使用内部对照,在生物宿主中鉴定疾病状态的系统、装置和方法
【专利说明】使用内部对照，在生物宿主中鉴定疾病状态的系统、装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月12日提交的美国临时专利申请号61/700，285的优先权权益，其通过引用以其整体结合到本文中。
发明领域
[0002]本发明领域是用于表征或测定宽范围的分析物(包括核酸、蛋白和小分子)的分析装置。
[0003]背景
各种疾病的诊断测试可为成功治疗提供重要信息。诊断测定用于检测病原体，包括细菌和病毒。许多标准诊断测定，例如细胞培养和用PCR扩增的遗传测试，都需要送样到实验室并且具有若干天或数周的长的周转时间。在这种情况下，许多患者不返回到医疗提供者来接受结果或治疗，并且在一些情况下，长周转时间可危害正确治疗病症的能力。
[0004]尽管一些测定已经是自动化，但许多仍然需要重要的专业知识或训练。例如，实验室技术人员通常在测定中处理生物样品，但通常依赖于多种外部测试对照以确保检验正确进行。
[0005]用于诊断的替代系统和方法对于改进患者结果、尤其是在护理点(point-of-care)应用中可能是有益的。
[0006]概述
本文中公开的是用于测定生物宿主中的病原体的存在的系统、装置和方法，例如在护理点环境。在某些方面，方法包括提供来自所述生物宿主的样品，和将所述样品施用于生物传感器，其使用内部对照。在某些实施方案中，所述生物传感器包括经设计用于检测所述样品中的对照标记的第一探针，所述对照标记是所述生物宿主的内源成分，和经设计用于检测所述样品中的靶标记的存在的第二探针，所述靶标记来自所述生物宿主中的病原体。第一探针用于鉴定所述样品中的所述对照标记的存在或不存在和第二探针用于鉴定所述样品中的所述靶标记的存在或不存在。
[0007]在某些实施方案中，用于测定病原体的存在的所述生物传感器包括第一传感器和第二传感器，其中第一探针偶联到第一传感器和第二探针偶联到第二传感器。在某些方法中，所述生物传感器包括第三探针。例如，第三探针可以是包含肽核酸的无义探针。在某些方法中，第三探针偶联到所述生物传感器的第三传感器。所述方法可包括在将所述样品施用于所述生物传感器之前将裂解程序施用于所述样品的步骤。在某些方法中，所述裂解程序是电化学裂解程序。在某些实施方案中，鉴定所述样品中的标记的存在或不存在包括在所述生物传感器上测定电催化信号。在某些方法中，所述对照标记和所述靶标记的至少一个包含核糖核酸序列。在某些方法中，第一和第二探针的至少一个包含肽核酸序列，其用硫醇键连接到所述生物传感器。
[0008]测定生物宿主中的病原体的存在的方法可包括以下步骤:接收指示所述样品中的所述对照标记的存在的第一生物传感器信号，接收指示所述样品中的所述靶标记的存在的第二生物传感器信号，和根据第一生物传感器信号和第二生物传感器信号，确定所述病原体存在于所述生物宿主中。额外地或或者，方法可包括以下步骤:接收指示所述样品中的所述对照标记的存在的第一生物传感器信号，接收指示所述样品中的所述靶标记不存在的第二生物传感器信号，和根据第一生物传感器信号和第二生物传感器信号，确定所述病原体不存在于所述生物宿主中。在某些方法中，方法包括接收指示所述样品中的所述对照标记不存在的第一生物传感器信号，和根据第一信号，确定错误。
[0009]在某些实施方案中，测定生物宿主中的病原体的存在的方法可包括在将所述样品施用于所述生物传感器之前使用第一探针进行基线测定的步骤。鉴定所述对照标记的存在可以进行如下:通过比较来自第一探针的基线测定与在将所述样品施用于所述生物传感器之后使用第一探针进行的测定。在某些方法中，所述方法包括在将所述样品施用于所述生物传感器之前使用第二探针进行基线测定。鉴定所述靶标记的存在可以进行如下:通过比较来自第二探针的基线测定与在将所述样品施用于所述生物传感器之后使用第二探针进行的测定。
[0010]在某些方法中，检测方法包括将所述电催化试剂施用于所述生物传感器。例如，具有第一过渡金属络合物和第二过渡金属络合物的氧化还原对可以加入到所述样品中以放大电催化信号。在某些方法中，鉴定所述对照标记的存在包括施加电压信号到第一探针，和测定来自电极的电流信号。在某些方法中，鉴定所述靶标记的存在包含施加电压信号到第二探针，和测定来自电极的电流信号。
[0011]提供第一探针以检测对照标记。第一探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第一探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第一位置。在某些方法中，第一探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第一位置。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述对照标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述对照标记包含核酸序列。在某些方法中，所述对照标记来自人上皮细胞。
[0012]提供第二探针以检测靶标记。第二探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第二探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第二位置。在某些方法中，第二探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第二位置。在某些方法中，第二探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述靶标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述靶标记包含核酸序列。在某些方法中，所述靶标记来自病原体，和所述病原体是细菌。在某些方法中，所述细菌是沙眼衣原体{Chlamydia trachomatis)。
[0013]在某些方法中，检测方法包括在杂交条件下使所述样品接触第一探针和第二探针。在某些方法中，第一探针和第二探针位于一个室内。将所述样品施用于生物传感器可包括使所述样品以某流速流过所述室。例如，所述流速可以是固定的或可变的。在某些方法中，所述流是层流。在某些方法中，将所述样品施用于生物传感器包括搅拌所述样品。
[0014]在某些方法中，提供第一传感器。例如，第一探针可以偶联到第一传感器。在某些方法中，第一传感器是导电的。在某些实施方案中，第一传感器是微电极。第一传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第一传感器包含金、铂和钯的至少一种。第一传感器可包括多个传感器。
[0015]在某些方法中，提供第二传感器。例如，第二探针可以偶联到第二传感器。在某些方法中，第二传感器是导电的。在某些实施方案中，第二传感器是微电极。第二传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第二传感器包含金、铂和钯的至少一种。第二传感器可包括多个传感器。
[0016]在某些实施方案中，所述生物传感器包括第三传感器。例如，第三传感器可具有第三探针。在某些方法中，第三探针是无义探针。第三探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第三探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第三位置。在某些方法中，第三探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第三位置。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到所述生物传感器。
[0017]在某些方法中，提供第三传感器。例如，第三探针可以偶联到第三传感器。在某些方法中，第三传感器是导电的。在某些实施方案中，第三传感器是微电极。第三传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第三传感器包含金、铂和钯的至少一种。第三传感器可包括多个传感器。
[0018]在某些方面，测定生物宿主中的病原体的存在的方法包括提供来自生物宿主的样品，提供具有第一电导传感器和第二电导传感器的生物传感器，其中第一电导传感器具有经设计用于检测所述样品中的对照标记的存在的第一核酸探针和第二电导传感器具有经设计用于检测所述样品中的靶标记的存在的第二核酸探针，将所述样品施用于生物传感器，将所述电催化试剂施用于所述生物传感器，在第一电导传感器上测定所述对照标记与第一核酸探针杂交而产生的第一电催化信号，和在第二电导传感器上测定所述靶标记与第二核酸探针杂交而产生的第二电催化信号。在某些方法中，所述对照标记是所述生物宿主的内源成分，和所述靶标记来自所述生物宿主中的病原体。
[0019]在某些方法中，所述方法提供在将所述样品用于所述生物传感器之前将裂解程序用于所述样品的步骤。在某些方法中，所述裂解程序是电化学裂解程序。在某些实施方案中，测定生物宿主中的病原体的存在的方法可包括在将所述样品用于所述生物传感器之前在第一电导传感器进行基线测定的步骤。鉴定所述对照标记的存在可以进行如下:通过比较第一电导传感器的基线测定与第一电催化信号。在某些方法中，所述方法包括在将所述样品用于所述生物传感器之前在第二电导传感器进行基线测定。鉴定所述靶标记的存在可以进行如下:通过比较第二电导传感器的基线测定与第二电催化信号。
[0020]在某些方法中，检测方法包括将所述电催化试剂用于所述生物传感器。例如，具有第一过渡金属络合物和第二过渡金属络合物的氧化还原对可以加入到所述样品中以放大电催化信号。在某些方法中，测定第一电催化信号包括施加电压信号到第一传感器，和测定来自电极的电流信号。在某些方法中，测定第一电催化信号包括施加电压信号到第二传感器，和测定来自电极的电流信号。
[0021]提供第一探针以检测对照标记。第一探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第一探针是核酸序列，其连接到第一传感器。在某些方法中，第一探针是肽核酸探针，其连接到第一传感器。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述对照标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述对照标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述对照标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述对照标记来自人上皮细胞。
[0022]提供第二探针以检测靶标记。第二探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第二探针是核酸序列，其连接到第二传感器。在某些方法中，第二探针是肽核酸探针，其连接到第二传感器。在某些方法中，第二探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述靶标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述靶标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述靶标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述靶标记来自病原体，和所述病原体是细菌。在某些方法中，所述细菌是沙眼衣原体。
[0023]在某些方法中，检测方法包括在杂交条件下使所述样品接触第一电导传感器和第二电导传感器。在某些方法中，第一电导传感器和第二电导传感器位于一个室内。将所述样品用于生物传感器可包括使所述样品以某流速流过该室。例如，所述流速可以是固定的或可变的。在某些方法中，所述流是层流。在某些方法中，将所述样品用于生物传感器包括搅拌所述样品。
[0024]在某些实施方案中，第一电导传感器是微电极。第一电导传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第一电导传感器包含金、铂和钯的至少一种。第一电导传感器可包括多个传感器。在某些实施方案中，第二电导传感器是微电极。第二电导传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第二电导传感器包含金、铂和钯的至少一种。第二电导传感器可包括多个传感器。
[0025]在某些实施方案中，所述生物传感器包括第三电导传感器。例如，第三电导传感器可具有第三探针。在某些方法中，第三探针是无义探针。第三探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第三探针是核酸序列，其连接到第三电导传感器。在某些方法中，第三探针是肽核酸探针，其连接到第三电导传感器。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到第三电导传感器。在某些实施方案中，第三电导传感器是微电极。第三电导传感器可以是纳米结构的微电极。第三电导传感器可包含金、铂和钯的至少一种。第三电导传感器可包括多个传感器。
[0026]在本文所述的系统和装置的某些方面，提供生物传感器，用于测定生物宿主中的病原体的存在。所述生物传感器包括固体支持基础，其中传感器附着到支持基础上。所述传感器包括经设计用于检测对照标记的存在的第一探针。在某些方法中，所述对照标记是生物宿主的内源成分。所述传感器包括经设计用于检测靶标记的存在的第二探针。在某些方法中，所述靶标记来自所述生物宿主中的病原体。
[0027]在某些实施方案中，第一探针包含连接到所述传感器的核酸序列。在某些实施方案中，第二探针包含连接到所述传感器的肽核酸序列。在一些方法中，第一和第二探针的至少一个用硫醇键连接到所述传感器。在某些实施方案中，对照标记和靶标记的至少一个包含核糖核酸序列。所述生物传感器可包括第三探针。例如，第三探针可以是包含肽核酸的无义探针。
[0028]提供第一探针以检测对照标记。第一探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第一探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第一位置。在某些方法中，第一探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第一位置。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述对照标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述对照标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述对照标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述对照标记来自人上皮细胞。
[0029]提供第二探针以检测靶标记。第二探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第二探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第二位置。在某些方法中，第二探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第二位置。在某些方法中，第二探针用硫醇键连接到所述生物传感器。所述靶标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述靶标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述靶标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述靶标记来自病原体，和所述病原体是细菌。在某些方法中，所述细菌是沙眼衣原体。
[0030]在某些方法中，所述生物传感器包括固体支持基础。在某些方法中，所述固体支持基础包含印刷电路板。额外地或或者，所述固体支持基础可包含硅。在某些方法中，第一传感器和第二传感器位于所述生物传感器的一个室内。第一传感器和第二传感器可以沿所述室的长度线性排列。
[0031 ] 在某些方法中，第一传感器是导电的。在某些实施方案中，第一传感器是微电极。第一传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第一传感器包含金、铂和钯的至少一种。第一传感器可包括多个传感器。在某些方法中，第二传感器是导电的。在某些实施方案中，第二传感器是微电极。第二传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第二传感器包含金、铂和钯的至少一种。第二传感器可包括多个传感器。
[0032]在某些实施方案中，所述生物传感器包括第三传感器。例如，第三传感器可具有第三探针。在某些方法中，第三探针是无义探针。第三探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第三探针是核酸序列，其连接到所述生物传感器上的第三位置。在某些方法中，第三探针是肽核酸探针，其连接到所述生物传感器上的第三位置。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到所述生物传感器。在某些方法中，第三传感器是导电的。在某些实施方案中，第三传感器是微电极。第三传感器可以是纳米结构的微电极。在某些方法中，第三传感器包含金、铂和钯的至少一种。第三传感器可包括多个传感器。
[0033]在某些实施方案中，所述生物传感器包括具有第一宽度并偶联到所述室的第一末端的进口道，和所述室具有第二宽度。第一宽度和第二宽度可以是大致相等。在某些方法中，所述生物传感器包括裂解室。在某些实施方案中，所述裂解室包括至少一个电极。所述裂解室的所述电极可包含铜、镍和金的至少一种。
[0034]在某些方面，提供生物传感器，其具有进口道、具有偶联到所述进口道的第一末端的室，偶联到所述室的第二末端的出口道，偶联到所述室并沿所述室的长度形成支持的基础，附着到所述基础并位于所述室内的第一传感器，附着到所述基础并位于所述室内的第二传感器。第二传感器与第一传感器沿所述室的长度对齐。第一传感器包括经设计用于检测对照标记的存在的第一探针，所述对照标记是生物宿主的内源成分。第二传感器包括经设计用于检测靶标记的存在的第二探针，所述靶标记来自所述生物宿主的病原体。
[0035]在某些实施方案中，所述进口道具有第一宽度和所述室具有第二宽度，和第一宽度和第二宽度大致相等。在某些方法中，所述出口道具有第三宽度，其中第三宽度大致等于所述进口道的第一宽度。
[0036]提供第一探针以检测对照标记。第一探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第一探针是核酸序列，其连接到第一传感器。在某些方法中，第一探针是肽核酸探针，其连接到第一传感器。在某些方法中，第一探针用硫醇键连接到第一传感器。所述对照标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述对照标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述对照标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述对照标记来自人上皮细胞。
[0037]提供第二探针以检测靶标记。第二探针可包含核酸、肽核酸、锁核酸、蛋白或肽的至少一种，其用合适的连接分子功能化。在某些方法中，第二探针是核酸序列，其连接到第二传感器。在某些方法中，第二探针是肽核酸探针，其连接到第二传感器。在某些方法中，第二探针用硫醇键连接到第二传感器。所述靶标记包含核酸、蛋白或肽的至少一种。在某些实施方案中，所述靶标记包含核酸序列。在某些实施方案中，所述靶标记包含核糖核酸序列。在某些方法中，所述靶标记是来自病原体，和所述病原体是细菌。在某些方法中，所述细菌是沙眼衣原体。
[0038]在某些方法中，所述生物传感器包括固体支持基础。在某些方法中，所述固体支持基础包含印刷电路板。额外地或或者，所述固体支持基础可包含硅。在某些方法中，第一传感器和第二传感器位于所述生物传感器的一个室内。第一传感器和第二传感器可以沿该室的长度线性排列。
[0039]在某些方法中，第一传感器是导电的。在某些实施方案中，第一传感器是微电极。第一传感器可以