用于检测化学或生物成分的方法以及用于此的电极布置的制作方法

专利名称：用于检测化学或生物成分的方法以及用于此的电极布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测一种或多种化学或生物成分的方法，这些成分可进行氧化还 原反应或者可以直接或间接释放可进行氧化还原反应的分子，其中在至少一个电极位置上 检测通过所述氧化还原反应所产生的电流。
背景技术：
在现有技术中载体具有一个或多个由电极组成的测量位置，在电极上只发生介质 的氧化或者还原。对于该方法电极的制备很简单(例如金线、印刷电路板、蒸镀有金属的塑 料)，然而所获得的电流信号经常不够灵敏。在过去的数年中，超精细的叉指式电极排布得到了发展，其中每个测量位置具有 两个分别为指状结构的电极并且两个指状结构以如下方式彼此嵌入，一个电极和另一个电 极的电极带通常平行地交替布局。两个电极之间的距离在有利情况下可以明显小于ι μ m。 例如在DE 43 18 519 Al中描述了此类具有亚微米级电极结构宽度的传感器。0. Niwa等人 的Anal. Chem. (1993)65，1559-1563可以说明，在循环伏安检测通过4-氨基苯磷酸酯的酶 分解以及通过碱性磷酸酶所形成的4-氨基酚时，在具有3至5 μ m的结构宽度和2至5 μ m 的指间距离的电极上，测量信号相对于使用普通的单个电极进行的检测被显著放大。EP 886 773 Bl公开了一种用于在稀释剂或溶剂中检测分子或分子络合物的方 法，其中使测量样品与叉指式超微电极排布接触。对于该方法，通过将电势施加在电极结构 上而产生交变电场，并且测量电流或电势变化，该变化是由在测量样品中存在或形成的成 分引起的。在此，所产生的电流通量主要受到在电极附近空间内检测到的分子或分子络合 物的影响。该影响可以通过待检测的成分的扩散、积聚或连接而发生。特别是借助于阻抗 谱进行测量。用于检测的电场可以通过具有在约IOmV与50mV之间的非常小的振幅的交变 电压产生；频率可以为ImHz与IOmHz之间。待测量的分子可以连接在微电极面上。这可以通过物理(吸附)或者化学连接进 行，其中例如将硫醇化合物涂覆在金电极上并加以测量。然而在电极上还可以涂覆抗原或 者类似物质，它们与测量样品中的抗体发生反应，或者允许核酸化学中的杂交反应。上述文献作为实施例说明了 β -半乳糖苷酶-链霉亲和素(Sti^ptavidin)在由 金组成的S-生物素酰化的电极表面上的连接的检测。在经改性的链霉亲和素连接到生物 素上以后，阻抗的变化借助于所谓的Nyquist图加以测量，该图显示出电极之间的电介质 被络合分子的干扰，并且因此反映出生物素与链霉亲和素-酶-络合物之间所实施的连接。 此外，超微电极布置可以电流计的方式借助于对氨基酚的检测而测量β-半乳糖苷酶-链 霉亲和素在生物素上的连接。为此，对交变电场叠加不变的电势，由此对电极施加相对于 Ag/AgCl参比电极+250mV的电势，由此将氨基酚氧化为醌亚胺。下面进一步说明使用叉指式电极的上述及其他可能的测量原理1、利用纯阻抗谱测量复合的交流电阻。这在电化学中主要用于表征位于电极之间 的介质和/或电极表面的特殊涂层，该涂层具有捕捉分子(例如经由硫醇桥连接在金电极上的生物捕捉分子)。利用由所述叉指式电极组成的测量位置，在检测流体中可以发现存在 连接在捕捉分子上的成分，因为通过连接而改变在电极周围环境中电子和/或质子的传导 性。若设置有多个测量位置，则这些测量位置可以在必要时涂覆连接不同成分的不同的捕 捉分子，从而可以在检测流体中检测多种成分。典型的是，电极自身通过待检测的成分在捕 捉分子上的连接而不发生化学变化。对于该测量技术使用尽可能小的交变电压(通常等于 或小于50mV)，通常不必参照基准。频率有时在非常宽的范围内变化，从而由此读取其他的 关系。在图加中示出了依照坐标系以电势[V]对时间[s]绘制该测量的图示。2、阻抗谱可以额外使用如上述文献中所提到的氧化和/或还原效应。如同在纯 阻抗谱的情况下，借助于在通常约10至50mV范围内的小的交变电压测量交流电阻。然而 同时利用直流电压至少在两个电极之一上施加确定的电势(典型的是借助于参比电极基 准)，其针对性地引起已有的可氧化的、可还原的或可进行氧化还原反应的介质的还原或氧 化，这又引起直流电流，但其并不一定被计算出。通常只测量其对阻抗的额外的影响。在图 2b中示出了再次以电势[V]对时间[s]绘制的相应的图示。3、还可以代替阻抗使用循环的伏安测量作为在该布置下的测量原理。为此将电极 非常缓慢地，通常经历几秒钟或者甚至几分钟，从预定的正电压变换为预定的负电压，并再 次相反地变换。在此获得的所测电流值对电压的图示允许对在叉指式电极之间存在待检测 的分子作出结论。循环伏安测量原则上是带有相应的物质转化的非常缓慢的电化学氧化还 原过程，其中确定各种物质的氧化和/或还原极点。4、氧化还原循环，也称作氧化还原再循环，与这些方法不同。为此对两个电极均恒 定地施加氧化电势和还原电势(利用参比电极基准)，该电势应当等于或大于待检测的氧 化还原分子的氧化电势，并且等于或小于待检测的氧化还原分子的还原电势。由于这两个 电极极近，氧化的分子向相反电荷的电极移动，在此被还原并再次反向移动。测量直接通过 氧化还原分子的氧化或还原在电极上产生的两种电流。通过多次氧化和还原，可以多次检 测各个单个分子，这引起测量信号的加强。在图2c中示出了再次以电势[V]对时间[t]绘 制的相应的图示。前述技术的缺点在于，必须制成亚微米级的叉指式电极结构，从而使各个不同电 荷的电极彼此非常接近。但是只能以足够的灵敏性进行测量。目前这是借助于在净化 室内的复杂的半导体技术进行的，例如参见E. Nebling等人的Anal. Chem. (2004)76(3)， 689-696。另一个缺点在于，电极彼此非常接近带来短路的危险若阳极和阴极应当以通 常仅约400nm的距离相接触，则各个测量位置在整体上不可使用。若应当利用该电极布置 检测液体中的多种成分，其中涂覆有不同捕捉分子的多个测量位置曝露于同一待检测的液 体，所以必须用新的电极布置重复整个测试。为了避免短路，电极结构通常嵌入基质中。但这当然会在生产时导致成本的再次 增加。

发明内容
因此，本发明的目的在于，在此提供改进，并借助于在所用装置方面更可靠并且要 求更低的技术实现对分子或其他成分的测量，例如分子络合物、肽、蛋白质(特别是酶)、抗 体、核酸或含有核酸的成分等。
该目的是通过提供用于检测一种或多种(化学或生物)成分的方法实现的，这些 成分可进行氧化还原反应，或者可以直接或间接地释放可进行氧化还原反应的分子，其中 在至少一个电极位置上检测通过所述氧化还原反应所产生的电流，其中待检测的成分位于 其上或其附近的至少一个电极位置在两个不同的电势之间以如下方式多次来回变换，其所 具有的相对于参比电极的电势位于所述成分或所述分子的氧化还原电势的附近或以下/ 以上，由此所述成分/所述分子(后者在其释放以后)在该电极位置上或附近在来回变换 时被交替地还原和氧化。在此，记录经历该时间通过成分/分子的重复的还原和氧化所形 成的电流，并任选与所述成分或所述分子不位于其上或其附近的电极位置加以比较。通常 依据权利要求1的特征，优选依据权利要求2及必要时依据权利要求3，记录和计算电流量 以及推断是否存在所寻求的成分，其可定性或定量地确定。在此，术语“随时间改变的量的 成分的定位”应当理解为在时间段It2内在电极上、旁边或附近，成分的量发生改变，及优 选增加。依据本发明的方法相对于一般的氧化还原循环的区别还在于，不必使用具有固定 设置的电势差的叉指式电极，而是循环改变仅一个电极上的电压，使其相对于参比电极交 替地分别变为阴极和阳极。这在图2d中示意性地示出。通过在该电极上通常以例如0. 1至 IOHz的较低频率在两个不同的电势之间来回变换，在可发生氧化还原反应的成分或分子位 于其上或其附近时，通过一个电势被氧化并通过另一个电势被还原。在此产生的电流，即正 的氧化电流和负的还原电流，以其总量加以测量(参见

图1，其中1表示由电极组成的测量 位置，2表示被氧化的氧化还原介质，3表示被还原的氧化还原介质，4表示施加在电极上的 低频交变电压以及5表示经历该时间产生的氧化还原电流的读数)。在此，多数情况下计算累加的总电流信号(氧化电流和还原电流数值之和，引起 经历该时间的电流增大)随时间的变化，这对应于氧化还原介质浓度的改变。不考虑所出 现的电容性再充电电流，因为其与介质的氧化还原电流无关。虽然其在每次再充电之后迅 速放电，但是在每个新的测量周期几乎相同，并因此经历该时间不发生变化。该布置的灵敏性大致对应于在叉指式阳极和阴极上的“普通”氧化还原循环。但 是在此通过例如半导体技术取消了叉指式电极阵列的复杂的生产过程。带有周期性变化的 电势的一个或多个电极可以用作测量位置或者作为带有不同测量位置的完整的阵列。利用本发明方法，一方面可以(直接)检测存在于检测流体中的分子，只要该分子 可进行氧化还原反应。另一方面可以检测该成分，该成分可以直接或者通过捕捉分子连接 在电极上或其周围环境中，并且在其连接后直接或间接释放本身可进行氧化还原反应的分 子。相应地，依据本发明的方法可以用于检测存在于一种测量液体或另一种检测流体 中并且可进行氧化还原反应的分子。在此，检测流体应当被理解为液体、凝胶或其他高粘性 的材料以及气体。有利的是，在流体通道中引导检测流体经过一个或多个测量电极。必要 时可以同时测量多个检测流体，其中引导每条流体通道经过一个测量电极。在此，有利的可 以是，引导对比流体经过一个测量电极，已知该对比流体包含或不存在可进行氧化还原反 应的分子。这简化了半定量或定量的结论。因此例如可以直接检测在测量液体中的4-氨基酚，条件是使该液体流入测量电 极附近并在此停留。每个电极以1. OHz的频率在对氨基酚的+200mV和_350mV的氧化还原电势之间连续地来回变换。例如可以使用铱/氧化铱参比电极作为基准。在任意位置上设 置的反电极使电流差放电。在该实施方案中还可以设置有多个电极，这些电极分别位于分 离的流体通道内。作为替代，待检测的成分连接在依据本发明的电极结构上和/或其周围环境例如 是通过所谓的“自组装”，例如通过在该表面上的官能团和/或在该成分上的官能团(例如 具有SH基的蛋白质连接在金表面上)，或者电极结构或其邻近的周围环境利用可比较的机 理用捕捉分子涂覆，该捕捉分子与待检测的成分反应并与其连接或络合，其中产生本身使 所添加的基质转化成可进行氧化还原反应的分子的产物(也称作氧化还原介质)，而该捕 捉分子在不存在待检测的成分时无法转化同一基质。在此，氧化还原介质可以化学、物理或 与酶相关的方式产生。因此例如可以设置有金电极，蛋白质通过吸附连接在其上。一个例 子酸性磷酸酶使4-氨基苯磷酸酯分解为氧化还原分子4-氨基酚，β -半乳糖苷酶使对氨 基苯-β-吡喃半乳糖苷(p-Aminophenyl-ii-galaktopyranosid)分解为同样的分子。当 然任意的氧化还原分子都可用于本发明；但是可通过酶分解的氧化还原分子特别适合于检 测酶或含酶的络合物。可用的氧化还原分子的其他例子是二茂铁衍生物、六氰合铁(II)， (III)酸钾以及有机钌络合物和锇络合物，如钌六胺、二氯化锇联吡啶。但也可使用其他的 有机氧化还原分子及必要时使用无机氧化还原分子；后者优选以包裹形式存在，其中诸如 脂质体的被膜例如带有只与由捕捉分子和待检测的成分组成的组合物反应但不单独与捕 捉分子反应的基团。该连接方案例如提供在DNA技术中公知的所谓的插层化合物，其只与 双链核酸反应但不与单链核酸反应。本领域技术人员已知一系列实现该技术的方案，例如 参见 W02002/081739 或 WO 2002/082078。对于该方法，优选在第一步骤中使含有所述成分的检测流体流经一个或多个已经 涂覆有捕捉分子的电极。若使用多个电极，则电极可以涂覆有可键结/络合不同成分的不 同的捕捉分子。因此，利用该方法可以检测在检测流体中的多种不同的成分，这特别是在 DNA分析中是有意义的。当然在此情况下可以将多个电极设置在同一流体管道中或不同的 流体管道中。在该实施方案中，一个或多个用作测量位置的电极可以保持不具有捕捉分子。这 适合作为参比电极，从而可以将各个测量值相对于合适的零值加以比较或校正，这实现了 定量或半定量的检测结果。电极/测量位置可由任意导体材料组成，例如贵金属，如金或钼，以及碳化合物， 如石墨或碳纳米管；优选为金，因为许多生物相关的成分可以经由硫醇桥连接在金上。若测 量位置涂覆有生物分子，则其可以用作生物测试的平台。在此，例如通过酶标记而位置特定 地产生氧化还原介质，或者转变为其电化学活性形式。同样如前所述，电极/测量位置的直接周围环境以如下方式加以设计，使其可以 连接捕捉分子。例如以下材料适合于此，如带有氢氧化物表面的氧化物或者经改性的硅烷/ 硅氧烷或者无机/有机混合材料，例如含硅的Ormocere 。其可在其表面上容易地用适合 于本发明的基团配备或改性，例如胺、羟基、羧基。在上述情况下，通常不考虑捕捉分子在电 极上的连接，但这不是必须的。电极/测量位置的直接周围环境可以作为替代或额外地疏水性设置，从而保持涂 覆在电极材料上的小液滴的接触角(特别是用于连接捕捉分子)尽可能大。作为替代或额外地，电极/测量位置还可被同样有助于避免捕捉材料小液滴移动的环或隔板所围绕。例 如在DE 199 16 867 Al中描述了此类实施方案。环或隔板可以固定或居中地设置。同一 文献还描述了用于施加捕捉分子的印模的使用以及微毛细管反应的结构；同样适合于本发 明的实施方案。电极/测量位置可以布置在任意的载体材料上，例如有机基质，如塑料，以及印刷 电路板等。必要时当然也可使用硅晶片等作为载体，即使这通常不是必需的。有利的是金 电极和塑料基质的组合物。电极可以简单的方式涂覆在基质上，导体结构同样如此。导体 结构可由金组成，但是例如为了节约成本也可由铜或铝或其他常用的材料组成。电极/测量位置的构型不是关键性的，因此它们可以具有任意的形状。它们例如 取决于对于测试及其他条件如一条或多条流体通道的布置的要求而可以是平坦的并且具 有圆形、椭圆形、矩形、长条形、正方形或其他多边形的形状。它们可以是贯通的或者具有凹 坑，其表面如上所述例如适用于连接捕捉材料。必要时它们可以嵌入周围的基质中，例如用 于改善流体通道内的流动特性，它们位于流体通道内。作为替代，它们可以涂覆在基质上， 例如以蒸镀、印刷、电镀、焊接或其他方式加以涂覆。相对于嵌入，这些改变的方案明显成本 更低。电极/测量位置可以具有任意的尺寸。为了可以同时控制和测量多个电极，例如在 芯片上，但有利的是，将电极的面积设计得相对较小，例如具有约为0. 05至0. 5mm2的表面。 在此，电极可以在必要时被设计为微电极或超微电极(具有微米级或亚微米级的长度尺寸 和/或宽度尺寸)。最后需要说明的是，电极/测量位置在必要时也具有三维结构，例如可 以被设计为滴状、焊接凸起(L5tbump)、线材或小片。该方法通常需要参比电极，然而该参比电极不必位于测量电极的同一基质上。若 参比电极经由检测流体(例如具有或不具有氧化还原成分的缓冲液)与测量电极导电连接 则是足够的。参比电极不施加电流。其由适合于各种方法的材料组成，例如铱/氧化铱、甘 汞、Ag/AgCl。此外，该方法还需要反电极，其加载对应的等值以在测量电极上施加所期望的 电流。该电极也不是必须位于测量电极的同一基质上。其典型地但非强制性地由金组成。依据本发明的方法的优点在于，可以借助于氧化还原循环对其形状任意设计的电 极进行电读取，其灵敏性可以与在叉指式电极结构上的读数的灵敏性相比较。电极的制造 在避免指形结构的情况下可以明显更简单和更低的成本进行，因为可以省略掉用于普通的 氧化还原循环所需的亚微米电极结构的包括掩模、聚合物覆层、曝光和洗涤的昂贵的半导 体技术和涂覆技术。此外，该电极的产生率增加，因为不会由于电短路而产生废品，在普通 的亚微米叉指式结构的情况下例如会通过来自于净化室过程的颗粒的不经意积聚而产生 电短路。依据本发明的方法优选用于所谓的芯片技术。在此，一个、优选多个电极形状的测 量位置位于例如尺寸为约50至200mm2的芯片上。可以将检测流体或比较流体如纯缓冲液 经由流体通道施加至每个测量位置。参比电极和反电极可以但非必须同样布置在该芯片 上。芯片上的所有电极与电导体结构相连接以施加电势以及读取电流变化。可以通过分离的恒电位仪进行电控制，但其也可作为电子元件布置在分离的芯片 (双芯片解决方案)上。该芯片被多次使用，而带有测量位置的芯片通常仅使用一次，然后 被丢弃，特别是在电极或其周围环境涂覆有捕捉材料的情况下。最后，还可将电子设备直接 布置在还带有测量位置的芯片中。所有这些改变的方案都是现有技术中已知的，例如参见E· Nebling 等人的"Electrical Detection of Viral DNA Using Ultramicroelectrode Arrays”，Anal. Chem. (2004),76(3) :689_696、J. Albers 等人的 “Electrical biochip technology-a tool for microarrays and continuous monitoring”，Anal Bioanal· Chem. (2003),377(3) :521-7 或者 R. Hintsche 等人的 “Fully electrical microarrays，，， Electrochemistry of Nucleic acids and Proteins， Toward Electrochemical Sensors for Genomics and Proteomics，247-277，Herausgeber E. Palecek，F. Scheller禾口 J. Wang， Elsevier, Amsterdam，2005。
具体实施例方式下面应当借助实施例更详细地阐述本发明。实施例1在载体材料如钝化的硅上，蒸镀多个金电极(直径为0. 5mm)、一个反电极和一个 铱/氧化铱参比电极。在此，每个金电极对应于一个测量位置。在电极1-8上通过吸附连 接有非特异性蛋白质(BSA)。在电极9-12上通过吸附连接有酶β-半乳糖苷酶。金电极可 以借助于与微型泵、软管和分配阀连接的微流动的流通室被各种不同的液体介质淹没。12个金电极配备有带有所需电势的16通道多功能恒电位仪，并读取所引起的纳 安级的电流。该恒电位仪由2个8倍多路编码器组成，其在给出各个电势后在短时间内依 次读取电极。在每个电极上以1. OHz的频率在电势+200mV和_350mV之间来回变换。将 铱/氧化铱参比电极用作基准。反电极使差电流放电。介质对氨基酚的氧化还原电势位于 +200mV至-350mV的范围内。在利用缓冲液(PBS pH 7. 0)的洗涤步骤之后，酶基质溶解在缓冲液中(1. Omg/ ml，在PBS pH :7.0中)，并施加在电极上。该基质是对氨基苯-β-D-卩比喃半乳糖苷 (ρΑΡ-β-gal)，并通过酶β -半乳糖苷酶从电化学非活性形式转变为电化学活性的氧化还 原介质对氨基酚。在电化学测量期间液体流停止。因此在每个金电极上彼此无关地取决于 是否存在酶而产生或不产生氧化还原电流。该电流在带有酶的电极上经历该时间连续增 大，因为酶持续地使基质转化并因此释放氧化还原介质。因此，期望在电极1-8上经历该时 间电流不增大(参比电极)，而在电极9-12上经历该时间电流增大(测量电极)。在此所 使用的新型电化学读数在图3中示出。图3a所示为依照所有电极所得的彼此上下排列的电流信号测量值在各个电极上 的带有氧化还原循环的12个金电极的每一个上经历该时间的平行的电流测量。在各个电 极(+200mV，-350mV，1.0Hz)上单独测量对氨基酚的转化率。在溶解的基质完全淹没金电极 之后，液体流停止( 秒，参见箭头)，但是电流的测量继续进行。取决于所施加的电势，获 得氧化电流峰值(正)或还原电流峰值(负)。主要分量是电容性再充电电流，但其随后在 计算中计算出。图北所示为由每个电极的氧化电流和还原电流组成的电流信号值之和(箭头液 体流停止)。位置1-8显示出电流信号的尽可能水平的走向。位置9-12与此不同地显示出 在液体流(箭头)切断之后经历该时间电流的增加。因为在电极1-8的情况下缺少酶，所 以在此不形成活性氧化还原介质，并由此不产生氧化还原电流。在电极9-12上酶产生活性 氧化还原介质，并由此在这些位置上经历该时间电流连续增加。电极1-8显示出大小不同的几乎恒定的电流。该电流是电容性再充电电流，其在每次再充电之后虽然在毫秒级的时 间内迅速减弱，但是其在每个位置上的绝对大小在每次测量过程中几乎保持一致。由电极 至电极的该再充电电流的不同大小使得在各个电极上的电势同时变换，但是读取通过多路 编码器容易时间延迟。在变换后短时间内进行测量的电极(1、幻上，该再充电电流仍然很 大，因为其弛张还没有结束。图3c作为直方图显示出各个位置经历该时间的电流值变化(电流增大)的图示。 “负”电极1-8的水平走向的电流在此与其大小(图3b)无关，显示出几乎没有变化。与此 不同，在“正”位置9-12上的电流经历该时间明显增大。这清楚地显示出酶的存在。位置 9-12的电流增大的平均值约为209nA/min。在叉指式电极上的氧化还原循环在可比较的试验排布中产生约为300nA/min的 电流增大。若只测量在+200mV时介质的氧化，则产生约为20nA/min的电流增大。因此，上述发明适合于在非叉指式电极上的氧化还原介质的灵敏的电读取，并且 比仅在这些电极上的氧化明显更加灵敏，而灵敏性可以与叉指式电极上的读数的灵敏性相 比较。实施例2为了进行生物测试，首先金电极以吸附的方式涂覆有合适的捕捉分子。特定地连 接在该捕捉分子上的目标分子通过酶(例如半乳糖苷酶)加以标记。所引入的基质被 该酶转化为活性氧化还原介质。其可以利用上述方法以电极特定的方式灵敏地加以测量。
权利要求
1.用于检测一种或多种化学或者生物成分的方法，这些成分可进行氧化还原反应，或 者可以直接或间接地产生可进行氧化还原反应的分子，其中在至少一个电极上检测通过所 述氧化还原反应所产生的电流，该方法包括以下步骤-在时间段、_、内在至少一个电极上、旁边或附近，对随时间改变的量的成分或分子 进行定位；-至少一个电极在时间段、_、内在两个不同的电势之间以如下方式多次来回变换，其 所具有的相对于参比电极的电势位于所述成分或所述分子的氧化电势或以上的范围内，或 者位于所述成分或所述分子的还原电势或以下的范围内，由此所述成分/所述分子被交替 地还原和氧化；-记录经历时间段、-t2通过重复地还原和氧化所述成分/所述分子而在至少一个电 极中形成的电流。
2.根据权利要求1的方法，其中经历时间段、-t2通过重复地还原和氧化所述成分/所 述分子而形成的电流的记录包括以下步骤-如权利要求1中所定义，至少一个电极在其上、旁边或附近定位所述成分或所述分子 之前，在时间段、-、内在两个电势之间多次来回变换；-测量在时间间隔内在至少一个电极内的电流通量；-测量在时间间隔内在同一电极内的电流通量；-在时间间隔内以电流通量对时间进行绘图；-累加电流信号的绝对值，其中获得说明了电流通量的绝对值与时间的关系的曲线；-在与、-t2之间比较电流信号的绝对值。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，为了定性检测所述成分而观察在范围t「t2内 的曲线是否相对于曲线更高，或者为了定量检测所述成分而测量在范围t「t2内电流 值的增加或者测量在该电流值以下的积分，并与参考值进行比较。
4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，以0.1至IOHz范围内的频率进行多次 来回变换，和/或在时间间隔内的变换过程的次数为10至100，优选为15至50。
5.根据前述权利要求之一的方法，其中一种或多种成分可进行氧化还原反应，其特征 在于，所述成分的定位包括引导含有所述成分的流体经过至少一个电极。
6.根据权利要求1至4之一的方法，其中一种或多种成分可进行氧化还原反应，其特征 在于，所述成分的定位包括以下步骤-在至少一个电极上或者在电极邻近的周围环境中提供捕捉分子；-以如下方式引导含有所述成分的流体经过至少一个电极或其邻近的周围环境，使得 捕捉分子通过键结或络合而捕捉所述成分。
7.根据权利要求1至4之一的方法，其中一种或多种成分可以直接或间接地产生可进 行氧化还原反应的分子，其特征在于，所述分子的定位包括以下步骤-以如下方式引导含有所述成分的流体经过至少一个电极或其邻近的周围环境，使得 所述成分连接在至少一个电极上或该电极邻近的周围环境中；-通过所述成分产生可进行氧化还原反应的分子。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在至少一个电极上和/或其邻近的周围环境中 设置能够通过键结或络合而捕捉所述成分的捕捉分子。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，为了产生可进行氧化还原反应的分子，引 导含有前体分子的流体经过至少一个电极及任选其邻近的周围环境，所述成分能够由所述 前体分子产生所述可进行氧化还原反应的分子。
10.根据权利要求7至9之一的方法，其中所述成分是蛋白质或含有蛋白质，特别是酶 或含有酶。
11.根据权利要求10的方法，其中所述酶能够释放对氨基酚，并优选选自磷酸酶和 β-半乳糖苷酶。
12.根据权利要求8的方法，其中所述成分为核糖核酸，其特征在于，通过以下步骤产 生所述可进行氧化还原反应的分子-引导含有一种分子的流体经过至少一个电极及任选其邻近的周围环境，所述分子可 以连接在由捕捉分子和所述成分组成的化合物或络合物上，但是不能仅连接在捕捉分子 上，并且含有连接或包裹形式的可进行氧化还原反应的分子，-释放所述可进行氧化还原反应的分子。
13.根据权利要求12的方法，其中所述可进行氧化还原反应的分子的释放是通过引导 另一股流体经过至少一个电极及任选其邻近的周围环境而发生的，其中所述流体能够释放 所述可进行氧化还原反应的分子。
14.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，至少一个电极具有由钼或金组成的表
15.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，能够键结或络合待检测的成分的捕捉 分子位于至少一个电极的表面上，其中所述捕捉分子优选经由硫醇桥连接在电极上。
16.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，不导电的基质位于至少一个电极邻近 的附近，激活所述基质而使其能够连接或吸附所述成分和/或捕捉分子。
17.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，设置有至少两个电极，所述电极在时 间段、-t2内在所述不同的电势之间以如下方式同向地多次来回变换，其所具有的相对于 参比电极的电势位于所述成分或所述分子的氧化还原电势的范围内或以下/以上，由此所 述成分/所述分子同时在至少两个电极的每一个上交替地被还原和氧化。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述两个电极或所述电极中的两个涂覆有 能够连接或检测不同成分的不同的捕捉分子。
19.用于实施根据前述权利要求之一的方法的电极排布，其具有至少一个测量位置以 及每个测量位置至少一个测量电极以及具有参比电极，其以如下方式构成，所有的测量电 极能够相对于参比电极同向地交替变换为阴极和阳极。
20.根据权利要求19的电极排布，其包括芯片形状的基质以及一个或多个由金或钼组 成或者涂覆有金或钼的测量电极。
21.根据权利要求19或20的电极排布，其中所述测量电极具有微米级或小于微米级的 尺寸。
22.用于实施根据权利要求1至18之一的方法的装置，其包括根据权利要求19至21 之一的电极排布、反电极、参比电极以及变换布置，所述变换布置能够使测量电极相对于参 比电极同向地交替变换为阴极和阳极。
23.根据权利要求22的装置，其特征在于，所述变换布置是恒电位仪。
24.根据权利要求22的装置，其特征在于，所述变换布置是电子变换布置，其位于基质 上或之内，所述基质不是测量电极的基质。
25.根据权利要求22的装置，其特征在于，所述变换布置是电子变换布置，其位于带有 测量电极的同一基质上或之内。
全文摘要
本发明涉及用于检测一种或多种化学或者生物成分的方法，这些成分可进行氧化还原反应，或者可以直接或间接地产生可进行氧化还原反应的分子，其中在至少一个电极上检测通过所述氧化还原反应所产生的电流，该方法包括以下步骤1、在时间段t1-t2内在至少一个电极上、旁边或附近，对随时间改变的量的成分或分子进行定位；2、至少一个电极在时间段t1-t2内在两个不同的电势之间以如下方式多次来回变换，其相对于参比电极获得的电势位于所述成分或所述分子的氧化电势的范围内或以上，或者位于所述成分或所述分子的还原电势的范围内或以下，由此所述成分/所述分子被交替地还原和氧化；3、记录经历时间段t1-t2通过重复地还原和氧化所述成分/所述分子而在至少一个电极上形成的电流。此外本发明还涉及用于实施该方法的电极排布，其具有至少一个测量位置以及每个测量位置至少一个测量电极以及具有参比电极，其以如下方式构成，所有的测量电极能够相对于参比电极交替地变换为阴极和阳极。
文档编号C12Q1/42GK102057273SQ200980121017
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年6月6日
发明者E·内柏林, J·阿伯斯 申请人:弗劳恩霍弗应用技术研究院