采用磁性傳感器進(jìn)行的分析物檢測(cè)的制作方法
【專利說明】采用磁性傳感器進(jìn)行的分析物檢測(cè)
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年9月19日、申請(qǐng)?zhí)枮?00880116933.X、發(fā)明名稱"采用磁 性傳感器進(jìn)行的分析物檢測(cè)"的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 對(duì)政府支持的致謝
[0003] 本發(fā)明在由 NIH 授予的第 lU54CA119367-01、P01-HG000205、N43C0-2007-00030 和 R43AI072800號(hào)基金、DARPA/海軍基金第N00014-02-1-0807號(hào)和美國(guó)國(guó)防局基金第HDTRA1-07-1-0030-P-1號(hào)的政府支持下進(jìn)行。政府具有本發(fā)明的一定權(quán)利。
[0004] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0005] 遵循35 U.S.C.§119(e)，本申請(qǐng)涉及提交于2007年9月20日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/ 973，973號(hào)和提交于2008年8月5日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/086,411號(hào)；上述申請(qǐng)的公開內(nèi)容 通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0006] 現(xiàn)在正在出現(xiàn)這樣一種共識(shí)：即，基于約4~20個(gè)生物標(biāo)記物的遺傳學(xué)和蛋白質(zhì)組 分布(genetic and proteomic profiles)在臨床中進(jìn)行早期檢測(cè)和個(gè)性化治療是改善患 有如癌癥等復(fù)雜疾病的患者的存活率的關(guān)鍵。盡管存在可用的用于進(jìn)行具有成百上千的生 物標(biāo)記物的大規(guī)模生物標(biāo)記物發(fā)現(xiàn)的工具，但幾乎沒有能夠?qū)δ茉谂R床設(shè)定中容易地用于 進(jìn)行生物標(biāo)記物驗(yàn)證及用于個(gè)性化診斷和治療的生物標(biāo)記物進(jìn)行多重和靈敏的檢測(cè)的生 物分子檢測(cè)工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了采用磁性傳感器進(jìn)行分析物檢測(cè)的方法。本發(fā)明的各方面包括：制 備具有來自樣品（如血清樣品）的磁性標(biāo)記分析物的磁性傳感器裝置，所述磁性分析物與該 裝置的磁性傳感器表面相結(jié)合；以及從所述磁性傳感器獲得信號(hào)（例如，實(shí)時(shí)信號(hào)）以確定 所述分析物是否存在于該樣品中。在某些實(shí)施方式中，該方法包括同時(shí)對(duì)樣品中的一種或 多種分析物進(jìn)行定量。本發(fā)明還提供了可用于實(shí)踐本發(fā)明方法的裝置、系統(tǒng)和試劑盒。本發(fā) 明的方法、裝置、系統(tǒng)和試劑盒可用于包括檢測(cè)生物標(biāo)記物(如疾病標(biāo)記物）的各種不同應(yīng) 用中。
【附圖說明】
[0008] 圖1顯示了基于磁性納米標(biāo)簽(11^81161：；[(3仙11(^38^^86(1)的蛋白檢測(cè)測(cè)試的示意 圖。
[0009] 圖2顯示了來自基于多重MNT的測(cè)試的結(jié)果的曲線圖。
[0010] 圖3顯示了四倍蛋白測(cè)試的結(jié)果。
[0011] 圖4顯示了基于磁性納米標(biāo)簽的蛋白測(cè)試芯片。
[0012] 圖5顯示了磁性納米標(biāo)簽的SEM圖像。
[0013]圖6顯示了PBS中的直接結(jié)合抗IFN-γ測(cè)試的示意圖。
[0014] 圖7顯示了對(duì)傳感器幾何形狀及其對(duì)靈敏度的效果的測(cè)試。圖7a顯示了寬傳感器 與窄傳感器的幾何形狀。圖7b顯示了信號(hào)發(fā)生與傳感器尺寸的圖。
[0015] 圖8顯示了具有納米標(biāo)簽放大的多重蛋白測(cè)試的圖。
[0016] 圖9顯示了反相測(cè)試芯片（reverse phase assay chip)的示意圖和圖像。圖9a顯 示了反相蛋白芯片的示意圖，其中分析物被直接點(diǎn)在芯片上然后使檢測(cè)抗體與點(diǎn)進(jìn)行位點(diǎn) 特異性溫育。圖9b顯示了點(diǎn)在磁性納米芯片上的64個(gè)樣品的圖像。
[0017] 圖10顯示了在反相蛋白檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中陽性和對(duì)照傳感器的磁信號(hào)與時(shí)間的圖。
[0018]
[0019] 所用術(shù)語"探針(probe)"是指與所關(guān)注的靶標(biāo)分析物互補(bǔ)的部分。在某些情 況中，革G標(biāo)分析物(target analyte)的檢測(cè)需要將探針與祀標(biāo)相關(guān)聯(lián)。在某些實(shí)施方式中， 可將探針固定于基質(zhì)表面上，其中所述基質(zhì)可具有諸如但不限于板、珠或其它結(jié)構(gòu)的各種 構(gòu)造。在某些實(shí)施方式中，探針可存在于例如陣列形式的平面支持體上。
[0020] "陣列(array)"包括可尋址區(qū)域的二維或基本二維（以及三維）的排列，例如，可尋 址區(qū)域，例如，帶有探針(特別是對(duì)于所關(guān)注的靶標(biāo)分析物具有特異性的探針）的空間可尋 址區(qū)域或光學(xué)可尋址區(qū)域。當(dāng)陣列為核酸或蛋白陣列時(shí)，所述核酸或蛋白可在沿核酸鏈的 任何一點(diǎn)或多點(diǎn)處吸附、物理吸附、化學(xué)吸附或共價(jià)連接于所述陣列。
[0021] 當(dāng)陣列具有多個(gè)不同部分(例如，不同探針）的區(qū)域從而使該陣列上的特定預(yù)定位 置（即"地址"）處的區(qū)域（即陣列的"特征點(diǎn)"或"點(diǎn)"）含有特定探針時(shí)，該陣列是"可尋址" 的。陣列特征點(diǎn)通常但不一定被介入空間分隔開。如果陣列的特征點(diǎn)各自具有能確定該特 征點(diǎn)處存在的部分的可檢測(cè)特征(例如，磁場(chǎng)特征），則該陣列也是"可尋址"的。
[0022] 本文所用術(shù)語"核酸(nucleic acid)"描述了由核苷酸組成的長(zhǎng)度為例如大于約2 個(gè)堿基、大于約10個(gè)堿基、大于約1〇〇個(gè)堿基、大于約500個(gè)堿基、大于約1000個(gè)堿基、乃至約 10,000個(gè)或更多個(gè)堿基的聚合物(例如，脫氧核糖核苷酸和核糖核苷酸)并且可通過酶或合 成而制備（例如，如美國(guó)專利第5,948,902號(hào)及其中所引用的參考文獻(xiàn)所述的PNA)，所述聚 合物可與天然存在的核酸以類似于兩個(gè)天然存在核酸的序列特異性方式(例如，能參與沃 森-克里克堿基配對(duì)相互作用）的序列特異性方式來進(jìn)行雜交。天然存在的核苷酸包括鳥嘌 呤、胞嘧啶、腺嘌呤和胸腺嘧啶(分別為G、C、A和T)。
[0023]本文所用術(shù)語"生物標(biāo)記物(biomarker)"是指特定疾病狀態(tài)或特定生物體狀態(tài)的 指示物。在某些情況下，生物標(biāo)記物的特征在于其被作為正常生物過程、致病過程或?qū)τ谥?療性干預(yù)的藥理學(xué)響應(yīng)的指示物而測(cè)定和評(píng)估。在某些情況下，生物標(biāo)記物可以是諸如但 不限于血壓或心率等生理學(xué)指標(biāo)。在某些情況下，生物標(biāo)記物可以是分子生物標(biāo)記物，例如 但不限于蛋白、核酸、糖類和小分子等。例如，分子生物標(biāo)記物的實(shí)例包括但不限于升高的 前列腺特異性抗原(其可用作前列腺癌分子生物標(biāo)記物)或使用酶測(cè)試作為肝功能測(cè)試。在 某些實(shí)施方式中，生物標(biāo)記物可指示蛋白表達(dá)或狀態(tài)的改變，所述蛋白表達(dá)或狀態(tài)的改變 與疾病的風(fēng)險(xiǎn)或進(jìn)展相關(guān)或者與疾病對(duì)于給定治療的易感性相關(guān)。
[0024] 在某些情況下，疾病可以是增殖性疾病。如本文所用，術(shù)語"增殖性疾病 (proliferative disease)"是指其特征為組織或細(xì)胞的尺寸或數(shù)目的增長(zhǎng)或快速增加的 疾病。實(shí)例包括但不限于癌癥、腫瘤、乳頭狀瘤、肉瘤和癌性瘤等。
[0025] 如本文所用，術(shù)語"處理器(processor)"、"中央處理單元（central processing unit)"或"CPU"是指進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)部件（即微處理器芯片）。在某些實(shí)施方式中，處 理器可處于軟件程序的控制下并因而被適當(dāng)?shù)鼐幊桃詧?zhí)行其所需的所有步驟或功能，并且 還可包括將執(zhí)行該所需功能的任何硬件或軟件組合。例如，在某些情況下，處理器可輸入數(shù) 據(jù)(例如，數(shù)據(jù)信號(hào)）、處理該數(shù)據(jù)以獲得結(jié)果并將該結(jié)果以用戶可讀格式輸出至計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)上。在某些實(shí)施方式中，處理器可設(shè)置為獲取實(shí)時(shí)信號(hào)。如本文所用，術(shù)語"實(shí)時(shí) (real time)"是指在其發(fā)生時(shí)或在其發(fā)生后盡可能快地檢測(cè)或獲取的事件或信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明提供了采用磁性傳感器進(jìn)行分析物檢測(cè)的方法。本發(fā)明的各方面包括：制 備具有來自樣品（如血清樣品）的磁性標(biāo)記分析物(magnetically labeled analyte)的磁 性傳感器裝置，所述磁性標(biāo)記分析物與該裝置的磁性傳感器表面相結(jié)合；以及從所述磁性 傳感器獲得信號(hào)（例如，實(shí)時(shí)信號(hào)）以確定所述分析物是否存在于樣品中，并且在某些實(shí)施 方式中同時(shí)對(duì)樣品中的一種或多種分析物進(jìn)行定量。本發(fā)明還提供了可用于實(shí)踐本發(fā)明方 法的裝置、系統(tǒng)和試劑盒。本發(fā)明的方法、裝置、系統(tǒng)和試劑盒可用于包括檢測(cè)如疾病標(biāo)記 物等生物標(biāo)記物的各種不同應(yīng)用中。
[0027] 在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所描述的特定實(shí) 施方式，因?yàn)檫@些實(shí)施方式當(dāng)然可進(jìn)行改變。還應(yīng)理解，本文所用術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施 方式的目的，而不是旨在進(jìn)行限定，這是因?yàn)楸景l(fā)明的范圍僅受所附權(quán)利要求的限制。
[0028] 當(dāng)提供了數(shù)值范圍時(shí)，應(yīng)理解的是，除非上下文另外明確指明，在該范圍的上限與 下限之間的每個(gè)介入值（interventing value)(以下限的單位的十分之一計(jì)）以及所述范 圍內(nèi)的任何其它陳述值(stated vaue)或介入值都涵蓋在本發(fā)明之內(nèi)。這些較小范圍的上 限和下限可獨(dú)立地包括在所述較小范圍內(nèi)并且也涵蓋在本發(fā)明之內(nèi)，受制于所述范圍中的 任何具體排除的極值。當(dāng)所述范圍包括極值(limit)中的一個(gè)或兩者時(shí)，排除了這些所包括 的極值中的任一個(gè)或兩者的范圍也包括于本發(fā)明中。
[0029] 某些范圍以由術(shù)語"大約"開頭的數(shù)值而呈現(xiàn)于本文中。本文中將術(shù)語"大約"用來 提供對(duì)于其后的確切數(shù)字以及靠近或接近該術(shù)語之后的數(shù)字的數(shù)字提供文字支持。在確定 一個(gè)數(shù)字是否靠近或接近具體記錄的數(shù)字時(shí)，該靠近或接近的未記錄數(shù)字可能是在其出現(xiàn) 的上下文中提供與所述具體記錄的數(shù)字基本相當(dāng)?shù)臄?shù)字的數(shù)字。
[0030] 除非另外限定，本文所用的所用科技術(shù)語具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員所 通常理解的相同含義。盡管在實(shí)踐或測(cè)試本發(fā)明時(shí)也可使用與本文所述方法和材料相似或 等價(jià)的方法和材料，現(xiàn)仍對(duì)代表性的說明性方法和材料進(jìn)行描述。
[0031] 通過引用將本說明書中引用的所有出版物和專利并入本文，其如同通過引用將每 個(gè)單獨(dú)的出版物或?qū)＠唧w且分別地指定并入并通過引用并入本文中以公開和描述與所 引用的出版物相關(guān)聯(lián)的方法和/或材料。對(duì)于任何出版物的引用是用于其提交日期之前的 公開，而不應(yīng)視為承認(rèn)本發(fā)明沒有權(quán)利憑借在先發(fā)明而提前于所述出版物。此外，所提供的 出版物的日期可能與實(shí)際出版日期不同，后者需要獨(dú)立確認(rèn)。
[0032] 應(yīng)注意，如本文和所附權(quán)利要求中所用的，除非上下文另外明確指明，單數(shù)形式 "一 / 一個(gè)/ 一種(a或an)"和"該/所述(the)"包括了復(fù)數(shù)的指代物。還應(yīng)注意，權(quán)利要求可撰 寫為排除任何可選的要素。同樣，這一陳述旨在充當(dāng)將如"唯一"和"僅僅"等排他性術(shù)語與 權(quán)利要求要素的敘述聯(lián)合使用或者使用"負(fù)面性"限制的前體基礎(chǔ)。
[0033] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開后顯而易見，本文所描述和說明的每個(gè)個(gè)體實(shí) 施方式具有分立的成分和特點(diǎn)，這些特點(diǎn)可在不背離本發(fā)明的范圍或主旨的情況下與其它 數(shù)個(gè)實(shí)施方式中任何一個(gè)的特點(diǎn)相分離或合并。所敘述的任何方法可以以所敘述的事件順 序進(jìn)行或者以任何其它在邏輯上可行的順序進(jìn)行。
[0034] 在進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，將首先對(duì)所述方法的各方面進(jìn)行更詳細(xì)的描 述。接著，對(duì)可以用于實(shí)踐本發(fā)明方法的系統(tǒng)和試劑盒的實(shí)施方式進(jìn)行綜述。另外，還提供 了其中可使用本發(fā)明的方法、系統(tǒng)和試劑盒的不同應(yīng)用的實(shí)施方式的綜述。
[0035] 方法
[0036] 如上文所總結(jié)的，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及確定樣品中是否存在分析物（即確定樣 品中分析物的存在或不存在）的方法，以及在某些實(shí)施方式中同時(shí)對(duì)樣品中的一種或多種 分析物進(jìn)行定量的方法。所述方法的各方面包括制備具有與其磁性傳感器表面相結(jié)合的磁 性標(biāo)記分析物的磁性傳感器裝置。下文對(duì)可用于本發(fā)明方法中的磁性傳感器裝置進(jìn)行了更 詳細(xì)的描述。與所述裝置的傳感器表面相結(jié)合的磁性標(biāo)記分析物可使用多種不同方案來制 備。例如，可將分析物首先與傳感器表面上的特異性受體相結(jié)合，隨后進(jìn)行磁性標(biāo)記?；蛘?可選地，可將樣品與磁性標(biāo)記在與傳感器接觸之前混合，然后讓所得的標(biāo)記分析物 (labeled analyte)與該傳感器結(jié)合。在其它實(shí)施方式中，將所關(guān)注的樣品首先定位在傳感 器上，然后與對(duì)于所關(guān)注的樣品分析物具有特異性的磁性標(biāo)記試劑相接觸。
[0037] 在某些實(shí)施方式中，所采用的方法學(xué)是使用"實(shí)時(shí)"信號(hào)的方法學(xué)。在某些實(shí)施方 式中，所關(guān)注的測(cè)試是多重蛋白測(cè)試，其中對(duì)復(fù)合樣品（如血清樣品）進(jìn)行測(cè)試以確定樣品 中是否存在兩種或更多種不同蛋白。在后一類實(shí)施方式中，所采用的信號(hào)可以是也可以不 是實(shí)時(shí)ig號(hào)。
[0038] 實(shí)時(shí)信號(hào)
[0039] 在某些實(shí)施方式中，本文所公開的方法采用"實(shí)時(shí)"信號(hào)。包括從裝置獲取實(shí)時(shí)信 號(hào)和利用該信號(hào)來確定樣品中至少給定的關(guān)注分析物(analyte of interest)的存在或不 存在的本發(fā)明實(shí)施方式也是如此。于是，本發(fā)明的實(shí)施方式觀測(cè)了隨著靶標(biāo)標(biāo)記的進(jìn)