專(zhuān)利名稱(chēng)：連續(xù)取樣裝置和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及診斷測(cè)試以及更具體地涉及基于親和性的診斷測(cè)試。
背景技術(shù)：
在生物化學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域的大量科學(xué)研究(特別是近幾十年來(lái))顯示出這樣的事實(shí)大范圍的疾病和身體狀況是由人體內(nèi)的分子變化來(lái)表現(xiàn)的。在很多情況下，分子變化的早期檢測(cè)能夠促使較早的病情診斷，這大大地增加了有效治療狀況的可能性。很多分子變化是通過(guò)測(cè)定法來(lái)識(shí)別，所述測(cè)定法檢測(cè)和量化分析物分子，例如DNA、RNA或蛋白。這些測(cè)定法是基于分析物分子對(duì)捕獲分子的特定結(jié)合，一般已結(jié)合的分析物分子與測(cè)試溶液中的分析物分子的總數(shù)目成正比。這個(gè)類(lèi)型的檢測(cè)方法被描述為“親和 測(cè)定”并經(jīng)常始于將含有待檢測(cè)或定量的分析物的測(cè)試溶液與捕獲分子(也稱(chēng)為探針點(diǎn))組接觸。當(dāng)測(cè)試溶液與捕獲分子接觸時(shí)，一定百分比的分析物將與捕獲分子結(jié)合。經(jīng)過(guò)充足的時(shí)間之后，移除測(cè)試溶液并檢測(cè)與捕獲分子結(jié)合的分析物分子的存在(或量)。通常親和測(cè)定受這一事實(shí)的限制每組捕獲分子通常只產(chǎn)生單一的數(shù)據(jù)點(diǎn)。單一數(shù)據(jù)點(diǎn)通常不足以計(jì)算精準(zhǔn)的結(jié)果，特別是當(dāng)系統(tǒng)中有未知。這些未知可以是存在交叉反應(yīng)分子、與感興趣分析物不同的但可結(jié)合至捕獲分子的分子，因而會(huì)導(dǎo)致定量結(jié)果無(wú)用和引起假陽(yáng)性。另一未知的可能是環(huán)境溫度或捕獲分子的密度。舉例來(lái)說(shuō)，分子通常由捕獲分子固定在表面上。用捕獲分子制備測(cè)試位點(diǎn)的一個(gè)方法是接觸印刷(contact printing)。用接觸印刷，沉積在表面上的捕獲分子密度從一批次到下一批次常以2的因數(shù)(a factorof 2)而變化。由 Peterson 等報(bào)導(dǎo)，“The effect of surface probe density onDNA hybridization”，Nucleic Acids Research, Vol 29，No 24，pp. 5163-5168，OxfordUniversity Press,捕獲分子密度強(qiáng)烈地影響結(jié)合分析物的量。因此，使用通過(guò)接觸印刷的捕獲分子的測(cè)定，依賴于繁重的外部校準(zhǔn)方法(例如標(biāo)準(zhǔn)曲線)以提供有效的和有意義的結(jié)果。存在對(duì)進(jìn)行親和測(cè)定法的裝置和方法的需求。進(jìn)一步的需求存在于低成本測(cè)定法，包括多段測(cè)定法、蛋白陣列、測(cè)流裝置、夾層(sandwich)測(cè)定法、競(jìng)爭(zhēng)測(cè)驗(yàn)、或基于株的陣列，所述基于株的陣列提供準(zhǔn)確結(jié)果和使用該陣列的方法。能夠使得測(cè)定測(cè)試溶液內(nèi)的分析物數(shù)目的親和測(cè)驗(yàn)的方法和系統(tǒng)將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，某一溶液組分的數(shù)目的測(cè)定方法包括如下引入第一數(shù)目的溶液組分到第一測(cè)試位置，為引入的第一數(shù)目的溶液組分建立第一結(jié)合環(huán)境，通過(guò)結(jié)合第一多元溶液組分建立第一殘余數(shù)目的溶液組分，為第一殘余數(shù)目的溶液組分建立第二結(jié)合環(huán)境，通過(guò)從第一殘余數(shù)目的溶液組分中結(jié)合第二多元溶液組分來(lái)建立第二殘余數(shù)目的溶液組分，獲得與已結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)，獲得與已結(jié)合的第二多元溶液組分相關(guān)的第二信號(hào)，并且基于所獲得的第一信號(hào)和第二信號(hào)來(lái)確定感興趣組分的第二數(shù)目。在另一個(gè)實(shí)施方案中，參與分析物捕獲系統(tǒng)的分子的數(shù)目的測(cè)定方法包括引入第一數(shù)目的溶液組分到第一測(cè)試位置，通過(guò)將第一多元溶液組分結(jié)合至在第一測(cè)試位置的第一百分比的多元捕獲探針來(lái)建立第一殘余數(shù)目的溶液組分，通過(guò)從第一殘余數(shù)目的溶液組分結(jié)合第二多元溶液組分到第二測(cè)試位置的第二百分比的多元捕獲探針來(lái)建立第二殘余數(shù)目的溶液組分，獲得與結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)，獲得與結(jié)合的第二多元溶液組分相關(guān)的第二信號(hào)，并且基于所獲得的第一信號(hào)和第二信號(hào)確定感興趣組分的第二數(shù)目。在又一實(shí)施方案中，連續(xù)取樣系統(tǒng)包括如下多元第一捕獲探針，多元第二捕獲探針，將第一數(shù)目的感興趣分析物在溶液中從靠近所述多元第一捕獲探針的位置移動(dòng)到靠近所述多元第二捕獲探針的位置的運(yùn)送系統(tǒng)，儲(chǔ)存命令指令的存儲(chǔ)器，和設(shè)置成執(zhí)行命令指令以獲得與第一多元已結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)，獲得與第二多元已結(jié)合 的第二捕獲探針相關(guān)的第二信號(hào)，和基于所獲得的第一信號(hào)和所獲得的第二信號(hào)確定感興趣組分的第一數(shù)目的處理器。


圖I描述了連續(xù)取樣系統(tǒng)，設(shè)置該取樣系統(tǒng)使得單一樣品暴露于連續(xù)取樣，從而可以測(cè)定在包含增大檢測(cè)信號(hào)的其他分子的樣品里感興趣分子的數(shù)目；圖2描述了以微陣列形式提供一定量不同測(cè)試位點(diǎn)的平臺(tái)；圖3描述了可用于平臺(tái)上在多種測(cè)試位點(diǎn)連續(xù)對(duì)測(cè)試溶液取樣的程序，以將樣品暴露于多重捕獲探針點(diǎn)；圖4描述了在陣列上的測(cè)試位點(diǎn)的示意圖，所述陣列被控制以將測(cè)試溶液里的感興趣分析物運(yùn)送到鄰近第一組捕獲探針的位置；圖5描述了在圖4的陣列上的第二測(cè)試位點(diǎn)的示意圖，所述陣列被控制以將測(cè)試溶液里的在第一測(cè)試位點(diǎn)未結(jié)合的感興趣分析物運(yùn)送到鄰近第二組捕獲探針的位置；圖6描述了連續(xù)取樣系統(tǒng)的示意圖，所述系統(tǒng)中加入了側(cè)流技術(shù)以在測(cè)試溶液流過(guò)不同的捕獲探針位點(diǎn)時(shí)，從測(cè)試溶液中捕獲感興趣分析物；圖7-11描述了連續(xù)取樣系統(tǒng)，其中測(cè)試溶液中已捕獲的感興趣分析物用于提供殘余數(shù)目的分析物，所述分析物被取樣以提供用于測(cè)定測(cè)試溶液中分析物的初始數(shù)目的數(shù)據(jù)。
具體實(shí)施方案為了促進(jìn)理解本發(fā)明原理的目的，參考附圖闡明的和下列說(shuō)明中描述的實(shí)施方案。應(yīng)理解為其無(wú)意限制本發(fā)明的范圍。另外，應(yīng)理解為本發(fā)明包括對(duì)闡明的實(shí)施例的任意改動(dòng)或修改，也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的本發(fā)明原理在本發(fā)明有關(guān)的進(jìn)一步的應(yīng)用。質(zhì)量作用定律預(yù)示對(duì)于給定的親和常數(shù)和探針密度，與探針結(jié)合的分析物的百分比是恒定的，而不是分析物濃度的函數(shù)，大范圍的親和測(cè)驗(yàn)作用符合該定律。所述的質(zhì)量作用定律表達(dá)為
/)/ L·
-,anahteprobes a~^ =---T7T7 = amah!te
nOnafyte npmbeska + NiV■其中
bmalyte是結(jié)合的分析物分子的數(shù)目，Iianalyte是測(cè)試溶液中總的分析物分子的數(shù)目，Hprobes是總的探針?lè)肿拥臄?shù)目，ka是分析物分子和探針?lè)肿又g的結(jié)合常數(shù)Na是阿伏伽德羅常數(shù)，V是測(cè)試溶液的體積，和Banalyte是已結(jié)合的分析物的百分比。參照?qǐng)DI描述了大致標(biāo)記為100的連續(xù)取樣系統(tǒng)的代表。所述取樣系統(tǒng)100包含I/O裝置102，處理電路104和存儲(chǔ)器106。所述I/O裝置102可包含用戶界面、圖形用戶界面、鍵盤(pán)、指點(diǎn)裝置(pointing device)、遙控和/或本地通訊連接、顯示器、和其它能夠?qū)⑼獠慨a(chǎn)生的信息提供給取樣系統(tǒng)100和允許將取樣系統(tǒng)100的內(nèi)部信息對(duì)外溝通的裝置。所述處理電路104可適當(dāng)?shù)厥峭ㄓ媚康牡挠?jì)算機(jī)處理電路，例如微處理機(jī)及其附加的電路。所述的處理電路104是可操作的以進(jìn)行屬于該電路的操作。在存儲(chǔ)器106里是多種程序指令108。一些所述的程序指令108在下面更全面地描述，其可由處理電路104和/或合適的任意其他的部件執(zhí)行。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)110 (associationdatabases 110)也位于存儲(chǔ)器106內(nèi)。所述取樣系統(tǒng)100進(jìn)一步包含運(yùn)送控制系統(tǒng)112和環(huán)境檢測(cè)器套裝114。設(shè)置所述運(yùn)送控制系統(tǒng)112以移動(dòng)測(cè)試溶液，在該實(shí)施例中至圖2描述的微陣列120。可以使用多種方法以形成微陣列平臺(tái)120。舉例來(lái)說(shuō)，美國(guó)專(zhuān)利5807522公開(kāi)了形成微陣列的一種方法。所述微陣列平臺(tái)120包含一些不同的子陣列122。所述子陣列122包含一些由分析物探針組成的測(cè)試位點(diǎn)124。在本發(fā)明的范疇里，子陣列122的數(shù)目可不同，在各子陣列122中的測(cè)試位點(diǎn)124的數(shù)目可不同。在該實(shí)施方案中，通過(guò)檢測(cè)器或套裝114，在測(cè)試位點(diǎn)124的測(cè)試溶液的精確溫度可檢測(cè)。系統(tǒng)100進(jìn)一步包含傳感器116。所述傳感器116可與其他系統(tǒng)100的部件被包含于單個(gè)裝置中?；蛘?，可將一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)100的部件提供作為單獨(dú)的裝置，所述單獨(dú)的裝置可以相對(duì)其他系統(tǒng)100的部件遠(yuǎn)程設(shè)置。用捕獲劑或能有效捕獲感興趣分析物的分析物探針制備測(cè)試位點(diǎn)124。參照?qǐng)D3的步驟130提供取樣系統(tǒng)100的更多細(xì)節(jié)。處理器104執(zhí)行程序指令108以執(zhí)行至少一部分圖3的步驟130。在不同的實(shí)施方案中，根據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)，可將步驟130改造以包含更多或更少步驟。在程序塊132，感興趣分析物被識(shí)別，獲得感興趣分析物和在微陣列120上的探針?lè)肿拥膋a(程序塊134)，并將ka儲(chǔ)存于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)110中(程序塊136)。然后識(shí)別可能在已測(cè)試的樣品中存在的干擾或噪音的潛在來(lái)源(程序塊138)。信號(hào)干擾的識(shí)別可包括，例如，樣品中對(duì)于已識(shí)別的探針?lè)肿佑杏H和性的可能的分子或潛在的分子的識(shí)別。然后識(shí)別噪音各來(lái)源與探針?lè)肿拥乃鰇a(程序塊140)，并且儲(chǔ)存在親和數(shù)據(jù)庫(kù)110之一中(程序塊 142)。
在程序塊144，由沉積所需量的所選探針?lè)肿釉诟鳒y(cè)試位點(diǎn)124來(lái)制備微陣列平臺(tái)120。在另外的實(shí)施方案中，可用第一探針?lè)肿又苽錅y(cè)試位點(diǎn)124的子組，而另一測(cè)試位點(diǎn)124的子組可用第二探針?lè)肿又苽?，從而允許在單一微陣列平臺(tái)120傷實(shí)施兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)試。在單一微陣列120中可使用另外的設(shè)置。舉例來(lái)說(shuō)，在子陣列122之一中的各測(cè)試位點(diǎn)可用相同的探針?lè)肿又苽?，而子陣?22中的另一包含不同的探針?lè)肿印Ｔ谠搶?shí)施方案中，選擇用特定探針?lè)肿又苽涞臏y(cè)試位點(diǎn)124的數(shù)目，以使得該數(shù)目與上述識(shí)別的潛在干擾分子類(lèi)型加上感興趣分析物的數(shù)目至少相同。一旦制備了微陣列平臺(tái)120，引入測(cè)試樣品到所選測(cè)試位點(diǎn)124組(程序塊146)。所述測(cè)試樣品包含一些感興趣分析物和一些干擾性分析物。如果不是已建立，控制各所選測(cè)試位點(diǎn)124組內(nèi)的環(huán)境以使得樣品內(nèi)的感興趣分析物在所希望的測(cè)試位點(diǎn)124或測(cè)試位點(diǎn)124組局部化(程序塊148)。在該實(shí)施例中，使感興趣分析物帶電，并使用運(yùn)送控制系統(tǒng)112在樣品內(nèi)建立電學(xué)力。運(yùn)送控制系統(tǒng)因而在測(cè)試樣品中運(yùn)送感興趣分子到所需的測(cè)試位點(diǎn)124，如圖4中所描述的。
圖4描述了由測(cè)試樣品150覆蓋的測(cè)試位點(diǎn)121和測(cè)試位點(diǎn)1242。感興趣分析物152帶負(fù)電，干擾性分析物154也是。運(yùn)送控制系統(tǒng)112使測(cè)試位點(diǎn)12七帶正電，這使得帶負(fù)電的感興趣分析物152和干擾性分析物154從測(cè)試位點(diǎn)1242移離，并且濃縮在測(cè)試位點(diǎn)124!上。然后將測(cè)試樣品150培育預(yù)定的時(shí)間(程序塊156)。在培育期間，各所選測(cè)試位點(diǎn)124中的實(shí)際測(cè)試環(huán)境由環(huán)境檢測(cè)或套裝114控制，并且將指示已建立的測(cè)試環(huán)境的數(shù)據(jù)提供至處理電路104(程序塊158)。在一些實(shí)施方案中，所述環(huán)境可能是不被控制的。該環(huán)境數(shù)據(jù)可包含溫度和測(cè)試位點(diǎn)12+和1242之間的電勢(shì)不同。在培育期間，一些感興趣分析物152和一些干擾性分析物154被測(cè)試位點(diǎn)121上的測(cè)試探針160結(jié)合。當(dāng)樣品150被充分培育時(shí)，運(yùn)送控制系統(tǒng)112使測(cè)試位點(diǎn)1242正電荷，這使得帶負(fù)電的和未被結(jié)合的感興趣分析物152和干擾性分析物移離測(cè)試位點(diǎn)121并在測(cè)試位點(diǎn)1242上濃縮(程序塊160)，如圖5中所描述。然后將測(cè)試樣品150培育一段預(yù)定的時(shí)間(程序塊162)。在培育期間，各所選測(cè)試位點(diǎn)124組中的實(shí)際測(cè)試環(huán)境由環(huán)境檢測(cè)器套裝114控制，并且將指示已建立的測(cè)試環(huán)境的數(shù)據(jù)提供至處理電路104(程序塊164)。該環(huán)境數(shù)據(jù)可包含溫度和測(cè)試位點(diǎn)12七和1242之間的電勢(shì)不同。在培育期間，一些感興趣分析物152和一些干擾性分析物154被測(cè)試位點(diǎn)1242上的測(cè)試探針160結(jié)合。當(dāng)將樣品150充分培育時(shí)，清洗測(cè)試位點(diǎn)124 (程序塊166)，并且使用傳感器116檢測(cè)已結(jié)合的感興趣分析物152和已結(jié)合的干擾性分析物154(程序塊168)?？梢允褂枚喾N感應(yīng)方法(sensing method)來(lái)量化在親和測(cè)驗(yàn)中結(jié)合的分析物。這些感應(yīng)方法包括發(fā)光法、熒光法、比色法、電化學(xué)法、電阻法和磁性法示值讀數(shù)。所述感應(yīng)方法優(yōu)選提供已結(jié)合的探針數(shù)目的高精確度的指示?；谂c測(cè)試位點(diǎn)124和1242上結(jié)合的探針數(shù)目相關(guān)的信號(hào)，由處理電路104計(jì)算樣品內(nèi)的一種或多種感興趣分析物的數(shù)目(程序塊170).一種或多種感興趣分析物的數(shù)目的計(jì)算是可能的，因?yàn)橛蓚鞲衅?16獲得的特定一個(gè)所選測(cè)試位點(diǎn)124組的信號(hào)是信號(hào)貢獻(xiàn)者(contributor)的總和，包括感興趣分子和各噪音來(lái)源，例如干擾性分子。歸因于各貢獻(xiàn)者的信號(hào)相關(guān)部分依賴于特定貢獻(xiàn)者的量、其他貢獻(xiàn)者的量、和對(duì)最初沉積的各貢獻(xiàn)者的捕獲探針的相對(duì)親和性。下式反映出該關(guān)系
S1 —· · · aI-X^l-X其中S1是測(cè)試位點(diǎn)121與已結(jié)合的探針160相關(guān)的信號(hào)，是12七上的探針160已結(jié)合的分析物數(shù)目結(jié)合的分析物的百分比(I至X)，和Iv1是樣品中在測(cè)試位點(diǎn)12七上已識(shí)別的分析物的數(shù)目(I至X)。類(lèi)似地，下式反映測(cè)試位點(diǎn)1242上的信號(hào)的關(guān)系
S2 — a2-1^2-l~*~a2-2^2-2~*~· · · · a2-x^2-x其中S2是測(cè)試位點(diǎn)1242中與已結(jié)合的探針160相關(guān)的信號(hào)，a2_!是與測(cè)試位點(diǎn)1242中的探針160結(jié)合的分析物的百分比(I至x)，和
Iv1是樣品中在測(cè)試位點(diǎn)1242上已識(shí)別的分析物的數(shù)目(I至X)。由于在測(cè)試位點(diǎn)1242上的分析物的數(shù)目與測(cè)試樣品中的分析物的原始數(shù)目減去在測(cè)試位點(diǎn)124上結(jié)合的分析物數(shù)目相等，測(cè)試位點(diǎn)1242上的信號(hào)的等式可重寫(xiě)為S2 = a2_! (l-aH)nH+a2-2(卜a卜2)rv2+——a2_x (1-a^)Ii1^ 對(duì)于兩種分析物的情況，前述等式可解為
Γηη_ι_ (^1-^1-^2) η --;-—相應(yīng)地，由于控制了探針?lè)肿訑?shù)目，對(duì)于各分析物結(jié)合的分析物的百分比可以確定為親和常數(shù)和探針密度的函數(shù)。因而，在初始測(cè)試溶液150中的各分析物的數(shù)目可確定。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)情境中，測(cè)試樣品150包含IO6數(shù)目的感興趣分析物分子和IO6的與感興趣分析物非常相似因而具有交叉反應(yīng)性的另一分析物分子。親和常數(shù)CO和探針密度預(yù)示了 40%的感興趣分析物分子和60%的其他分析物將與捕獲分子結(jié)合。相應(yīng)地，400000分子感興趣分析物和600000分子其他分析物將在測(cè)試位點(diǎn)12^被捕獲，和帶來(lái)對(duì)應(yīng)應(yīng)于1000000已結(jié)合探針(S1).的信號(hào)。當(dāng)移動(dòng)殘余數(shù)目的感興趣分析物和其他分析物到測(cè)試位點(diǎn)121，將有400000感興趣分析物分子和600000感興趣分析物分子留在測(cè)試溶液150中。相應(yīng)地，培育后，240000感興趣分析物分子和240000其他分析物分子將在測(cè)試位點(diǎn)1242上結(jié)合。然后所述信號(hào)S2將對(duì)應(yīng)于480000已結(jié)合探針。在上述等式中替換所計(jì)算的結(jié)合百分比和所得的信號(hào)可得
(1,000,000 - 0.60(1,000,000) - 480,000) , H =-;---= IO
______ 0.40(0.40-0.60)多位點(diǎn)連續(xù)取樣系統(tǒng)因而可在印制電路板、玻璃、塑料基材、或CMOS芯片上或甚至在孔板例如96孔板中，施行，所述CMOS芯片有金、玻璃、環(huán)氧物、聚合物、或膠涂覆。若需要，可在印制電路板或CMOS芯片中提供控制、示值讀數(shù)、和對(duì)控制的傳感。這輔助保持測(cè)試位點(diǎn)間非控制環(huán)境因素的一致性。所需要，所述信號(hào)評(píng)價(jià)和測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)可在CMOS芯片上硬編碼。上述的實(shí)施方案中的運(yùn)送控制系統(tǒng)112加入電場(chǎng)以在測(cè)試樣品中移動(dòng)分析物。當(dāng)在溶液中時(shí)，運(yùn)送帶有凈電荷的分析物，例如蛋白或DNA鏈，電場(chǎng)是很有用的(見(jiàn)例如，Dalibor Hodko et al. , “CMOS Electronic Microarrays in Diagnostics andNanotechnology”, CMOS Biotechnology2007)。
通過(guò)使用移液管或液體操作設(shè)備，帶電的和電中和的分析物可被大量移動(dòng)。對(duì)于帶電的和電中和的分析物，其他運(yùn)送控制系統(tǒng)可用于連續(xù)地取樣測(cè)試溶液。在運(yùn)送控制系統(tǒng)中具體有用的技術(shù)包括微觀流體，其中總測(cè)試溶液在芯片水平上被從一個(gè)探針點(diǎn)移動(dòng)到另一探針點(diǎn)。微觀流體路徑包含連續(xù)流微觀流體，所述連續(xù)流微觀流體使得由外部或內(nèi)部微泵或微閥控制液體能流動(dòng)通過(guò)制造的微通道，如AJ 7汝/而所報(bào)道的“TrendSin miniaturized total analysis systems for point-of-care testing in clinicalchemistry”，Lab on a Chip, 2001。連續(xù)流系統(tǒng) 200 如圖 6 中所述。參見(jiàn)圖6，測(cè)試樣品202由連續(xù)流運(yùn)送系統(tǒng)引流過(guò)捕獲探針204。設(shè)置傳感器206卜3沿著流動(dòng)路徑，并將其設(shè)置以檢測(cè)已捕獲分析物208的探針204的數(shù)目。由于分析物的捕獲是測(cè)試溶液中的分析物數(shù)目的函數(shù)，當(dāng)測(cè)試溶液中的分析物數(shù)目減小時(shí)，捕獲速率減小。相應(yīng)地，由傳感器206i獲得的信號(hào)比由傳感器2062產(chǎn)生的信號(hào)大。因而在圖6的實(shí)施方案中分析物分子的數(shù)目計(jì)算以上述的實(shí)施例中計(jì)算分析物分子數(shù)目類(lèi)似的方式計(jì)算。
其他可用于運(yùn)送系統(tǒng)的技術(shù)包括分離的微觀流體,例如，如Vi jay Srinivasan在“An integrated digital microfluidic lab-on-a-chip for clinical diagnosticson human physiological fluids”，Lab Chip, 2004，4，310-315 中所報(bào)導(dǎo)的電介質(zhì)上的電潤(rùn)濕(EWOD),或如 Achim Wixforth 在 “Flat Fluidics:Acoustically driven planarmicrof luidic devices for biological and chemical application，，中所報(bào)導(dǎo)的表面聲波，變換器05。在液體測(cè)試溶液轉(zhuǎn)移通過(guò)孔狀膜處也可加入側(cè)流系統(tǒng)，所述側(cè)流系統(tǒng)含有幾個(gè)報(bào)告區(qū)或捕獲分子區(qū)。除了電場(chǎng)，溶液中可使用磁場(chǎng)運(yùn)送分析物?？捎么判粤Ｗ踊驇щ姌?biāo)簽來(lái)標(biāo)記分析物分子以協(xié)助運(yùn)送分析物。當(dāng)圖4的實(shí)施方案產(chǎn)生殘余數(shù)目的溶液組分(其中的分析物是那些沒(méi)有被結(jié)合的分析物)時(shí)，殘余數(shù)目的溶液組分也可使用已結(jié)合的分析物產(chǎn)生，例如由圖7-11的取樣體系220完成。圖7描述了包含一定量分析物224的測(cè)試溶液222。通過(guò)將帶有一定量探針228的測(cè)試條226A放置在溶液222中，如箭頭230所示，產(chǎn)生溶液組分的殘余數(shù)目。然后將測(cè)試條226取出，一些分析物224結(jié)合在探針228上(圖8)。第一信號(hào)可由指示結(jié)合到探針228的分析物數(shù)目的測(cè)試條226獲得。獲得信號(hào)之前，可清洗測(cè)試條226以除去貼在測(cè)試條226上的而不是結(jié)合到探針228上的分析物。然后將測(cè)試條226浸入圖9所示的溶液232中?？蛇x擇所述溶液232以使得分析物224從探針228脫離，或者可控制溶液232中的環(huán)境以破壞分析物224與探針228之間的結(jié)合。溶液232中的所述分析物224因而形成殘余數(shù)目的溶液組分。然后將帶有一定量探針242的第二測(cè)試條240暴露于溶液232，如圖10中的箭頭244所示。然后將測(cè)試條240取出，帶有一些分析物224結(jié)合在探針242上(圖11)。第二信號(hào)可由指示結(jié)合到探針242的分析物數(shù)目的測(cè)試條240獲得。獲得信號(hào)之前，可清洗測(cè)試條240以除去貼在測(cè)試條240上的而不是結(jié)合到探針242上的分析物。測(cè)定溶液222中分析物的數(shù)目，可以使用探針和分析物的親和常數(shù)和探針密度以及所獲得的信號(hào)計(jì)算。在取樣系統(tǒng)220的實(shí)施方案中，控制環(huán)境以破壞分析物224和探針228之間的結(jié)合，在結(jié)合被破壞后可以移去測(cè)試條226。然后可以控制溶液232中的環(huán)境以允許結(jié)合，測(cè)試條226可以再引入。在溶液230中分析物224到探針238的結(jié)合將是溶液230中分析物224的數(shù)目的函數(shù)。因而，從溶液230中結(jié)合的分析物224的數(shù)目將比從溶液232中結(jié)合的分析物224的數(shù)目少?？筛淖儓D3的程序以適應(yīng)多種情境。舉例來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)可運(yùn)送液體而不是探針。在該情境中，運(yùn)送測(cè)試溶液以與探針點(diǎn)接觸并培育。然后將初始溶液去除并獲得對(duì)已結(jié)合的分析物的測(cè)量。然后將沒(méi)有分析物或干擾組分的液體與探針點(diǎn)接觸并培育，以使得一些已結(jié)合的分析物進(jìn)入溶液中。然后將該液體去除，并測(cè)量探針點(diǎn)的減少數(shù)目的已結(jié)合的分析物。在另一情境中，可以測(cè)定有一定量干擾性分析物且干擾性分析物比感興趣分析物的數(shù)目大得多的溶液，甚至在干擾性分析物的結(jié)合效率未知的情況下。具體地，只要結(jié)合效率小，可假設(shè)干擾性分析物分子的數(shù)目是恒定的，甚至在一些干擾性分析物已結(jié)合到捕獲探針上的情況下。因而，在連續(xù)性樣品中的第一和第二信號(hào)之間的信號(hào)的減弱僅歸因于感興趣分析物的數(shù)目改變。相應(yīng)地，根據(jù)下式測(cè)定測(cè)試溶液中分析物數(shù)目 (S1-S1)^ anahte 2 ^
^ analyte可進(jìn)一步改變圖3的程序以校準(zhǔn)不同批次的測(cè)試平臺(tái)。通過(guò)使用只含有單一結(jié)合性分析物的測(cè)試溶液，可以例如圖3的程序的方式獲得所述分析物的殘余數(shù)目。然后可根據(jù)下式，與從初始溶液中和從殘余溶液中結(jié)合的分析物相關(guān)的信號(hào)可用于確定初始溶液中分析物的數(shù)目nG—lyte
I2該式中，不需要結(jié)合效率。因此，該式可用于結(jié)合效率未知的情境。因此，使用例如在上面第9頁(yè)第二段中中所提到的等式，根據(jù)下式確定從測(cè)試溶液(S1)和殘余溶液(S2)獲得的信號(hào)S1 = B1Ii1S1 : π其中
^-analyte*因而，對(duì)于結(jié)合到捕獲分子的分析物分子的百分比未知的情境，溶液中分析物的數(shù)目可以根據(jù)下式確定
S2 ι =-r上面第9頁(yè)第二段中提到的等式在干擾性分析物存在于溶液中的情境中也是有用的。在該情境中，根據(jù)下式確定從測(cè)試溶液(S1)和殘余溶液(S2)獲得的信號(hào)=S1 =S2 = Qpii + a\n2因而，對(duì)于結(jié)合到捕獲分子的分析物分子的百分比未知的情境，溶液中分析物的數(shù)目，包括干擾性種類(lèi)，可以根據(jù)下式確定
S n _ Ci1Si=； 一
a~x -CixQn一旦確定原始溶液中分析物的數(shù)目，捕獲探針?lè)肿拥臄?shù)目可用上述的質(zhì)量作用定律確定?？筛淖?cè)摲椒ㄒ匝a(bǔ)償其他影響分析物與捕獲探針具體結(jié)合的結(jié)合效率的未知因素，例如溫度。 在附圖和上述描述中已闡明和詳細(xì)描述本發(fā)明，其在性質(zhì)上應(yīng)被理解為解說(shuō)性的而不是限制性的。應(yīng)理解只是優(yōu)選的實(shí)施方案已被展示，所有在本發(fā)明的精神內(nèi)的改變、更改和進(jìn)一步的應(yīng)用都被要求保護(hù)。
權(quán)利要求
1.確定溶液組分?jǐn)?shù)目的方法，其包括 引入第一數(shù)目的溶液組分到第一測(cè)試位置； 通過(guò)在第一測(cè)試位置結(jié)合第一多元溶液組分，來(lái)建立第一殘余數(shù)目的溶液組分； 通過(guò)從第一殘余數(shù)目的溶液組分結(jié)合第二多元溶液組分，來(lái)建立第二殘余數(shù)目的溶液組分； 獲得與結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)； 獲得與結(jié)合的第二多元溶液組分相關(guān)的第二信號(hào)；和 基于所獲得的第一信號(hào)和所獲得的第二信號(hào)，來(lái)確定感興趣的第一溶液組分的第二數(shù)目。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其還包括 將第一殘余數(shù)目的溶液組分從第一測(cè)試位點(diǎn)運(yùn)送到第二測(cè)試位點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分包括 從第一測(cè)試位點(diǎn)向第二測(cè)試位點(diǎn)運(yùn)送結(jié)合到各自的多元捕獲探針上的多元分析物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其還包括 從各自的多元捕獲探針釋放已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中釋放已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物包括 通過(guò)改變已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物的溫度來(lái)釋放已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中釋放已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物包括 通過(guò)將已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物暴露于去雜交(dehybridation)溶液來(lái)釋放已運(yùn)送的多元已結(jié)合分析物。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分包括 使用微觀流體技術(shù)運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分包括 使用毛細(xì)管流運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分包括 使用磁性珠運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分包括 通過(guò)改變作用于第一殘余數(shù)目的溶液組分的電荷來(lái)運(yùn)送第一殘余數(shù)目的溶液組分。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其還包括 通過(guò)從第二殘余數(shù)目的溶液組分中結(jié)合第三多元溶液組分來(lái)建立第三殘余數(shù)目的溶液組分； 獲得與結(jié)合的第三多元溶液組分相關(guān)的第三信號(hào)；和 基于所獲得的第一信號(hào)、所獲得的第二信號(hào)、和所獲得的第三信號(hào)，確定感興趣的第二溶液組分的第三數(shù)目。
12.確定參與分析物捕獲系統(tǒng)的分子數(shù)目的方法，其包括 引入第一數(shù)目的溶液組分到第一測(cè)試位置； 通過(guò)在第一測(cè)試位置結(jié)合第一多元溶液組分到第一百分比的多元捕獲探針，來(lái)建立第一殘余數(shù)目的溶液組分； 通過(guò)在第二測(cè)試位置從第一殘余數(shù)目的溶液組分中將第二多元溶液組分結(jié)合到第二百分比的多元捕獲探針，來(lái)建立第二殘余數(shù)目的溶液組分； 獲得與結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)； 獲得與結(jié)合的第二多元溶液組分相關(guān)的第二信號(hào)；和 基于所獲得的第一信號(hào)和所獲得的第二信號(hào)，確定感興趣分子的第二數(shù)目。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中第一多元溶液組分由感興趣的分子組成。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中多元捕獲探針由感興趣的分子組成。
15.連續(xù)取樣系統(tǒng)，其包括 多元的第一捕獲探針； 多元的第二捕獲探針； 運(yùn)送系統(tǒng)，其用于將溶液中第一數(shù)目的分析物從鄰近多元的第一捕獲探針的位置移動(dòng)到鄰近多元的第二捕獲探針的位置； 存儲(chǔ)器，其中儲(chǔ)存命令指令；和 經(jīng)設(shè)置以執(zhí)行所述命令指令的處理器，從而 獲得與第一多元已結(jié)合第一捕獲探針相關(guān)的第一信號(hào)， 獲得與第二多元已結(jié)合第二捕獲探針相關(guān)的第二信號(hào)，和 基于所獲得的第一信號(hào)和所獲得的第二信號(hào)確定第一感興趣組分的第一數(shù)目。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其還包括 多元的第三捕獲探針，其中進(jìn)一步設(shè)置所述的處理器以執(zhí)行命令指令，從而 獲得與第三多元已結(jié)合第三捕獲探針相關(guān)的第三信號(hào)，和 基于所獲得的第一信號(hào)、所獲得的第二信號(hào)、和所獲得的第三信號(hào)確定第二感興趣組分的第二數(shù)目。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中第一感興趣組分是捕獲探針。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中第一感興趣組分是溶液中的分析物。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)定溶液組分?jǐn)?shù)目的方法，其包括引入第一數(shù)目的溶液組分到第一測(cè)試位置，為引入的第一數(shù)目的溶液組分建立第一結(jié)合環(huán)境，通過(guò)結(jié)合第一多元溶液組分建立第一殘余數(shù)目的溶液組分，為第一殘余數(shù)目的溶液組分建立第二結(jié)合環(huán)境，通過(guò)從第一殘余數(shù)目的溶液組分結(jié)合第二多元溶液組分來(lái)建立第二殘余數(shù)目的溶液組分，獲得與結(jié)合的第一多元溶液組分相關(guān)的第一信號(hào)，獲得與結(jié)合的第二多元溶液組分相關(guān)的第二信號(hào)，并基于所獲得的第一信號(hào)和所獲得的第二信號(hào)，確定感興趣的第一溶液組分的第二數(shù)目。
文檔編號(hào)G01N33/543GK102971627SQ201180009630
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者S·卡伍斯, D·洛斯, C·蘭格, A·H·H·特拉薩茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司, 斯坦福大學(xué)