[发明专利]借助靶向固定、表面放大、以及像素化读取和分析的分析物检测增强

说明书

关于联邦资助研究的声明

本发明是在美国政府的支持下由(美国)国防部高级研究计划局(DARPA)授予的基金号FA9550-08-1-0222资助而做出的。美国政府对本发明具有某些权利。

交叉引用

本申请是2013年3月15日提交的美国申请系列号13/838,600(NSNR-003)的部分继续申请，所述申请要求2012年4月10日提交的美国临时申请系列号61/622,226的权益，并且是2013年6月13日提交的美国专利申请系列号13/699,270的部分继续申请，所述申请是2011年5月20日提交的US2011/037455的§371申请案，并且要求2010年5月21日提交的美国临时申请系列号61/347,178的权益；

本申请也是2013年6月13日提交的美国申请系列号13/699,270(NSNR-001)的部分继续申请，所述申请是2011年5月20日提交的国际申请系列号US2011/037455的§371申请案，所述申请要求2010年5月21日提交的美国临时专利申请系列号61/347,178的权益；并且

本申请还要求以下申请的权益：2013年3月15日提交的临时申请系列号61/801,424(NSNR-004PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/801,096(NSNR-005PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/800,915(NSNR-006PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/793,092(NSNR-008PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/801,933(NSNR-009PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/794,317(NSNR-010PRV)、2013年3月15日提交的临时申请系列号61/802,020(NSNR-011PRV)和2013年3月15日提交的临时申请系列号61/802,223(NSNR-012PRV)，所有这些申请通过提述并入本文用于所有目的。

背景

本发明涉及可改进对分析物的感测的方法和系统。所述分析物包括蛋白质、肽、DNA、RNA、核酸、小分子、细胞、具有不同形状的纳米颗粒。目标分析物可以在溶液中或在空气或气相中。感测包括检测目标分析物的存在、定量目标分析物的浓度、和确定目标分析物的状态。

概述

以下简述并不意在包括本发明的所有特征和方面，也不意指本发明必须包括在此简述中论述的所有特征和方面。

本公开提供，除其他事项之外，可改进感测分析物的方法和系统。所述分析物包括蛋白质、肽、DNA、RNA、核酸、小分子、细胞、具有不同形状的纳米颗粒。目标分析物可以在溶液中或在空气或气相中。感测包括检测目标分析物的存在、定量目标分析物的浓度、和确定目标分析物的状态。所述方法使用(a)固体基片，其有一个表面被材料层覆盖，该材料层称为“感测放大层”或SAL，可显著放大在仅相距SAL表面微小距离(称为检测区)之内产生的待感测的信号；(b)目标分析物的固定，和(c)电磁信号的像素化读取和分析。所述SAL放大由固定在SAL表面上的分子产生的电磁信号(例如电信号、光信号)，而不放大或不显著放大所述分子的数目。这种放大，加上放大区的甚小深度(约100nm)，产生了下述优势：(i)高灵敏度(即，更好的检测限)，(ii)总读取时间成数量级的缩短，(iii)对于给定的检测性能而言，可使用灵敏度较低或较不昂贵的读取器，和(iv)线性放大和更高的动态范围。因此，还使用电场来辅助分子选择性、或结合、以及检测。

附图简述

本领域技术人员将会理解，如下所述的附图仅用于说明目的。所述附图并不意图以任何方式限制本文教导的范围。有些附图并未依比例给出。

图1是使用表面区放大、以及像素化读取和分析进行分析物检测增强的方法的流程图。

图2是通过靶向固定、表面放大、以及像素化读取和分析而实现的分析物检测增强方法的示意图。(A)固定在基片表面上的捕捉剂，所述基片的一个表面被材料层覆盖，所述材料层称为“感测放大层”或SAL。(B)分析物与SAL表面上的捕捉剂的特异性结合。(C)用读取装置读板，以产生代表各个结合事件的信号的图像。保持所述板和成像器的装置组件沿三个正交方向(x,y,z)中的至少一个控制或改变所述板与所述读取装置之间的相对位置，以便读取信号。

用于存储所述图像的数据存储装置和电子器件、以及包含用于对图像的某一区域中的各个结合事件进行识别和计数的程序的计算机，由此提供对所述样品中的一种或多种分析物的量的估计。