波長比激光 器波長長至少20納米。因此應(yīng)該調(diào)諧納米傳感器的等離激元共振以覆蓋熒光標(biāo)記的吸收 峰、發(fā)射峰和激光激發(fā)波長。在一些實施方案中，激發(fā)和熒光的波長范圍可以從l〇〇nm至 20000nm。優(yōu)選的范圍是從300nm到1200nm。600-850nm的范圍是優(yōu)選的，原因是背景噪聲 低。
[0185] 系統(tǒng)，其中激發(fā)源來自由光源（激光器和發(fā)光二極管）、電力源（electrical source)(例如電源（powersupplies))和化學(xué)來源（如化學(xué)制品）構(gòu)成的組。
[0186] 系統(tǒng)，其中，讀取器選自光檢測器、C⑶照相機、CMOS照相機、分光計或光學(xué)傳感 器，所述光檢測器、CCD照相機、CMOS照相機、分光計或光學(xué)傳感器能夠產(chǎn)生來自納米傳感 器的光的性質(zhì)的零、一、二、或三維信息。
[0187] 與務(wù)動智能電話集成的系統(tǒng)
[0188] 本發(fā)明中的檢測器和系統(tǒng)可以適用于手持系統(tǒng)，例如蜂窩電話或智能電話（圖 8)。系統(tǒng)具有手持電話的尺寸，并且系統(tǒng)可以完全處于電話或電話的一部分的內(nèi)部。微流 體裝置可以制造在大小為現(xiàn)今手機的SIM卡的典型大小的小盒上。集成的光學(xué)元件也具有 類似于SIM卡的尺寸。（需要給出SIM卡和檢測器的尺寸）發(fā)光二極管（LED)可以用作照 明源、以及薄膜光濾波器和CCD檢測器。整個系統(tǒng)可以安裝在蜂窩電話內(nèi)部，或者作為獨立 的芯片載體，同時使用蜂窩電話的電源、信號和計算能力。此外，系統(tǒng)可以使用蜂窩電話的 遠程通信系統(tǒng)，將信號發(fā)送到醫(yī)院、醫(yī)生和必要的位置，甚至直接發(fā)送到計算機系統(tǒng)中。整 個裝置可以用一只手握持，優(yōu)選具有人手掌那樣的大小。
[0189] 迅速的優(yōu)勢的原因是它具有非常小的橫截面，并且捕捉劑對分析物的捕捉取決于 通道的橫截面（給出通道的橫截面）。此外，微流體通道易于多重化，以便于同時測量許多 不同的分析物。它也有助于將原來需要占用桌面設(shè)備的整個系統(tǒng)集成為手持式或口袋大小 的儀器。這種集成將大大減少光感測的噪聲并改善它的信號。它使用起來也非常方便，并 且成本低。它可與蜂窩電話一起使用，因此，可以有更多不易應(yīng)用的應(yīng)用。它將使更多的人 以低成本更容易且方便地使用，并允許更多的人使用傳感器。因此它提供更易于使用。低 噪聲意味著在桌面系統(tǒng)中可能有來自大系統(tǒng)中的漏光、振動和光散射的噪聲。通過使用集 成系統(tǒng)，噪聲可以被消除，因為成本低是來自幾個方面的。其中之一是，這些芯片可以以單 片方式制造，并且至少一部分組件可以單片地制造并且可以是非常便宜的材料。使用面積 也要小得多，成本降低。
[0190] 系統(tǒng)與移動電話集成以處理或傳遞通過該系統(tǒng)獲得的信息。集成裝置，系統(tǒng)（a) 使用智能電話的硬件或軟件的某些部分，和/或（b)被內(nèi)置為該電話的一部分，或部分內(nèi)置 在電話中，或者完全分開，但仍手持。
[0191] 測宙方法
[0192] 主題微流體裝置可用于檢測樣品中的分析物。一種用于感測和/或定量液體中的 一種或多種分析物的方法包括：(a)提供微流體裝置100 ; (b)使液體在微流體裝置的流體 通道中流動；(c)使液體與流體通道中的納米傳感器上的捕捉劑接觸，其中該捕捉劑特異 性結(jié)合分析物，且其中接觸是在適合于分析物特異性結(jié)合捕捉劑的條件下進行的；并（d) 讀取來自結(jié)合于或接近于捕捉劑的分析物的光信號。在上述步驟（a)中，在接合于捕捉劑 之前，可以用或不用發(fā)光標(biāo)記物標(biāo)記分析物（也稱作直接或間接標(biāo)記）。在接合之前不用發(fā) 光標(biāo)記物標(biāo)記分析物的實施方案中，分析物在接合于捕捉劑之后，可結(jié)合于自身被光學(xué)標(biāo) 記的第二捕捉劑（即檢測劑）（例如第二抗體或另一核酸）、經(jīng)過標(biāo)記的次級捕捉劑或經(jīng)過 標(biāo)記的檢測劑（此類過程也稱作間接標(biāo)記分析物）。在使用間接標(biāo)記的感測中，在上述讀取 步驟（b)之前去除未結(jié)合分析物的經(jīng)過標(biāo)記的次級捕捉劑。在使用直接標(biāo)記的感測中，在 上述讀取步驟（b)之前，去除未結(jié)合分析物的光學(xué)標(biāo)記物。
[0193]在讀取測定上的發(fā)光標(biāo)記物的過程中，對發(fā)光標(biāo)記物施加激發(fā)（光、電、化學(xué)或其 組合），并檢測光的特性，包括強度、波長、和位置。
[0194]在某些實施方案中，該方法包括將捕捉劑附接于主題納米傳感器的分子粘附層以 生成納米傳感器，其中該附接是通過如上文描述的捕捉劑與分子粘附層上的分子中的捕捉 劑反應(yīng)性基團的化學(xué)反應(yīng)進行的。接下來，該方法包括使含有靶分析物的樣品與納米傳感 器接觸，該接觸是在適合于特異性結(jié)合的條件下進行的，靶分析物特異性結(jié)合捕捉劑。這 個步驟之后，該方法包括去除任何未結(jié)合于捕捉劑的靶分析物（例如通過在結(jié)合緩沖液中 清洗納米傳感器的表面）；然后，添加綴合有光學(xué)可檢測標(biāo)記物的檢測劑以檢測靶分析物。 去除未結(jié)合靶分析物的檢測劑之后，可以將納米傳感器與讀取系統(tǒng)一起使用，以讀取來自 保持結(jié)合于納米傳感器的檢測劑的光信號（例如波長在300納米至1200納米的范圍中的 光）。容易想到的是，該方法進一步包括用發(fā)光標(biāo)記物標(biāo)記靶分析物。這可以在接觸步驟之 前或之后進行，即在分析物結(jié)合于捕捉劑之后。在某些實施方案中，在使分析物與納米傳感 器接觸之前標(biāo)記分析物。在其它實施方案中，在分析物結(jié)合納米傳感器的捕捉劑之后標(biāo)記 分析物。而且，如上文提到的，可以直接標(biāo)記分析物（在這種情況中，可以在該方法開始時 將分析物強連接于發(fā)光標(biāo)記物）或間接標(biāo)記分析物（即通過使靶分析物結(jié)合第二捕捉劑， 第二捕捉劑特異性結(jié)合靶分析物且連接有發(fā)光標(biāo)記物，例如經(jīng)過標(biāo)記的第二抗體或經(jīng)過標(biāo) 記的核酸）。在一些實施方案中，該方法可包括在接觸步驟（b)之前封閉納米傳感器，由此 防止捕捉劑非特異性結(jié)合非靶分析物。
[0195]適合于特異性結(jié)合和靶分析物特異性結(jié)合捕捉劑的條件包括恰當(dāng)?shù)臏囟?、時間、 溶液pH水平、環(huán)境光水平、濕度、化學(xué)試劑濃度、抗原-抗體比、等。
[0196]在某些實施方案中，可使用核酸捕捉劑來捕捉蛋白質(zhì)分析物（例如DNA或RNA結(jié) 合蛋白）。在備選實施方案中，可使用蛋白質(zhì)捕捉劑（例如DNA或RNA結(jié)合蛋白）來捕捉核 酸分析物。
[0197]樣品可以是液體樣品，而且，在某些實施方案中，樣品可以是來源于細胞、組織、或 體液的臨床樣品。感興趣體液包括但不限于羊水、房水、玻璃狀液、血（例如全血、成分血、 血漿、血清、等）、母乳、腦脊液（CSF)、耵聹（耳垢）、乳糜、食糜（chime)、內(nèi)淋巴、外淋巴、 糞、胃酸、胃液、淋巴、粘液（包括鼻涕和體內(nèi)痰（phlegm))、心包液、腹膜液、胸膜液、膿、稀 粘液、唾液、皮脂（皮膚油）、精液、咳出痰（sputum)、汗、滑液、淚、嘔吐物、尿和呼氣冷凝液。
[0198]測定的一些步驟顯示于圖4和5。捕捉劑和它們的結(jié)合配偶（包括分析物）之間的 分子相互作用的方法的通用方法是本領(lǐng)域公知的（參見例如Harlow et al.，Antibodies:A Laboratory Manual, First Edition (1988)Cold spring Harbor, N. Y.和 Ausubel et al.，Short Protocols in Molecular Biology, 3rd ed.，Wiley&Sons, 1995)。圖 4 和 5 中 顯示的方法是例示性的；那些圖中描述的方法并非實施測定法的唯一方式。
[0199]一種例示性抗體結(jié)合測定法的一些步驟顯示于圖2。在這種測定中，依照上文描述 的方法將納米傳感器連接于抗體以生成納米傳感器200,其包含連接于納米傳感器的分子 粘附層的抗體202。在生成納米傳感器200之后，在適合于特異性結(jié)合的條件下使納米傳感 器與含有靶分析物（例如靶蛋白質(zhì)）的樣品接觸。抗體202特異性結(jié)合樣品中的靶分析物 204。在自納米傳感器清洗掉未結(jié)合的分析物之后，在適合于特異性結(jié)合的條件下使納米傳 感器與用發(fā)光標(biāo)記物208標(biāo)記的第二抗體206接觸。在自納米傳感器去除未結(jié)合的第二抗 體之后，可以讀取納米傳感器以鑒定和/或定量初始樣品中分析物204的量。
[0200] -種例示性核酸結(jié)合測定的一些步驟顯示于圖3。在這種測定中，依照上文描述的 方法將納米傳感器130連接于核酸（例如寡核苷酸）以生成納米傳感器500,其包含連接于 分子粘附層的核酸分子502。在生成納米傳感器200之后，使納米傳感器與含有靶核酸504 的樣品在適合于靶核酸504和核酸捕捉劑502特異性雜交的條件下接觸。核酸捕捉劑504 特異性結(jié)合樣品中的靶核酸504。在自納米傳感器清洗掉未結(jié)合的核酸之后，在適合于特異 性雜交的條件下使納米傳感器與用發(fā)光標(biāo)記物508標(biāo)記的次級核酸506接觸。在自納米傳 感器去除未結(jié)合的次級核酸之后，可以讀取納米傳感器以鑒定和/或定量初始樣品中核酸 504的量。
[0201] 可使用主題裝置實施的增強型DNA雜交測定的一個例子是夾心雜交測定。捕捉 DNA為在其3'端用硫醇功能化的單鏈DNA。檢測DNA為在其3'端用熒光標(biāo)記物（例如 IRDye800CW)功能化的單鏈DNA。捕捉和檢測DNA均具有20bp的長度。它們是以不同序列 合成的，與革E定DNA的不同區(qū)域形成互補結(jié)合。首先，通過硫-金反應(yīng)在D2PA納米傳感器的 金屬表面上固定化捕捉DNA。然后，將靶定DNA添加至納米傳感器，以供捕捉DNA捕捉。最 后，將經(jīng)過熒光標(biāo)記的檢測DNA添加至納米傳感器以檢測固定化的靶定DNA。在清洗掉未結(jié) 合的檢測DNA之后，測量從納米傳感器表面發(fā)出的熒光信號，用于檢測和定量靶DNA分子。
[0202] 在圖2和3中顯示的實施方案中，可以使用次級捕捉劑（即"檢測劑"）來檢測結(jié) 合的分析物，次級捕捉劑可綴合有熒光團或催化合成可目測或用成像系統(tǒng)檢測的生色化合 物的酶。在一個實施方案中，可以使用辣根過氧化物酶（HRP)，它能將生色底物（例如TMB、 DAB、或ABTS)轉(zhuǎn)變成有色產(chǎn)物，或者，在使用化學(xué)發(fā)光底物時生成冷發(fā)光產(chǎn)物。在特定實施 方案中，由標(biāo)記物生成的光信號具有300納米至900納米范圍的波長。在某些實施方案中， 標(biāo)記物可以是電化學(xué)發(fā)光的，因此，可以通過給傳感器提供電流來生成光信號。
[0203] 在一些實施方案中，次級捕捉劑（即檢測劑），例如第二抗體或次級核酸，可以連 接有熒光團，例如咕噸染料，例如熒光素和羅丹明染料，諸如異硫氰酸熒光素（FITC)、6_羧 基熒光素（通常以其縮寫FAM和F指稱）、6_羧基-2'，4'，7'，4,7_六氯熒光素（HEX)、 6-羧基-4'，5' -二氯-2'，7' -二甲氧基熒光素（JOE或J)，N，N，N'，N' -四甲基-6-羧基 羅丹明（TAMRA或T)，6-羧基-X-羅丹明（R0X或R)，5-羧基羅丹明-6G(R6G5或G 5)，6-羧 基羅丹明_6G(R6G6或G6)，和羅丹明110 ;花青染料，例如Cy3、Cy5和Cy7染料；香豆素，例 如傘形酮；苯甲亞胺染料，例如Hoechst 33258 ;菲啶染料，例如德克薩斯紅；乙啡啶染料； 吖啶染料；咔唑染料；吩噁嗪染料；撲啉染料；聚甲川染料，例如花青染料，諸如Cy3、Cy5、 等；B0DIPY染料和喹啉染料。主題應(yīng)用中通常使用的具體的感興趣的熒光團包括：芘，香豆 素，二乙基氨基香豆素，F(xiàn)AM，氯三嗪基熒光素，熒光素，R110,曙紅，JOE，R6G，四甲基羅丹明， TAMRA，麗絲胺，R0X，萘熒光素，德克薩斯紅，萘熒光素，Cy3,和Cy5, IRDye800, IRDye 800CW， Alexa 790，Dylight 800,等。
[0204] 初級和次級捕捉劑應(yīng)當(dāng)以高特異性親和力結(jié)合革E分析物。然而，初級和次級捕捉 劑不能是相同分子，因為它們需要結(jié)合抗原中的不同位點。一個例子是抗人淀粉狀蛋 白捕捉抗體6E10和檢測G210,在這種情況中6E10只結(jié)合人0 -淀粉狀蛋白肽上的第10個 胺位點，而G210只結(jié)合第40個胺位點。捕捉劑和次級捕捉劑彼此不反應(yīng)。另一個例子使 用家兔抗人IgG作為捕捉抗體和驢抗人IgG作為檢測抗體。因為捕捉和檢測劑來源于不同 宿主物種，所以它們彼此不反應(yīng)。
[0205] 用熒光團標(biāo)記物蛋白質(zhì)（例如第二抗體）和核酸的方法是本領(lǐng)域公知的?；瘜W(xué) 發(fā)光標(biāo)記物包括吖啶酯和磺酰胺，魯米諾和異魯米諾；電化學(xué)發(fā)光標(biāo)記物包括釕（II)螯合 物，其它的也是已知的。
[0206] 應(yīng)甩
[0207] 本主題方法和組合物可用于多種應(yīng)用，此類應(yīng)用一般是分析物檢測應(yīng)用，其中至 少定性地（即使不是定量地）檢測給定樣品中特定分析物的存在。用于進行分析物檢測測 定的方案是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，不需要在本文中鋪陳。通常，懷疑含有感興趣分析物的 樣品與主題納米傳感器的表面在足以令分析物結(jié)合其相應(yīng)捕捉劑（捕捉劑拴系于傳感器） 的條件下使接觸。捕捉劑對靶定的感興趣分子具有高特異性親和力。此親和力可以是抗 原-抗體反應(yīng)，其中抗體結(jié)合抗原上的特定表位，或者可以是兩條或更多條互補核酸鏈之 間的序列特異性的DNA/RNA或DNA/RNA雜交反應(yīng)。因此，如果感興趣分析物存在于樣品中， 那么它很可能結(jié)合于傳感器上捕捉劑的部位，并在傳感器表面上形成復(fù)合物。就是說，捕捉 到的分析物固定化在傳感器表面。在去除未結(jié)合的分析物之后，接下來檢測傳感器的表面 上這種結(jié)合復(fù)合物的存在（即固定化的感興趣分析物），例如使用經(jīng)過標(biāo)記的次級捕捉劑。
[0208] 感興趣的特定分析物檢測應(yīng)用包括雜交測定，其中采用核酸捕捉劑，和蛋白質(zhì)結(jié) 合測定法，其中采用多肽，例如抗體。在這些測定法中，首先制備樣品，并在樣品制備后，在 特異性結(jié)合條件下使樣品與主題納米傳感器接觸，由此在與附接于傳感器表面的捕捉劑互 補的靶核酸或多肽（或其它分子）之間形成復(fù)合物。
[0209] 在一個實施方案中，捕捉寡核苷酸為合成單鏈DNA，長20-100個堿基，一端硫醇 化。這些分子固定化在納米傳感器的表面上，用于捕捉具有與固定化的捕捉DNA互補的序 列的靶定單鏈DNA (其長度可為至少50bp)。在雜交反應(yīng)之后，加入其序列與靶定DNA的未 被占據(jù)的核酸互補的檢測單鏈DNA(可以長20-100bp)以與靶雜交。檢測DNA的一端綴合 有熒光標(biāo)記物，其發(fā)射波長在納米傳感器的等離子激元共振以內(nèi)。因此，通過檢測從納米傳 感器表面發(fā)出的熒光發(fā)射，能精確檢測和定量靶單鏈DNA。捕捉和檢測DNA的長度決定解鏈 溫度（在解鏈溫度以上核苷酸鏈會分開）、錯配的程度（鏈越長，錯配越低）。選擇互補結(jié) 合的長度的關(guān)注點之一取決于最小化錯配同時保持盡可能高的解鏈溫度的需求。另外，確 定雜交長度的總長度以實現(xiàn)最佳信號放大。
[0210] 主題傳感器可用于診斷疾病或狀況的方法，其包括：（a)從懷疑具有疾病或狀況 的患者獲得液體樣品，（b)使樣品與主題納米傳感器接觸，其中納米傳感器的捕捉劑特異性 結(jié)合疾病的生物標(biāo)志物，且其中接觸是在適合于生物標(biāo)志物特異性結(jié)合捕捉劑的條件下進 行的；（c)去除未結(jié)合于捕捉劑的任何生物標(biāo)志物；并（d)讀取來自保持結(jié)合于納米傳感器 的生物標(biāo)志物的光信號，其中光信號指示患者具有疾病或狀況，其中該方法進一步包括在 生物標(biāo)志物結(jié)合捕捉劑之前或之后用發(fā)光標(biāo)記物標(biāo)記生物標(biāo)志物。正如下文會更詳細描述 的，患者可能被懷疑患有癌癥，且抗體結(jié)合癌癥生物標(biāo)志物。在其它實施方案中，患者被懷 疑具有神經(jīng)病學(xué)病癥，且抗體結(jié)合神經(jīng)病學(xué)病癥生物標(biāo)志物。
[0211] 主題傳感器的應(yīng)用包括但不限于：（a)檢測、純化和定量與某些疾?。ɡ绺腥拘?和寄生蟲疾病、損傷、心血管疾病、癌癥、精神障礙、神經(jīng)精神病癥和器官疾病，例如肺病、腎 ?。┑碾A段相關(guān)的化合物或生物分子；(b)檢測、純化和定量來自環(huán)境（例如水、土壤、或生 物學(xué)樣品，例如組織、體液）的微生物，例如病毒、真菌和細菌；（C)檢測、定量對食品安全或 國家安全造成威脅的化合物或生物學(xué)樣品，例如有毒廢物、炭疽；（d)定量醫(yī)學(xué)或生理學(xué)監(jiān) 控器中的生命參數(shù)，例如葡萄糖、血氧水平、總血細胞計數(shù)；（e)檢測和定量來自生物樣品 (例如細胞、病毒、體液）的特定DNA或RNA ; (f)測定和比較染色體和線粒體中的DNA中的 遺傳序列用于基因組分析；或（g)檢測反應(yīng)產(chǎn)物，例如在藥品合成或純化過程中。
[0212] 可以在各種樣品基質(zhì)中進行檢測，諸如細胞、組織、體液、和大便。感興趣的體液 包括但不限于羊水、房水、玻璃狀液、血（例如全血、成分血、血漿、血清、等）、母乳、腦脊液 (CSF)、耵聹（耳垢）、乳糜、食糜、內(nèi)淋巴、外淋巴、糞、胃酸、胃液、淋巴、粘液（包括鼻涕和體 內(nèi)痰）、心包液、腹膜液、胸膜液、膿、稀粘液、唾液、皮脂（皮膚油）、精液、咳出痰、汗、滑液、 淚、嘔吐物、尿和呼氣冷凝液。
[0213]在一些實施方案中，主題生物傳感器可用于通過檢測樣品中來自病原體的靶核酸 來診斷病原體感染。例如，靶核酸可以來自選自下組的病毒：人免疫缺陷病毒1和2(HIV-1 和HIV-2)，人T-細胞白血病病毒1和2 (HTLV-1和HTLV-2)，呼吸道合胞病毒（RSV)，腺病 毒，乙肝病毒（HBV)，丙肝病毒（HCV)，Epstein-Barr病毒（EBV)，人乳頭瘤病毒（HPV)，水痘 帶狀皰瘆病毒（VZV)，巨細胞病毒（CMV)，單純皰瘆病毒1和2 (HSV-1和HSV-2)，人皰瘆病毒 8(HHV-8,也稱作卡波西肉瘤皰瘆病毒）和黃病毒，包括黃熱病毒、登革病毒、日本腦炎病毒 和西尼羅病毒。然而，本發(fā)明不限于檢測來自上述病毒的DNA序列，而是可以沒有問題地應(yīng) 用于在獸醫(yī)和/或人醫(yī)中重要的其它病原體。