實現(xiàn)當至少一個沖洗步驟和相關聯(lián)的測量步驟在i)達到表面飽和所需的預期總時間的給定的較低分數(shù)之后執(zhí)行，和/或ii)在達到表面飽和所需的預期總時間的給定的較高分數(shù)之前執(zhí)行。該較低分數(shù)例如可以對應于直到達到表面飽和的總時間的大約20%，而該較高分數(shù)對應于直到達到表面飽和的總時間的大約80%。如果在特殊樣品中不可獲得對達到表面飽和的預期總時間的估計，那么可以取全局有效的邊界值。因而最后的測量步驟(“終點測量”)的定時典型地將取決于需要測量的靶成分的最低量，而更早的“中點測量”被定時以能夠確定需要測量的靶成分的最高量。估計步驟C)使用了這一事實磁性粒子與接觸表面的結(jié)合由取決于靶成分樣品量的物理/化學定律操縱。因此，在中間沖洗步驟期間獲得的測量結(jié)果與靶成分樣品量可再現(xiàn)地相關，以允許從該測量中推斷靶成分樣品量。測量結(jié)果和需要進行估計的樣品量之間的數(shù)學關系可從理論考量中導出。然而這一關系優(yōu)選地根據(jù)校準程序來確定，所述校準程序是利用具有不同的已知靶成分樣品量的測試樣品執(zhí)行的。以此方式獲得的校準數(shù)據(jù)可以用作估計步驟的基礎。它們例如可以作為查找表或者作為具有擬合參數(shù)的數(shù)學公式來提 {共。本發(fā)明還涉及包括以下部件的傳感器設備a)樣品室，其中可以提供包括靶成分的樣品和磁性粒子，該樣品室具有磁性粒子可以特異性結(jié)合的接觸表面。b)磁性操縱器，其用于給該接觸表面上的磁性粒子施加磁力，從而使未結(jié)合的磁性粒子從該接觸表面被移走。該磁性操縱器例如可通過在該接觸表面產(chǎn)生磁場梯度的電磁體實現(xiàn)。c)傳感器單元，其用于測量在該接觸表面上的磁性粒子的總量。該傳感器單元例如可以是光學、磁性、機械、聲學、溫度和/或電傳感器單元。磁性傳感器單元具體而言可以包括線圈、霍爾傳感器、平面霍爾傳感器、磁通門傳感器、SQUID(超導量子干涉設備)、磁共振傳感器、磁致伸縮傳感器、或者在W02005/010M3 Al或者W02005/010M2 A2中描述的磁阻傳感器，尤其是GMR(巨磁電阻)、TMR(隧道磁電阻)、或者AMR(各向異性磁電阻)。光學傳感器單元具體而言可適于檢測由于感測表面上的粒子導致的受抑全內(nèi)反射引起的輸出光束的變化。其他光學、機械、聲學、以及溫度傳感器的概念在WO 93/2沈78中描述，其通過引用并入本文。d)控制單元，其與該磁性操縱器和傳感器單元連接以用以上描述的方法類型來確定靶成分的樣品量。這意味著控制單元適于(i)執(zhí)行至少兩個沖洗步驟(通過使磁性操縱器給磁性粒子施加磁力以將未結(jié)合的磁性粒子從該接觸表面移除)，(ii)執(zhí)行至少兩個相關聯(lián)的測量步驟(通過使傳感器單元在沖洗步驟期間測量接觸表面上的磁性粒子的總量)，(iii)在前述測量結(jié)果的幫助下估計該靶成分的樣品量。該控制單元可通過專用電子硬件、具有相關軟件的數(shù)字數(shù)據(jù)處理硬件，或者兩者的混合而實現(xiàn)。傳感器設備包括執(zhí)行以上描述方法類型所需的部件。因而，參考前述描述以獲得更多詳細的信息、該設備的優(yōu)點和改進。所描述的方法典型地將在計算設備的幫助下實現(xiàn)，例如前述傳感器設備的控制單元中的微處理器或者FPGA。因此，本發(fā)明還包括當在計算設備上執(zhí)行時提供根據(jù)本發(fā)明任意方法的功能的計算機程序產(chǎn)品。另外，本發(fā)明包括數(shù)據(jù)載體，例如軟盤、硬盤、EPR0M、或者光盤(⑶-ROM)，該數(shù)據(jù)載體以機器可讀形式存儲計算機產(chǎn)品，并且當存儲在該數(shù)據(jù)載體中的程序在計算設備上執(zhí)行時數(shù)據(jù)載體執(zhí)行至少一個本發(fā)明的方法。該數(shù)據(jù)載體具體而言可適合于存儲先前段落中提及的計算設備的程序?，F(xiàn)今，這種軟件通常在因特網(wǎng)或者公司內(nèi)部網(wǎng)上提供用于下載，因而本發(fā)明也包括經(jīng)過局域或者廣域網(wǎng)絡來傳輸根據(jù)本發(fā)明的計算機產(chǎn)品。本發(fā)明進一步涉及以上描述的微電子設備在分子診斷、生物樣品分析、或者化學樣品分析、食物分析、和/或法醫(yī)分析中的使用。分子診斷例如可在直接或者間接附接于靶分子的磁性粒子的幫助下完成。通過參考以下描述的(一個或多個)實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見。借助于附圖通過示例方式描述這些實施例，其中

圖1-5示出了根據(jù)本發(fā)明方法的連續(xù)階段；圖6示出了針對具有不同靶成分的量的兩個示例性樣品的測量信號隨時間的進程；圖7示出了在三個磁性沖洗步驟下測量信號隨時間的另一示例性進程；圖8圖示了實驗上確定的劑量響應曲線，其描述了在圖7沖洗步驟期間的測量值與相關聯(lián)的靶成分的樣品量之間的關系；圖9圖示了與基于中點測量相關聯(lián)的和與基于斜率測量相關聯(lián)的不同動態(tài)范圍。在圖中相似的附圖標記涉及相同或者類似的部件。在很多生物測定中，期望很大的動態(tài)范圍(也即，可以可靠確定的靶成分濃度范圍)。以下例子圖示了如何擴大基于磁性(納米)粒子的測定的動態(tài)范圍的解決方法。磁性粒子或者珠子可以用作針對例如生物靶成分(原子、離子、生物分子、細胞、 病毒、或者細胞或病毒的片斷、組織提取物，等等)的標記以實現(xiàn)快速、靈敏且易于使用的分子診斷。在很多生物傳感器設備中，磁性粒子在靶成分存在/缺乏的情況下結(jié)合至該傳感器設備的接觸表面，其中結(jié)合至該表面的磁性粒子的量取決于溶液中靶成分的濃度。理想的是傳感器設備能夠靈敏地并且在很大的線性動態(tài)范圍內(nèi)，也即，在信號與濃度成比例的很大濃度范圍內(nèi)進行測量。然而，通常觀察到的是動態(tài)范圍是有限的。對于大于IOOnm的磁性粒子，線性范圍例如典型地限制在大約1-2的量級。表面檢測技術的動態(tài)范圍以以下為界限-可以被檢測到的磁性粒子(標記)的最低密度；-可以結(jié)合到表面上的磁性粒子(標記)的最高密度(假設該表面上的多層標記不會產(chǎn)生信號的線性增強)。使用更大的磁性粒子是有益的，因為這降低了可以檢測到的粒子的最低密度 ’然而，由于歸因于該粒子尺寸的阻礙，導致最高粒子密度也降低了。例如，心肌肌鈣蛋白的檢測需要IpM量級的非常靈敏的測量，這意味著大磁性粒子(300-500nm直徑)的使用。這是以很低的動態(tài)范圍O量級)為代價，因為信號在高濃度時飽和。為了滿足臨床的需求，需要能夠測量至少三十的濃度。一種擴大高濃度下的動態(tài)范圍的方法是在原始樣品的各種稀釋物中實行幾種確定。另一方法是在不同時間引入樣品以改變培育時間(參考W0/2006/092036)。然而這些方法很麻煩，易出錯，并且需要若干處理步驟。必須要牢記的另一問題是測量通常也包含與已結(jié)合磁性粒子的濃度不成比例的部分，例如，與傳感器表面非特異性結(jié)合的粒子或者來源于表面之上大量液體的信號。為了解決以上問題，在此提出一種動力學測量和終點測量的結(jié)合，其將終點測量的靈敏性和動力學測量的擴大的動態(tài)范圍相結(jié)合。這可以通過利用多沖洗步驟的測定方法來完成。這一方法將在以下更加詳細地描述。在傳感器設備中，可以通過將在傳感器區(qū)域之上包含靶成分(被分析物)的樣品流體(微)流體地替換為不包含該靶成分的另一流體來執(zhí)行沖洗步驟。這可是復雜的并且很難完成。此外，通常不可能再引入該樣品流體來恢復允許進行動力學測量的反應。使用磁性粒子的測定的獨特特征在于執(zhí)行磁性沖洗步驟的能力。在傳感器表面附近但是沒有結(jié)合的磁性粒子(并因而產(chǎn)生信號)可以通過使用指引該粒子從該表面離開的磁體而簡單地被移除。此外，通過調(diào)整磁力，也可以移除由非特異性弱結(jié)合而被結(jié)合的粒子，同時維持特異性結(jié)合粒子的完好。這種磁性沖洗步驟可以十分快速并在一秒之內(nèi)完成。此外，不需要將樣品流體從樣品室/傳感器區(qū)域移除。在沖洗步驟之后，可以確定由特異性結(jié)合粒子產(chǎn)生的信號并且可以簡單地恢復反應。以這種方式，在單一測定中可以多次確定特異性結(jié)合粒子的量。圖1-5圖示了磁性傳感器設備100的以上觀念。該磁性傳感器設備100包括樣品室1，其中可以提供包括靶成分的流體樣品和磁性粒子2。該樣品室1在底部由承載著可以與磁性粒子2特異性結(jié)合的結(jié)合位點3的接觸表面4界定。接觸表面4可是襯底的表面，例如植入了微電子電路的硅襯底，或者在光學測量的情況下是玻璃襯底。通常，磁性粒子2用于作為人們實際上感興趣的一些靶成分的標記。為了簡單起見，以下將假設磁性粒子2同時就是感興趣的靶成分。應該注意的是，在一些測定中存在磁性粒子不能結(jié)合至接觸表面 4，例如由于它們之前沒有與靶分子結(jié)合；以下將只確定樣品中可以結(jié)合的磁性粒子的量。在樣品室1之下和之上分別設置有吸引磁體11和排斥磁體12。當吸引磁體11被激活時，它產(chǎn)生將磁性粒子2吸引至接觸表面4的磁場梯度B。在接觸表面4之下的磁性傳感器單元10感測在接觸表面處的磁性粒子2的量。這一感測可通過任意適當器件例如光學地或者磁性地實現(xiàn)?？刂茊卧?3與傳感器單元10和磁體11、12連接以控制它們的激活并讀取傳感器信號S。傳感器信號s的典型時間進程在控制單元13方框上的圖表中圖示。圖1示出了通過用樣品填充樣品室1而剛好將磁性粒子2帶入樣品室1的情形。 粒子2通過激活的吸引磁體11而被吸引至接觸表面4。由于在接觸表面4上仍沒有磁性粒子2，因此相應的傳感器信號s具有一較低的值。在圖2中，第一磁性粒子2已經(jīng)到達接觸表面4。該傳感器信號s相應地增強。在圖3中，吸引磁體11已經(jīng)被關閉而排斥磁體12已經(jīng)被替代地開啟。這產(chǎn)生了將磁性粒子2從接觸表面4拉離的磁場梯度。因而實現(xiàn)了將非特異性結(jié)合的磁性粒子2從接觸表面4移除的沖洗步驟。因此，傳感器信號s下降直到其到達一個與特異性結(jié)合磁性粒子的量相應的值。在測量步驟中，控制單元13可以采樣并存儲由傳感器10提供的相應測量值。在圖4中，沖洗步驟已經(jīng)結(jié)束，并且吸引磁體11已經(jīng)被再次激活以將磁性粒子拉至接觸表面4。隨著磁性粒子2到達接觸表面，傳感器信號s相應地增強。圖5示出了在重復幾次磁性沖洗和測量步驟(圖3)以及中間吸引步驟(圖4)之后的情形。在沖洗期間的傳感器信號s以振蕩方式增強直到其最終接近穩(wěn)定狀態(tài)水平。根據(jù)在沖洗步驟結(jié)束時獲得的一個或者若干測量結(jié)果，可以估計樣品室1之內(nèi)磁性粒子的樣品量。以下將更加詳細地說明做到這一點的不同方式。在第一實施例中，旨在提供用磁性粒子標記的靶成分與接觸表面4的有效結(jié)合的吸引驅(qū)動被一個或多個磁性沖洗步驟中斷，并可能與傳感器信號s的分別讀出步驟相結(jié)合。圖6示出了分別針對零靶成分濃度(灰色曲線“ΟρΜ”)和IOOpM靶成分濃度(純黑曲線“ΙΟΟρΜ”)的傳感器信號s的相應圖表。此處的信號s如此定義以使得0%對應于接觸表面上沒有磁性粒子。在沒有靶成分時，在所引入的沖洗步驟期間傳感器信號返回至0，因為不與靶分子結(jié)合的磁性粒子不能與接觸表面結(jié)合。在存在IOOpM的靶成分時，在沖洗步驟期間可以觀察到信號隨時間的變化。從該圖表中很明顯的是在沖洗步驟期間很多未結(jié)合以及非特異性結(jié)合的粒子被移除。即使沒有靶成分，接觸表面很快就填充有在沖洗步驟期間被移除的非結(jié)合珠子。在每個沖洗步驟中，可以作出“中點測量”并與(已知的)靶成分樣品量相關。以此方式，針對每個這些“中點測量”可以繪出劑量-響應曲線(靶成分濃度-信號)。圖7和8針對示例性的靶成分肌鈣蛋白更加詳細地將其示出。圖7描述了對于具有500pM肌鈣蛋白的樣品并對于三個沖洗與測量步驟Wl、W2和W3的測量曲線。圖8示出了從多個這種測量中針對兩個中點測量W1、W2和終點測量W3(應該注意的是，術語“中點測量”表示其隨后是磁性粒子的進一步結(jié)合的沖洗步驟期間的測量，而“終點測量”僅僅是測定的最后測量)獲得的相應劑量-響應曲線。對于導致信號緩慢演化的靶成分濃度，可以使用更遲的中點測量。對于使接觸表面4(在沖洗步驟期間)快速飽和的靶成分濃度，可以使用更早的中點測量。這導致測定具有更大的動態(tài)范圍。在與第一實施例類似的第二實施例中，在表面結(jié)合期間引入多個沖洗步驟。然而， 替代于針對某個傳感器響應使用單一的中點和/或終點測量，在沖洗步驟之后的信號相對于時間變化的斜率可以被用于作為針對動力學的度量，并因而的存在于樣品中的靶成分的量的度量。這一方法可以容易地與所描述的中點/終點測量相結(jié)合。對于在測定結(jié)束時使信號飽和的靶成分濃度，可以使用該測定的動力學/斜率，然而對于不使傳感器飽和的濃度，可以使用終點測量，從而允許測定具有靈敏的測量和較廣的動態(tài)范圍兩者。應該注意的是，以上提及的實施例可以進行組合。圖9示出了在這方面的一示例， 其中在一個測定中針對具有不同靶成分肌鈣蛋白濃度C的測試樣品使用動力學(也即，斜率ds/dt)和終點信號(S)兩者作為兩個單獨的測量。如可以容易觀察到的，終點測量(用菱形和左邊的軸表示)線性覆蓋了較低的濃度C范圍，而基于斜率的測量(用正方形和右邊的軸表示)覆蓋更高的濃度范圍。從而每種測量類型的動態(tài)范圍是完全不同的，改善了整個測定的動態(tài)范圍。這并不限于動力學測量與終點測量的組合，而是一個或多個動力學測量與一個或多個中點測量及終點測量的任意組合原則上是可能的?？梢酝ㄟ^在控制單元13中運行的軟件來自動做出區(qū)分哪一個測量用于器械(其中某個信號或者斜率必須被轉(zhuǎn)化為在樣品中存在的靶成分的未知量)的最終讀出。例如對于圖9中的實驗，如果終點測量得到超出某個值的信號，那么可以使用動力學測量。或者反之亦然，如果斜率低于某個值，那么可以使用終點測量。優(yōu)選可以在對未知樣品的測定開始期間“在線”做出這種選擇。例如，如果第一動力學或者終點測量指示高的肌鈣蛋白值，從而該測定可以在一分鐘而不是五分鐘內(nèi)完成。使用驅(qū)動磁性粒子的電磁線圈為磁性粒子的操縱提供了極好的控制。磁性粒子可以結(jié)合至表面的速率以及因此信號演化的速率可以通過磁性線圈的操作方式來控制。換言之，結(jié)合速率可以適于個別測定的特定需要。這繼而意味著借助于驅(qū)動可以調(diào)整測定的動態(tài)范圍。這對于終點、中點和動力學測量皆是如此。此外，通過在一個測定之內(nèi)針對不同類型的測量使用不同的驅(qū)動協(xié)議，可以(半)獨立地調(diào)整每種測量類型的動態(tài)范圍。例如，可以修整兩種測量類型的動態(tài)范圍從而它們(些微)重疊，使得該測定具有很大的整體動態(tài)范圍。雖然以上參考具體實施例描述了本發(fā)明，但是各種修改和擴展都是可能的，例如-傳感器單元可以是基于粒子的任意性質(zhì)檢測在傳感器表面或者附近的磁性粒子存在的任意適當傳感器，例如，它可以經(jīng)由磁性方法、光學方法(例如，成像、熒光、化學發(fā)光、吸收、散射、漸逝場技術、表面等離子體共振、拉曼，等)、聲波檢測(例如，表面聲波、體聲波、懸臂、石英晶體，等)、電檢測(例如，傳導、阻抗、安培、氧化還原循環(huán))，其組合等等來檢測。-磁性傳感器單元例如可以是線圈、磁阻傳感器、磁致伸縮傳感器、霍爾傳感器、平面霍爾傳感器、磁通門傳感器、SQUID、磁共振傳感器，等等。-分子靶通常確定更大部分的濃度和/或存在，例如，細胞、病毒、或者細胞或病毒的片段、組織提取物，等等。-除了分子測定，利用根據(jù)本發(fā)明的傳感器設備也可以檢測更大的部分，例如，細胞、病毒、或者細胞或病毒的片段、組織提取物，等等。-該檢測可以伴隨有或者不具有關于傳感器表面的傳感器元件掃描。-用作標記的粒子可以通過感測方法被直接檢測。同樣，該粒子在檢測前可以被進一步處理。進一步處理的例子是可以添加材料，或者修改該標記的(生物)化學或者物理性質(zhì)以便于檢測。-該設備和方法可以用于幾種生化測定類型，例如，結(jié)合/非結(jié)合測定、夾心式測定、競爭測定、置換測定、酶測定，等等。其尤其適于DNA檢測，因為大型多路傳輸是很有可能的，并且不同寡核苷酸可以經(jīng)由噴墨印刷在基底上形成斑點。-該設備和方法適合于傳感器多路傳輸(也即，不同傳感器和傳感器表面的并行使用)、標記多路傳輸(也即，不同類型標記的并行使用)以及腔室多路傳輸(也即，不同反應室的并行使用)。-該設備和方法可以用作針對小樣品體積的快速、魯棒性和易于使用的照護點 (point-of-care)生物傳感器。該反應室可以是與緊湊讀取器一起使用的一次性物品，包含一個或多個場發(fā)生器件和一個或多個檢測器件。同樣，本發(fā)明的設備、方法和系統(tǒng)可以在自動高處理量測試中使用。在這種情況下，反應室例如是安裝在自動器械中的多孔板或者試管。-納米粒子是具有至少一個在3nm和5000nm之間，優(yōu)選在IOnm和3000nm之間，更優(yōu)選在50nm和IOOOnm之間范圍的尺寸。最后指出，在本申請中，術語“包括”不排除其它元件或者步驟，“一”或者“一個” 不排除多個，并且單獨的處理器或者其它單元可實現(xiàn)若干器件的功能。本發(fā)明在于各個和每一個新的特性特征，以及特性特征的各個和每一個的組合。此外，權利要求中的附圖標記不應解釋為限制它們的范圍。
權利要求
1.一種用于確定樣品中靶成分的量的方法，其中，磁性粒子( 在取決于所述靶成分的樣品量的動力學下特異性結(jié)合至填充有所述樣品的樣品室(1)的接觸表面G)，所述方法包括以下步驟a)至少兩個“沖洗步驟”，其中將磁力施加于所述磁性粒子( 上從而使未結(jié)合的磁性粒子從所述接觸表面(4)被移走；b)至少兩個相關聯(lián)的“測量步驟”，其中在沖洗步驟a)期間測量所述接觸表面⑷上的磁性粒子⑵的總量；c)“估計步驟”，其中在所述測量步驟b)的測量結(jié)果的幫助下估計所述靶成分O)的樣品量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述沖洗步驟之前和/或之后，所述磁性粒子( 通過吸引磁力被吸引至所述接觸表面(4)。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量步驟在所述沖洗步驟結(jié)束時執(zhí)行。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述估計基于所述測量結(jié)果的變化。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述估計基于單個測量步驟的測量結(jié)果。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)靶成分O)的預期樣品量，所述估計基于單個測量步驟的測量結(jié)果和/或基于若干測量結(jié)果的變化。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，基于至少一個早期測量結(jié)果來估計所述靶成分O)的預期樣品量。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，基于已經(jīng)執(zhí)行的沖洗和測量步驟的測量結(jié)果來確定剩余沖洗和測量步驟的定時。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，幾乎所有的未特異性結(jié)合的磁性粒子( 在沖洗步驟期間從所述接觸表面⑷被移除。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，只有一小部分未特異性結(jié)合的所述磁性粒子( 在沖洗步驟期間從所述接觸表面(4)被移除。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，至少一個沖洗步驟和相應的測量步驟在達到結(jié)合飽和所需的預期總時間的給定的較低分數(shù)之后執(zhí)行，和/或在達到結(jié)合飽和所需的預期總時間的給定的較高分數(shù)之前執(zhí)行。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述估計步驟基于用測試樣品獲得的校準數(shù)據(jù)。
13.—種傳感器設備(100)，包括a)樣品室(1)，其中可以提供包括靶成分的樣品和磁性粒子O)，所述樣品室具有接觸表面G)，磁性粒子( 在取決于所述靶成分的樣品量的動力學下能夠特異性結(jié)合到所述接觸表面；b)磁性操縱器(11，12)，其用于給所述接觸表面(4)上的磁性粒子( 施加磁力，從而使未結(jié)合的磁性粒子從所述接觸表面(4)被移走；c)傳感器單元(10)，其用于測量在所述接觸表面(4)上的磁性粒子O)的總量；d)控制單元(13)，其與所述磁性操縱器(11,1 和所述傳感器單元(10)連接以用根據(jù)權利要求1所述的方法來確定所述靶成分的樣品量。
14.一種計算機程序產(chǎn)品，其用于實現(xiàn)執(zhí)行根據(jù)權利要求1所述的方法。
15.根據(jù)權利要求13所述的傳感器設備在分子診斷、生物樣品分析、或者化學樣品分析中的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定樣品中靶成分(2)的量的方法和設備(100)，其中磁性粒子(2)在取決于該靶成分的樣品量的動力學下可以結(jié)合至接觸表面(4)。該方法包括在其期間磁性粒子(2)從該接觸表面(4)被磁性移走的至少兩個沖洗步驟，以及對該接觸表面(4)上的磁性粒子(2)剩余量的相應測量。在該樣品中的靶成分的量是從至少一個這種測量結(jié)果中估計的。該測量也允許確定高濃度的靶成分，其中該傳感器表面(4)對于該靶成分處于穩(wěn)態(tài)飽和。
文檔編號G01N33/543GK102187222SQ200980140688
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月6日 優(yōu)先權日2008年10月16日
發(fā)明者T·H·埃弗斯, W·U·迪特默 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司