[发明专利]光学生物传感器

说明书

优先权文件

本申请要求2014年6月12日提交的名称为“OPTICAL BIOSENSOR(光学生物传感器)”的申请号为2014902236的澳大利亚临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于检测生物分析物如肽和蛋白质的光学生物传感器。在具体形式中，本发明涉及用于检测与特定疾病或病理状况相关的肽和蛋白质的光学生物传感器。

技术背景

与特定疾病或病理状况相关的肽、蛋白质和其它生物学分析物(“生物分析物”)的检测能够诊断和预测疾病或病症。例如，已经识别了几种心脏标记蛋白，例如急性冠状动脉综合征(ACS)和C-反应蛋白(CRP)，且其被用于心血管疾病的诊断和预测。

用于检测或定量生物分析物的诊断工具通常依赖于配体和受体之间的配体-特异性结合。在诊断中常用的配体/受体结合对包括抗原-抗体、激素-受体、药物-受体、细胞表面抗原-凝集素、生物素-亲和素、底物/酶和互补核酸链。待检测的生物分析物可以是结合对的成员；可选的，生物分析物可以是与配体竞争结合至补体受体的配体类似物。

用于检测配体/受体相互作用的一系列装置是已知的。例如，使用化学/酶试验，其中通过测量或定量可检测的反应产物(例如金免疫粒子)来检测生物分析物的存在或含量。配体/受体的相互作用也可以通过放射性标记试验检测和定量。具体地，常用的试验方法是酶联免疫吸附试验(ELISA)。虽然非常准确，但是耗时、昂贵、且技术复杂。

检测与伤口相关的生物分析物的生物传感器将有益于管理慢性伤口，例如糖尿病足溃疡、压迫性溃疡和下肢静脉溃疡。由于在不愈合性伤口中发生的生物化学过程的固有复杂性，这些伤口的治疗是漫长和具有挑战性的。通常，由护士和临床医生进行伤口床的常规检查和评估，以通知个人主体的伤口治疗计划。这个评估过程消耗大量的护理时间和敷料材料，这带来了增加的伤口护理中的医疗费用。

先进的检测技术的使用正在快速增长^[2,^6]，例如在伤口管理中的诊断和治疗诊断生物传感器，特别是用于监测急性和慢性伤口的愈合状态的先进检测技术。理想的诊断工具将提供清楚和简单的读出，不需要来自医学专家的解释，而治疗诊断学将释放响应于改变的伤口愈合的疗法^[1,2,6]，例如作为细菌感染的结果^[7-9]。将这种诊断或治疗诊断的生物传感器纳入至伤口敷料(“智能”敷料)中或部署为快速响应且具有灵敏性和选择性的定点护理(point-of-care)(POC)装置是理想的。

需要提供对伤口状态或其他疾病或病理状况的生物标志物的快速、灵敏、选择性和/或低成本的检测的诊断工具。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于检测样本中的靶生物分析物的光学生物传感器，所述生物传感器包括：

-多孔硅或氧化铝衬底，包括表面和固定在表面上的检测剂，检测剂包括感应域和信号域，所述感应域包括能够与靶生物分析物相互作用的接头，所述信号域包括发光供体和发光受体，其中发光供体和发光受体通过接头连接，且在不存在靶生物分析物时光耦合，使来自发光供体的光发射基本上被发光受体淬灭，且靶生物分析物和接头的相互作用导致发光供体和发光受体的光学解耦合，从而导致来自发光供体的光发射；以及

-在衬底表面上的多个光相互作用孔，其中孔配置为与来自发光供体的光发射相互作用以提供指示靶生物分析物的存在的可测量的光发射。

在某些实施例中，光相互作用孔的内表面包括与来自发光供体的光发射相互作用的光学结构。光学结构可以是滤光片、反射镜或光学腔。例如，光相互作用孔的内表面可以包括布拉格反射镜、皱褶(rugate)滤光片、共振微腔或这些光学特征中的任何组合。在某些实施例中，衬底是共振微腔(pSiRM)衬底，其中光相互作用孔包括由共振微腔隔开的分布式布拉格反射镜。

发光供体和发光受体可以是荧光供体/受体对或磷光供体/受体对。

光学生物传感器还可以进一步包括用于检测来自发光供体的光发射和提供含有所述光发射信息的输出信号的检测器。

有利地，相对于衬底表面上不存在光相互作用孔时测量的光发射，可测量的光发射是增强或放大的。这意味着相对于不包括光相互作用孔的生物传感器，使用本文所描述的生物传感器可以获得更高水平的检测。