[发明专利]基于拴系颗粒的生物传感器

说明书

一种用于感测分析物的方法使用拴系颗粒运动。功能化颗粒[500]具有第一状态[504]和第二状态[502]，在所述第一状态中，所述功能化颗粒与所述表面结合，并且在所述第二状态中，所述功能化颗粒没有与所述表面结合，其中，所述功能化颗粒根据所述分析物的存在与不存在来在所述第一与第二状态之间切换，由此，根据所述分析物的存在改变所述功能化颗粒的运动特性。所述功能化颗粒的空间坐标参数由检测器[516]测量，并且处理器[518]根据所述测量的空间坐标参数的变化确定所述分析物的存在/浓度。

技术领域

本发明总体上涉及基于在由系链附接至表面的功能化颗粒的运动的变化的基础上检测分析物的存在的生物传感器技术。

背景技术

生化标记的大部分生物感测原理已经发展成在体外诊断(in-vitrodiagnostics)中使用，在体外诊断中，采集样本(例如，血液、唾液、尿液、粘液、汗液或脑脊液)并且将其传递至活体外的人工设备(例如，一次性塑料)。在这种生物感测试验中，可以应用宽范围的样本预处理步骤(例如，分离或稀释步骤)，并且在试验中可以引入多种试剂(例如，针对目标放大、信号放大或清洗步骤)。体外生物感测试验的示例是：免疫测定、核酸测试、电解质和代谢物的测试、电化学试验、酶活性试验、基于细胞的试验等(参见蒂茨(Tietz)，临床化学和分子诊断学教科书(Textbook of Clinical Chemistry andMolecular Diagnostics)，2005)。

在体内生物化学感测中，传感器系统的至少一部分保持连接至或插入人体，例如，在皮肤上、或在皮肤中、或在皮肤下、或者在身体的另一部分上或中或下。由于生物传感器与活体之间的接触，体内生物化学感测对生物相容性提出较高要求(例如，炎症过程应当被最小化)，并且传感器系统应当在活体的复杂环境中可靠地操作。对监测应用而言，系统应当能够随时间执行多于一个测量，并且系统应当是鲁棒的且易于穿戴。

体内生物化学感测的重要应用是连续葡萄糖监测(CGM)。商业连续葡萄糖监测设备基于酶的电化学感测(参见例如，希欧(Heo)和武内(Takeuchi)，Adv.Healthcare.Mat.，2013，第2卷，43-56页)。酶感测不如基于亲和性的感测通用。用于体内葡萄糖监测的商业系统可从德康医疗(Dexcom)和美敦力公司(Medtronic)购得。当今CGM系统的缺点是传感器响应示出了漂移，并且因此，系统需要通过体外血糖测试定期进行再校准(关于综述，参见例如，希欧和武内，Adv.Healthcare.Mat.，2013，第2卷，43-56页)。

本领域已知一些基于颗粒的生物感测技术，包括基于通过光学散射进行检测的技术，例如，布鲁斯(Bruls)等人，实验室芯片(Lab Chip)，2009。专利申请US 2012184048描述了一种用于在基于颗粒的生物感测系统中表征不同键类型的方法。未结合颗粒以靶标依赖的方式与感测表面结合，此后，执行结合-自由分离(清洗步骤)，并且随后，测量从结合颗粒处散射的光的强度波动，以便表征键类型，例如，在特异性和非特异性结合颗粒之间进行区分。对未结合颗粒以及结合-自由分离过程的使用对体外诊断是有用的。然而，对体内应用而言，未结合颗粒可能会带来安全风险，并且很难在体内情形下实现结合-自由分离过程。

可以通过基于拴系颗粒运动(tethered particle motion，TPM)的生物感测技术来避免以上难点。TPM技术基于对拴系到表面的颗粒的运动的测量。示例是劳伦斯(Laurens)等人，Nucleic Acids Res.，2009.9；37(16)：5454-5464，其中，TPM实验基于与DNA系链结合的蛋白质报道，以便揭示蛋白质如何改变DNA构造。在这种研究中，进行测量以避免将颗粒未经系链地结合到表面上，因为以另一种方式而不是经由系链与表面结合的颗粒并不给出关于系链的信息。示例是：布卢姆伯格(Blumberg)等人，Biophysical，2005；89，1272-1281。