[发明专利]基于SERS的分析物检测

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月22日提交的美国临时申请号61/289,053的优先权，并将其内容以引用的方式整体并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明归于光谱学和分子诊断学领域，涉及通过在光谱学上检测抗原/抗体结合事件（binding events）而由表面增强拉曼光谱（SERS）对分析物进行检测的方法。具体而言，本发明针对使用表面增强拉曼光谱（SERS）对分析物进行检测的方法，所述方法包括：使分析物与至少一种分析物结合分子相接触，该分析物结合分子通过拉曼活性分子接头（Raman-active molecular linker）附着至使拉曼散射增强的金属衬底表面；对来自所述复合体（compound）的表面增强拉曼信号（surface enhanced Raman signal）进行检测。另一方面，本发明涉及适用于所发明的基于SERS的分析物检测方法的缀合物和生物传感器。

背景技术

在医疗实践中，对疾病进行的鉴别不仅需要识别症状，而且需要检测出明确地表明其存在的具体特征。此外，在无症状群体中进行的早期检测具有极度重要性：不仅促进了早期治疗，而且降低了健康维护成本。

通常，只能想到通过对生物流体（如血液、尿和脑脊液）分析其循环的疾病相关生物标志物（circulating disease-related biomarkers），来筛选疾病发展的标记（生物标志物）。很少能够通过仅对一种单一的生物标志物的检测而实现精确的诊断，为了可靠的结果必须对一组标志物进行分析，如在多元（multiplexed）分析中进行。此外，对多种生物标志物在疾病各阶段的表达模式进行监测不仅能够有助于预后（prognosis），而且能够使得对疾病的发展情况进行跟踪。

现在，大多数的蛋白生物标志物分析均基于免疫分析法。这些方法通常提供了由聚合物或玻璃制成的平台，该平台承载着处于不同位置（界限清楚）的数种固定化抗体。这些分析包括：将所述平台暴露于样品，随后用一种或两种另外的抗体进行孵育，在上述两步之间进行若干个洗涤和封闭步骤（blocking steps）以增强分析结果的特异性。通常通过荧光检测、发色团吸收或比色读数来进行检测。重要的是，传统的免疫分析法（即ELISA和荧光免疫分析法）在每次分析中能检测出的蛋白数量方面其可扩展性有限。这归因于能够并入单个分析平台中的感应区（sensing area）的数量有限（原因是：由于衍射极限而在读出系统中可实现的最小激光光斑尺寸），这对于感应区的有用尺寸强加了值不小于200nm的下限，尽管实际中该尺寸通常在1μm的范围内。尽管可争辩有可能对荧光免疫分析法进行改进、从而通过向各感应区中并入多于一种的荧光基团（例如，通过扩展每个感应区所使用的蛋白捕获荧光信标的数量）来对多种分析物（即蛋白/生物标志物）同时进行检测，但令人遗憾的是，宽的荧光带宽（60-90nm）使得每个感应区的可检测荧光基团的最大数量被限制至约3种。换句话说，在传统的免疫分析法中，每个感应区可检测的蛋白的最大数量无法超过3种。尽管近些年来已经开发出了许多免疫传感器阵列，但是仍然不存在真正快速、精确和可小型化的系统。

振动光谱技术即红外（IR）、正常拉曼和表面增强拉曼（SER）已被考虑用于分析物检测。由于近IR和中IR技术受到了来自水性介质竞争吸收的限制，拉曼光谱技术逐渐成为首选的方法。拉曼散射的一个重要方面是频移量和分子振动模式之间的相关性。由于振动模式对分子的化学性质敏感，因此探测分子振动可揭露出与其化学几何结构（chemical geometry）和与其他分子的相互作用有关的信息。虽然许多技术（如核磁共振（NMR）和X-射线晶体学）也可以提供得知化学结构的方法，但是因为易于制备样品，通过拉曼散射对振动状态进行光学测量提供了更方便的途径。出于这一原因，对于每种分子而言独一无二的拉曼光谱在未知物质种类（species）的识别中已被用作“指纹”；并且在更感兴趣的方面，拉曼散射被用于阐明构象变化。