[发明专利]改进的通过颗粒结合来检测靶分子的方法

说明书

本申请是2003年4月9日提交的中国申请03147205.2的分案申请，本分案采用了与母案一致的发明名称。

相关申请

本申请要求的优先权源自2002年4月9日提交的澳大利亚临时申请PS1597，在此将其内容全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及通过利用小珠(优选易于检测的聚集小珠)以及各种物理化学方法来对特异的分子间相互作用，例如核酸杂交、抗原-抗体反应、受体-配体相互作用以及其它特异分子间相互作用进行检测和定量。本发明广泛应用于医药、军用和民用工业、环境监测以及科学研究。

背景技术

核酸杂交、抗原-抗体反应和受体-配体结合是分子间相互作用的实例，由于相互作用的特异性，使其在鉴别或检测这些物质时具有重要的价值。这些特异的分子间相互作用可以通过具有不同灵敏度和特异性的涉及靶分子或信号扩增的各种方法来检测。抗原-抗体反应的扩增基于信号放大，例如通过酶反应。核酸既可以通过信号放大也可以通过聚合酶链式反应(PCR)的靶扩增来进行检测。虽然PCR非常灵敏，但其费力而且无法稳定地保持准确性。此外，由于PCR要求变性、退火和延伸的多次循环，至少需要一个小时。近来，实时PCR改进了终点检测，从而减少了完成整个过程的时间。然而，仍然需要进行循环。除此之外，在等温环境中引入了增强靶核苷酸扩增的灵敏度和特异性的技术。

因此，理想的情况是开发出一种无需靶扩增并能提高靶分子检测速度的简单和廉价方法和仪器。

发明概述

本发明提供了检测或鉴定微量靶分子以及测定溶液中生物分子浓度的方法。这些方法是基于大分子相互之间的特异亲合力，例如互补核酸分子之间的Watson-Crick结合以及抗原-抗体结合。

根据本发明，合成一对与靶分子具有高亲合力和特异性的探针。其中一个探针结合到固相表面上，另一个探针结合到由各种材料制成的颗粒(“小珠”)上，优选的是铁磁和金属颗粒。这些小珠既可以是可溶性的也可以是不溶性的。在靶分子存在的情况下，连接到一个探针上的小珠进一步与靶分子的一部分结合。连接到固相表面上的另一个探针则与靶分子的其它部分结合。这样，靶分子就夹在功能化小珠和功能化固相表面之间。

根据本发明的一个技术方案，检测怀疑含有靶分子的样品中的靶分子的方法包括：

将能与靶分子的一部分相连的第一种探针分子连接到小珠上，从而形成小珠结合探针；

将能与靶分子其他部分相连的第二种探针分子连接到支持物上，从而形成支持物结合探针；

使样品与小珠结合探针和支持物结合探针接触，并使靶分子与所述小珠结合探针和所述支持物结合探针结合，以便使靶分子夹在支持物和小珠之间，并使小珠附着到支持物上；

检测支持物上小珠的存在情况，其中支持物上小珠的检测结果表明了样品中靶分子的存在情况。

根据本发明，小珠可以利用它对光的作用来进行光学检测。当一束激光照射到反射表面例如支持物上时，它会被完全反射回来，而反射激光可以通过沿预定的反射光路经过适当设置的传感器来进行检测。在暗材料例如黑色非反射小珠聚集体存在时，仅有少量的激光被反射回去-由于光分散到不同方向上而使反射光减弱。相反的效应也可以类似地应用于小珠的检测，例如在非反射表面上存在反射小珠的情况下，会产生一些反射至传感器的光。因此，表面上小珠的存在或缺失可以通过将一束激光发射至表面上并考察反射激光强度的变化来进行判断。在该方法中，二进制输出信号0，在小珠存在时变成二进制信号1，反之亦然。为了使检测小珠变得更方便，在检测之前小珠可以被聚集起来。在靶分子和探针相互作用后，可以将未结合的小珠以及其它试剂和样品去除以便消除噪音。

本发明进一步提供了一种利用靶分子与一对分子探针之间的特异性相互作用来检测或鉴定痕量靶分子的仪器，其中该对分子探针中的一个探针与小珠相连。该仪器包括：

小珠结合探针，其含有与能够和靶分子的一部分相连的第一种探针分子相连接的小珠；

支持物结合探针，其含有与能够和靶分子的另一部分相连的第二种探针分子相连接的支持物；

用于使样品与小珠结合探针和支持物结合探针接触并使靶分子与所述小珠结合探针和所述支持物结合探针结合的装置，以便使靶分子被夹在支持物和小珠之间，并使小珠连接到支持物上；以及

用于检测支持物上小珠的存在情况的装置，其中支持物上小珠的检测结果代表了样品中靶分子的存在情况。

该仪器的优选技术方案是将本发明中生物芯片微阵列沿着小型化常规光盘的轨迹排布，用常规技术将生物芯片的内容和地址信息烙制(burn into)在光盘表面上。