[发明专利]选择性功能化的纳米流体生物传感器中的生物分子的快速定量及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用光学系统检测选择性功能化的纳米流体生物传感器中的荧光标记的生物分子的方法和设备。本发明可以有利地用于生物医学样品和生物样品的快速定量。

背景技术

纳米流体生物传感器被定义为具有纳米尺寸限制件(confinement)和/或侧孔的流体系统，其用于定量溶液中生物分子的存在。目前对纳米流体生物传感器的开发大多数意图用于生物工程和生物技术应用。在本发明的范围内，生物传感器用于定量溶液中生物分子的存在，以用于体外诊断应用。

瑞士专利申请CH 01824/09公开了具有侧孔的生物传感器，其用于检测生物分子相互作用，PCT申请IB2010/050867公开了其与简单光学系统的应用。生物分子在这些构造中的扩散是缓慢的，需要长的等待时间以获得稳定的测量条件，或需要高度浓缩的溶液用于观察生物分子相互作用。

生物标志物，也称为生物学标志物，是用作用于检测生物分子的存在的特异性指标的物质。其特征在于作为生物学过程、发病过程或对治疗性干预的药理学反应的指标被客观测量和评估。

目前对特异性生物分子的检测的实践可以分为两类：(a)标记技术和(b)无标记技术。

在标记技术中，广泛使用的是荧光、比色法、放射性、磷光、生物发光和化学发光。功能化磁珠也可以被认为是标记技术。标记技术的优点是比无标记法灵敏以及归因于特异性标记的分子识别。

在无标记技术中，广泛使用的是电化学生物传感器，涉及电流型传感器、电容型传感器、电导型传感器或阻抗型传感器，其优点是快速和廉价。当生物分子陷入或固定化在电极上或附近时，它们测量电极结构的电性能的改变，但所有这些构思缺乏分子特异性对比度、灵敏度和可靠度。

酶联免疫吸附测定(ELISA)是一种重要的生物化学技术，其主要用来检测血清中可溶性生物分子的存在，因此被广泛用作医学中的诊断工具和多个行业中的质量控制检验。然而ELISA分析是昂贵的，要求大量的溶液并且是耗时的。

用于生物分子诊断学的其他重要技术是Western和Northern印迹、蛋白电泳和聚合酶链式反应(PCR)。然而，这些方法要求高度浓缩的分析物并且不允许高通量样品测试。

目的

本发明的一个目的是提供廉价的和快速的纳米流体生物传感器，其不要求复杂的操作。

本发明的另一目的是使用纳米流体从几何学上限制光学测量空间，并且选择性地功能化纳米通道表面，以获得生物传感器的高灵敏度。

本发明的又另一目的是通过迫使形成贯穿纳米尺寸限制件(纳米通道)的对流，以增加生物分子与固定化的生物标志物相互作用的概率，从而增加检测的灵敏度。

参照下面的附图以及优选实施方案，本发明的这些和其他目的将变得越来越明显。

发明内容

本发明基于下面的发现：迫使生物分子进入具有选择性功能化表面的纳米尺寸限制件，会强烈地增加生物分子与固定化的生物标志物相互作用的概率。这允许对超低浓度的荧光标记的生物分子的存在进行定量。

本发明还基于下面的发现：监控与生物分子连接的荧光团的光漂白可以用来区分已经与生物标志物相互作用并且被固定化在纳米通道中的生物分子与只是扩散通过检测空间的那些生物分子。

此外，本发明强调使用驱动组件来迫使待分析的溶液通过纳米通道对流的概率。

在本文中，术语“驱动组件”必须要被理解为能够用于促进溶液流动通过纳米通道的任何元件，例如，吸收元件。

在本发明的范围内，使用纳米流体，因为其具有高的表面体积比，这意味着包含在检测空间中的表面使得生物分子与表面上固定化的生物标志物之间的相互作用的概率最大化。由于位于检测空间内的小部分基底，其也强烈地减少了溶液的背景信号。

本发明因此涉及如权利要求中所限定的生物传感器。

本发明还涉及使用所述生物传感器的组合件和方法。

附图说明

图1a是含有纳米流体生物传感器200的阵列的密封容器系统101的立体图。含有荧光标记的生物分子的溶液300通过移液管系统400被放置在密封容器101内。基于激光束510的光学系统500用于测量。

图1b是含有纳米流体生物传感器200的阵列的表面102的立体图。含有荧光标记的生物分子的溶液300通过移液管系统400被放置在表面102上。基于激光束510的光学系统500用于测量。