[发明专利]用于高灵敏度荧光分析的检测系统和方法

说明书

分案声明

本申请是2010年3月2日提交的申请号为201080010177.X、发明名称为“用于高灵敏度荧光分析的检测系统和方法”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及在荧光分析中用于测量荧光信号的检测系统。该系统包括探针，其具有结合有荧光标记的传感表面，以及安装在衬底传感表面的近侧的光源和检测器。本发明还涉及用于在液体样品中检测被分析物的方法，其使用具有小表面的探针和具有多个结合分子及多个荧光标记的聚合物。本发明还涉及一种荧光标记组合物，其包括具有多个结合分子和多个荧光标记的交联多糖主链分子。 

背景技术

在免疫分析系统的研制中，需要满足许多性能要求。分析需要足够灵敏，以在亚皮克毫微克范围的极低水平下检测被分析物。总的分析时间需要为15分钟或更少，以在护理情形下提供及时的结果用于病人管理，或满足批量分析者的处理量需要。在一些情况下，同时用相同的样品进行多重分析的被分析物面板是有利的，以最小化结果的周转时间和测试成本。 

许多免疫分析使用荧光标记，因为这类标记有许多实用性的优点。和酶相比，荧光标记稳定得多，并且不需要其它底物试剂。对于多重分析面板，由于每个结合区域可以依次经受荧光激发和放射测量，不受相邻的结合区域干扰，荧光标记可以在同一反应室中使用离散的结合区域。然而，采用荧光标记的分析灵敏度低于基于酶的分析，这主要是由于酶能够催化转化底物，以随着时间的推移积聚大量的产物分子。 

芳基磺酸酯花青荧光染料被描述于Mujumdar等(1993)Bioconjugate Chemistry，4∶105-111；Southwick等(1990)Cytometry，11∶418-430；和美国专利号5,268,486。每一篇参考文献都描述了Cy5，并且其可以从宾夕法尼亚州匹兹堡的Biological Detection Systems公司买到，商品名为Fluorolink^TM Cy5^TM。该芳基磺酸酯花青荧光染料具有高 消光系数(通常为130,000升/摩尔至250,000升/摩尔)，优良的量子产率，在大多数生物材料和塑料的自体荧光波长范围以外(500纳米至750纳米)的荧光发射谱，优良的溶解性，以及低非特异性结合特性。 

尽管有这些优异性能，芳基磺酸酯花青荧光染料也存在某些限制。特别是，这些染料的斯托克斯频移相对较窄，其导致该染料的激发和发射谱之间的明显重叠。当这些染料分子在受激发时彼此位置接近时，该激发和发射谱的重叠可以引起荧光的自熄灭。这种自熄灭限制了可以结合至单个抗体分子用于免疫分析的芳基磺酸酯染料分子的数目。在示范性的芳基磺酸酯花青荧光染料Cy5的情况下，斯托克斯频移是17纳米(其为650纳米的激发波长和667纳米的发射波长之差)。当两至四个Cy5分子被结合至单个抗体分子时，获得最佳的荧光产率。当超过四个染料分子被结合至单一抗体分子时，该荧光信号输出迅速下降。这种不能结合超过四个染料分子至单一的抗体分子的特性明显限制了使用Cy5-标记的抗体及其它结合物质的免疫分析的灵敏度。 

需要有改善的光学探测系统和改善的方法，用于通过荧光免疫分析以高灵敏度检测被分析物。该系统和方法应易于由用户操作，并提供高特异性的信号和最小的背景噪声。 

发明内容

概述 

本发明涉及一种荧光检测系统，其用于测量探针梢端上的荧光信号。该系统包括：(a)长度比宽度的纵横比至少为5比1的探针，该探针具有远端和近端，该近端具有和荧光标记结合的传感表面；(b)用于直接发射激发光至该探针的传感表面的光源；(c)指向该传感表面的会聚透镜；和(d)用于检测该发射荧光的光学探测器；其中该会聚透镜会聚该发射荧光并将其引导至该光学探测器。