[发明专利]测量电容的方法和用途

说明书

发明领域

本发明涉及测量传感器的电容的方法。

此外，本发明涉及用于探测配体和分析物之间的交互作用的方法的用途。

发明背景

用于分析生物分子的不同技术在今天的市场上是可得到的。常规定量方法仍然在使用中，例如质谱分析法、NMR或层析法。对更敏感的方法的要求导致使用生物传感器的技术的发展，最常见的是重量分析和光学方法。然而，通过电化学技术来执行用于通过使用生物传感器分析生物分子的最敏感的方法，电化学技术基于生物分子和电极的组合。

亲和性传感器例如免疫传感器基于在固定分子（配体）和所关注的靶分子（分析物）之间的结合事件。生物分子的固定对于探测结合事件或配体和分析物之间的交互作用的能力有极其重要的重要性。所得到的敏感性取决于传感器技术的测量原理和以及指向分析物的配体的亲和性特性和密度。

涉及一些亲和性生物传感器的方法的优点是，它们可直接探测在溶液中的分析物和布置在传感器的表面处的配体之间的交互作用，而不需要任何标记试剂，因而使该分析与竞争性测定相比较，对操作员更不复杂和更不劳动力密集。

亲和性传感器可用在不同的应用中，这些应用例如用于探测生物污染物例如自来水中或水流中的细菌、病毒或其有毒材料，或用于探测化学化合物或生物分子例如蛋白或核酸序列。

以电化学方式，当分析物与布置在生物传感器电极的亲和性表面上的配体交互作用时，可通过测量介电特性中的变化来计算溶液中的分析物的浓度。例如，电容测量或阻抗测量被研究，用于探测不同的分析物。

可通过将捕获生物分子（配体）布置在工作电极上的薄层中来构造电容生物传感器，工作表面事先被薄绝缘层涂覆。电极一般由贵金属例如金制成，但也可由其它导电材料制成。接着，工作电极布置在流通池中，并受到电位脉冲。在分析物注入流通池中时，由于分析物和配体之间的交互作用，配体-分析物的复合体在电极的表面上形成，这将改变生物传感器的介电特性，例如传感器的电容将降低。因此，在分析物的注入之前和之后，可经由电容变化的测量通过周期性测量来评估溶液的分析物浓度。

WO99/14596描述了基于在具有固定识别元件的电极上的组装单层的容量亲和性传感器，固定识别元件是周围溶液中的分析物可利用的。电极对溶液中的显示对表面上的识别元件的亲和性的那些分子是选择性的。

在论文“Biosensors and Bioelectronics”（25(2010)1977-1983）中的文章“Sub-attomolar detection of cholera toxin using a label-free capacitive immunosensor”中描述了用于直接探测霍乱毒素（CT）的无标签免疫传感器。在这个研究中，通过恒电势电容测量，即，通过探测由抗体-抗原复合体的形成所引起的电容的变化来确定CT的浓度。当抗体-抗原复合体在换能器表面上形成时，这种技术基于用于测量介电特性的变化的电气双层理论。从当+50mV的恒电势阶跃施加到工作电极时得到的电流响应确定电容测量。

然而，使用用于测量介电特性的变化的生物传感器的已知方法呈现几个弱点。

如在现有技术中公开的常规电容测量设备对将影响可变性且因此影响测量的准确性的外部电子干扰例如背景噪声是敏感的。

缺点是，当进行了一个或多个测量系列时，由于通常使用的快速的电位输入，工作电极必须被换成新的工作电极。这个电位输入也将影响生物分子的敏感层（生物识别层）和传感器的亲和性，使得配体可部分地变性。工作电极最后被磨损，且必须被更换，导致耗费时间的操作。

因此，一个缺点是，在测量系列中的几次最初的电容测量必须用于校准电极。该校准操作导致减少了在一个传感器电极需要被更换之前可在该电极上测试的相关的未知样本的数量。

在设计电容生物传感器时的关键步骤是固定电极上的生物识别元件的层。如果它不足够绝缘，则离子可穿过层移动，引起系统的短路，导致信号中的降低或信号的缺乏。来自电解质溶液中的氧化还原对的干扰也可引起高法拉第背景电流，且可能增加电阻电流并减小电容响应。

希望有用于在使用生物传感器时测量电容变化的改进方法和用于测量生物传感器的电容以增加敏感性和该方法的准确性的更稳定的系统。

发明概述

本发明的目的是单独地或以任何组合减轻或消除现有技术的一个或多个缺陷和缺点。