快速磁生物传感器的制作方法

专利名称：快速磁生物传感器的制作方法
快速磁生物传感器
本发明涉及利用磁性颗粒检测和/或量化样品中的分子的系统、设备和
方法，包括用于这种系统的一次性筒状物(cartridge),还涉及用于移动这 种磁性颗粒的系统和方法。
在生物测定和生物传感器中使用磁性颗粒具有若干吸引人的方面。利 用磁场可以搅动带有分析物的磁性颗粒，这縮短了探针和分析物之间的反 应时间。可以使用磁场从探针去除非特异性结合的分析物，以便在反应室 的一部分中聚集磁性颗粒，或者将颗粒移入和/或移出反应室。可以将磁性 颗粒自身的磁性能用于检测目的。
垂直于传感器表面施加通常使用的磁场梯度类型，以便将颗粒移至传 感器表面或从传感器表面移出颗粒。还曾施加锥形场以将颗粒集中到一个 特定点上，例如，显微镜的目镜上。使用环形或随机磁场来产生搅动效应。 在US5445971、 US6548311、 US6180418， Perrin等人(1999) J. Immun. Meth. 224，第77-87页；Luxton等人(2004) Anal. Chem. 76，第1715-1719页； 以及Ferreira等人(2005) Appl. Phys. Lett. 87， 013901中描述了其范例。
尽管如此，仍然非常希望有能够以更快更高效的方式执行不同测定步 骤的设备，尤其是在高吞吐量筛选和位点分析的情况下。
本发明的目的是提供利用磁性颗粒检测和/或量化样品中的分子的可选 或改进的系统和方法以及用于这种系统的一次性筒状物和用于移动这种磁 性颗粒的系统和方法。
在一个方面中，本发明涉及一种系统，其包括具有传感器表面和所述 传感器表面之外的至少一个区域的反应室，并且还包括至少一个用于产生 一个或多个磁场的装置，其中，设置所述至少一个用于产生一个或多个磁 场的装置，使得所述磁场之一具有有着平行于所述传感器表面的分量的梯 度，且跨越所述传感器表面和所述至少一个传感器表面之外的区域。此外，所述磁场之一可以具有有着垂直于所述传感器表面的分量的梯 度，其中，所述垂直分量从所述反应室指向所述传感器表面。在该系统中， 可以将磁场设置成在传感器表面上方横向地，即沿着表面将磁性颗粒移动 到传感器表面之外的第一区域。在该系统中，磁场可以在传感器表面上方 横向地将磁性颗粒从传感器表面之外的第一区域移动到传感器表面之外的 第二区域。
可以仅沿着一个方向施加磁场，由此在该磁场下颗粒同样沿一个方向 移动。最简单的形式是磁场被施加一次。
任选地，可以通过使磁场的施加与(例如)流体流动交替进行来重复 该过程，所述流体流动将磁性颗粒重定向到它们的最初位置，即，颗粒沿 两个方向移动或流动， 一个方向是另一个方向的反方向。在这种情况下， 磁场被施加一次，随后是颗粒的流动。或者，可以以这种方式反转和/或循 环磁场以来回移动颗粒。
通过反转磁场或将磁场与其他力组合，如上所述的传感器表面之外的 第一和第二区域是相同的。
可以提供一种系统，其中在传感器表面之外的区域上提供用于施加磁 性颗粒的专用区域。当在传感器表面的同一平面中施加这些颗粒时，不需 要垂直地将磁性颗粒吸引到传感器表面的磁场。由此，可以设计这样的系 统，其中，不存在适于将颗粒吸引到传感器表面或传感器表面之外的区域
(6)的磁场发生器，例如载流导体。
本发明的系统可以包括用于将所述磁性颗粒引入到反应室中的进口装 置(inletmeans)。
在特定实施例中， 一个或多个用于产生磁场的装置包括位于传感器表 面相对侧上的两个磁体。在任何根据本发明的这种系统中，可以在给定时 间段中施加磁场，其中，磁性颗粒的迁移距离大于通过布朗运动所获得的 距离。
在特定实施例中，所述至少一个用于产生一个或多个磁场的装置为磁 体，所述磁体产生具有较小面内分量的面外场且位于所述传感器表面下方。 所述系统的传感器表面可以包括分析物特异性探针或分析物类似物。 位于传感器表面之外的两个区域之间的传感器表面的尺寸可以至少为10、 20、 30、 50或IOO微米。
可以附着到传感器表面的分析物特异性探针可以是任何适当的探针， 寡核苷酸、抗体或其片段、凝集素、药用化合物、肽或蛋白质仅是其范例。
该系统还可以包括用于检测传感器表面上的至少一个磁性颗粒的磁性 能的磁性颗粒检测装置。所述磁性颗粒检测装置可以检测来自所述至少一 个颗粒的磁场或检测在受到磁性检测场作用时所述至少一个颗粒的可磁化 性。其范例为磁电阻传感器或霍尔传感器。
本发明的另一方面涉及一种一次性筒状物，其包括反应室、具有分析 物特异性探针或分析物类似物的传感器表面，所述反应室包括传感器表面 之外的至少一个区域和至少一个用于产生一个或多个磁场的装置。
本发明的另一方面涉及一种用于量化和/或检测分析物的方法，其包括
如下步骤
a) 向具有表面传感器和所述传感器表面之外的区域的反应室提供磁性
颗粒(全部或部分磁性颗粒可以在它们的表面上携带分析物)，所述表面传 感器具有分析物特异性探针，
b) 在所述反应室之内施加磁场梯度，所述磁场梯度具有平行于所述传 感器表面的分量，由此所述磁场在所述传感器表面上横向地将所述磁性颗 粒移向所述传感器表面之外的所述区域，以及
c) 检测结合到所述传感器表面的所述磁性颗粒。
在该方法中，所述磁场梯度在步骤(c)之前反转一次或多次。在这种 实施例中，可以将反转频率设置成任何适当的值，例如0.01、 0.05、 0.1、 0.5或lHz。
在可选实施例中，磁场梯度是不反转的。
在本发明的方法的任何实施例中，可以将一个或多个磁场设置成在所 述传感器表面上方横向地将磁性颗粒从所述传感器表面之外的第一区域移 动到所述传感器表面以及从所述传感器表面移动到所述传感器表面之外的 第二区域。
所述传感器表面之外的第一区域和所述传感器表面之外的第二区域可 以是相同的。
根据另一个实施例，所述磁性颗粒是带标记的。可以在反应室中的液体基本没有运动的情况下执行本发明的方法。 本发明还提供了方法和传感器系统，其中，合并了在传感器表面上集 中磁性颗粒的步骤以及进行冲洗以去除未结合的磁性颗粒和非特异性结合 颗粒的步骤，所述磁性颗粒包括诸如配体或生物活性分子的分析物。优点 是显著减少了测定时间。
本发明的方法、系统和设备的优点是需要使用最少的试剂。 本发明的方法、系统和设备的另一优点是它们不一定需要水平的传感 器表面，在对所涉及的设备或实验室进行空间管理时这可能是令人关注的。 本发明公开了一种适于使用磁性颗粒的传感系统(其中，全部或部分 磁性颗粒可以在它们的表面上携带分析物)，其包括具有探针的生化活性传 感器表面、用于产生磁场的装置，该磁场诱发颗粒在传感器表面上方移动，
其中，相对于传感器的表面，所诱发的磁性颗粒的横向移动距离(0大于
传感器表面的宽度，并且(ii)大于没有磁场时扩散迁移的距离。该系统的 反应室包含流体介质，在所述流体介质中，磁性颗粒移动，在特异性结合 时可以结合到传感器表面上的探针，并且在非特异性结合时可以从传感器 表面上的探针脱离开。
本发明允许设计出用于检测样品中的分析物的改进方法和设备。
以下附图以示意性的方式示出了本发明的实施例。


图1示出利用一个磁体的磁传感器的示意图，(MP:磁性颗粒)，箭头 表示磁性颗粒的横向运动；
图2示出利用两个磁体的磁传感器的示意图，(MP:磁性颗粒)，箭头 表示磁性颗粒的横向运动；
图3示出在涂敷有抗原的传感器表面(灰色部分)上方的未涂敷磁性 颗粒(白色圆)和涂敷有抗体的磁性颗粒(黑色圆)向磁体(M)的磁运动；
图4示出在涂敷有吗啡的传感器表面上方的具有抗吗啡抗体的磁性颗 粒的磁运动；
图5示出用于在传感器表面上方横向移动磁性颗粒的方法的流程图。 将针对具体实施例并参照一些附图来描述本发明，但本发明不限于此，而是仅受权利要求书的限制。权利要求书中的任何附图标记不应理解为限 制范围。描述的附图仅为示意性的，而非限制性的。在附图中，出于例示 的目的，可以放大一些元件的尺寸，并非按照比例绘制。
在本说明书和权利要求书中使用"包括" 一词时，并不排除包括其他 元件或步骤。在提及单数名词而使用不定冠词或定冠词例如"一"、"该" 时，除非特别指出另外某物，否则其包括多个该名词。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分类 似元件，未必用于描述相继或时间上的次序。要理解的是，在适当环境下 如此使用的术语是可以互换的，本文所述的本发明实施例可以按不同于本 文所述或所示的顺序工作。
给出本文所用的术语或定义仅仅用以帮助理解本发明。
定义
本文所用的术语"分析物"是指样品中的化合物，希望对所述化合物 是否存在和/或其浓度进行检测。
本文所用的术语"分析物特异性探针"是指能够与分析物结合的化合物。
本文所用的术语"反应室"是指设备或筒状物之内的区域，其中参与 反应的不同试剂彼此接触。
本文所用的术语"传感器表面"是指反应室的一部分，其适于结合探 针，例如分析物特异性探针。通常，它还是发生最重要的敏感检测的区域。
本文所用的术语"传感器表面之外的区域"是指设备或筒状物的反应 室之内的区域，其紧邻传感器表面或在传感器表面周围且与传感器表面处 于相同的平面中。
本文所用的术语"基本平行"是指颗粒的移动或者磁场或磁场梯度。 由于磁性颗粒的移动是由磁场梯度决定的，因此在流动和磁场梯度取向之
间常常有一种关系。对于流动而言，该术语是指对应于小于45°、或小于 20°、小于10°或小于5°的角度的取向。对于磁场或磁场梯度而言，该术语 一般仅涉及相对于传感器表面取向对应于小于45°、或小于20°、小于10° 或小于5°的角度的场或梯度的分量。尽管有上述说明，磁场矢量，例如磁场梯度可以与衬底或传感器表面形成其他角度，例如大于45°，如85。或更 大。
典型地，在利用磁性颗粒的检测和/或定量方法和系统中，为磁性颗粒 提供分析物(或包括分析物的样品)或探针，并且基于分别与能结合到表 面的探针或分析物的反应进行检测。在本发明提供的方法和系统中，根据 一个或多个磁场的施加，磁性颗粒移动通过反应室，所述磁性颗粒的移动 基本平行于设置在反应室之内的传感器表面。
由磁场中颗粒的势能梯度给出磁场施加在磁性颗粒上的力。可以通过 对磁化强度和场进行积分来计算磁势能(例如参见J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, John Wiley Sons, Inc. 1999)。结果，磁性颗粒上的力与磁 场的梯度有关。换言之，磁性颗粒具有从磁场强度较低的区域向磁场强度 较高的区域移动的趋向。提供具有梯度的磁场，该梯度基本平行于传感器 表面或至少具有平行于传感器表面的分量，这样允许磁性颗粒从紧邻传感 器表面的区域或从位于传感器表面之内的区域横跨传感器表面移动，从而 使得存在于磁性颗粒上的分子能与存在于传感器表面上的分子相结合。通 常通过最大梯度分量平行于传感器表面的磁场获得颗粒的横向运动。然而， 只要具有平行于传感器表面的分量，就可以使用与垂直于传感器表面不同 的任何磁场梯度。此外，基本平行于传感器表面或至少具有平行于传感器 表面的分量的同一或另一磁场梯度确保去除未结合到传感器表面或非特异 性结合到传感器表面的颗粒。通过这种方式， 一个或多个磁场确保并加快 了接触和冲洗步骤以及最小化试剂的使用。
或者，可以产生这样的场，其也具有垂直于传感器表面的梯度分量， 并且其中所述分量从反应室(2)指向传感器表面(5)。该分量使磁性颗粒 保持靠近传感器表面且增大了传感器表面暴露于磁性颗粒的程度。同时， 例如通过优化包括传感器表面涂层、颗粒涂层、流体成分的性质以及通过 限制垂直磁力的大小可以避免颗粒非特异性粘附到传感器表面。除这种垂 直磁力之外或作为替代，可以提供其他手段以将磁性颗粒保持到传感器表 面上或使其到达传感器表面，例如减小反应室在传感器表面处的尺寸，或 提供诸如流体流动或者声学或超声流体激励的其他力。在第一方面中，本 发明提供了一种系统，其包括具有传感器表面和该传感器表面之外的至少一个区域的反应室，并且还包括一个或多个用于施加一个或多个磁场的装 置，设置该装置使得由磁场诱发的颗粒流动基本平行于传感器表面并跨越 传感器表面和该传感器表面之外的一个或多个区域。
根据本发明，该系统使用一个或多个磁场，每个所述磁场是由一个或 多个磁场产生装置产生的。在本发明的背景下可以想到不同类型的磁场产 生装置，例如永磁体、电磁体、线圈和/或线。颗粒上的磁力强度应该使得 所诱发的移动距离大于无磁场时所移动的距离，即，磁力与平移布朗运动 相比应当占支配地位。更具体地，由磁场产生装置产生的磁场确保磁场产 生装置的磁性颗粒的移动距离(在激励时)大于传感器表面的尺寸。
根据本发明，由一个或多个磁场产生装置产生的磁场可以是恒定的、 脉冲的或可以在强度上变化。此外，在产生一个以上的磁场的情况下，它 们的精确取向可以是固定的或可以变化，只要场梯度基本平行于检测表面 或至少具有平行于传感器表面的分量。
根据一个实施例，本发明的系统包含用于产生磁场的一个单独装置。 在图1中示出了其范例。为了能从传感器表面去除磁性颗粒，设置磁场产 生装置，使得磁场梯度跨越整个传感器表面并跨越传感器表面之外的至少 一个区域。根据可选实施例，将磁场产生装置设置在传感器场的轴下方， 通常恰好位于包括传感器表面的反应室的平面下方。在这些实施例中，所 产生的磁场梯度具有平行于传感器表面的分量以及垂直于传感器表面的分 量。平行分量在传感器表面上方拖动磁性颗粒。磁场产生装置可以或者是 固定的，同时跨越其场内的传感器表面和传感器表面之外的区域，或者是 可移动的，依次在传感器表面和传感器表面之外的区域上移动磁场。通过 固定磁体并相对于其移动反应室可以实现同样的效果。
根据具体实施例，磁场产生装置为电磁体。这使得可以避免机械移动
所述设备中的部件。或者，可以设置永磁体以移向反应室并从反应室移开。 根据具体实施例，磁场产生装置设置在传感器表面下方，并产生基本
在面外的场，其具有较小的面内分量。
根据另一实施例，本发明的系统利用一个以上的用于产生磁场的磁场
产生装置。在图2中示出了具有两个磁场产生装置(3)和(3')的系统的 非限制性实施例。在该所示的实施例中，所述设备包括反应室，该反应室具有传感器表面以及传感器表面之外的第一区域(6)和第二区域(6')。交 替激励两个磁体能够在传感器表面上方从传感器表面之外的第一区域(6) 到传感器表面之外的第二区域(6')来回移动磁性颗粒。或者，磁场产生装 置的磁场跨越传感器表面和传感器表面之外的一个区域，并且可以在传感 器表面和两个磁场产生装置之间来回移动磁性颗粒。在可选实施例中，将 置于传感器表面下方的产生面外场的磁场产生装置与置于传感器表面的平 面内的用于产生面内场的磁体组合。
本发明的另一方面提供了一种系统，其包括具有传感器表面和传感器 表面之外的至少一个区域的反应室，并且将磁场产生装置设置成使得它们 能够根据测定步骤产生不同强度和/或取向的磁场。本发明这一方面的具体 实施例提供了一种系统，其中，所述磁场产生装置确保用于接触步骤(向 传感器表面和/或横跨传感器表面移动颗粒)的第一磁场和用于冲洗步骤(从 传感器表面去除未结合颗粒)的第二更强的磁场。根据一个实施例，本发 明的设备包括传感器表面之外的第一区域和第二区域以及一个磁场产生装 置和第二磁场产生装置，设置所述磁场产生装置使得在传感器表面之外的 第一区域和传感器表面之间产生磁场，设置所述第二磁场产生装置使得在 传感器表面和传感器表面之外的第二区域之间产生磁场。在另一个实施例 中，设置两个磁场产生装置，使得它们各自的磁场梯度在传感器表面之外 的区域和传感器表面之间沿相反的方向取向，所述磁场产生装置的交替工 作允许相对于传感器表面的来回移动(如上所述)。
根据具体实施例，也可以将第二磁场用于进行磁控方式的试剂释放。 例如，通过在暴露于样品流体之前或之后的集中磁场而在反应室中的某一 位置集中磁性颗粒。在受控时间，关闭集中磁场，接入在传感器表面上方 产生磁性颗粒的横向迁移的磁场。
根据本发明，提供了一种系统，其确保在至少具有平行于传感器表面 的分量的磁场梯度中磁性颗粒的移动基本平行于传感器表面。然而仍能想 到可以将本发明的磁场与其他用于移动/固定磁性颗粒的力组合。在这一背 景下可以想到的其他力的范例为其他(非平行)磁场、电场、声学力、流 体动力、重力等。由此，根据一个实施例，本发明的设备包括磁场产生装 置，其除了基本平行于传感器表面、允许颗粒在传感器表面上方横向移动的磁场梯度之外，还产生使磁性颗粒垂直于传感器表面移动的磁场，所述 垂直移动可以与横向移动交替进行。在通过搅动来去除未结合或非特异性 结合的磁性颗粒或者改善与传感器表面的结合的情况下，这一点会令人感
兴趣。在US 5445971、US 6548311 、US 6180418，Perrin等人(1999),J. Immun. Meth. 224，第77-87页；Luxton等人(2004) Anal. Chem. 76，第1715-1719 页；以及Ferreira等人(2005) Appl. Phys Lett. 87， 013901中描述了在搅动 的情况下使用磁场的范例。通常，在本发明的检测和/或量化设备中，将传 感器表面设置在反应室的水平底面上。由此，基本平行于传感器表面的(一 个或多个)磁场梯度也是水平的。然而可以想到反应室的底部和传感器表 面是倾斜的，或者该系统中的传感器表面位于反应室的垂直壁上。在这种 构造中，可以结合磁场上的重力使用一个或多个磁场产生装置。根据具体 实施例，提供了一种系统，其包括位于反应室的垂直壁上的传感器表面和 可以开关的一个磁场产生装置。在接通磁场产生装置时，在传感器表面上 方磁性颗粒被磁场产生装置向上拉，从而实现磁性颗粒与传感器表面的特 异性结合。通过关闭磁体，特异性结合的磁性颗粒将保持结合到垂直表面 上，而非特异性结合的颗粒被重力向下拉。在包括传感器表面的反应室的 壁倾斜的情况下，可以实现类似的效果。与磁性颗粒上的重力(在没有磁 场的情况下)的结合能够使步骤之一 (例如接触步骤)较不严格。例如， 在传感器表面倾斜且可以在斜面的顶端施加磁性颗粒时，颗粒将因重力而 在传感器表面上滚动或滑动。然后可以利用磁场产生装置进一步下拉颗粒 或使其返回斜面上。这样将能够去除非特异性结合的颗粒。作为小重力的 替代方案，也可以通过液体流动或声学或超声流体激励操纵颗粒，产生对 颗粒的流体动力剪切力并去除非特异性结合的颗粒。
利用例如本领域公知的磁场产生装置，可以有不同的方法来实现磁性 颗粒与传感器表面上的探针的最大相互作用。根据一个实施例，施加磁场， 使得磁性颗粒在磁性表面上滑动或滚动。另外或可选地，使用能够接通和 断开的磁场产生装置。在具体实施例中，提供可以反转一次或多次的一个 或多个磁场产生装置。通过利用这些特征中的一个或多个，可以提高利用 本发明的设备所执行的测定的灵敏度。例如，通过操纵磁场产生装置，使 得可以确保颗粒能够在传感器表面上方前后通过一次或多次，这增大了磁性颗粒结合到传感器表面的机会。还可以减小传感器表面附近的反应室的 尺寸，以改善磁性颗粒与传感器表面的结合。
根据本发明，提供了允许磁性颗粒较快地移向传感器表面并从传感器 表面较快地移开的系统。传感器表面通常是特异性衍生化表面，分子尤其 是探针可以结合到该表面上。适当的表面范例包括玻璃、金属、塑料、有 机晶体或无机晶体(例如硅)、非晶有机材料或非晶无机材料(例如氮化硅、 氧化硅、氮氧化硅、氧化铝)。适当的表面材料和键合化学是本领域的技术
人员公知的，例如在American Chemical Society, 1994 Symposium Book Series 556， Washington DC， USA, 1994， A. M. Usmani和N. Akmal的文 章"Diagnostic Biosensor Polymers"中、在Y. Lvov禾卩H. Mhwald编辑的 "Protein Architecture, Interfacing Molecular Assemblies and Immobilization Biotechnology " (Marcel Dekker， New York 2000)中、在David Wild的"The Immunoassay Handbook" (Nature Publishing Group, London, 2001， ISBN 1-56159-270-6)或Kress隱Rogers的"Handbook of Biosensors and Electronic Noses, Medicine, Food and the Environment" (ISBN 0-8493-8905-4)中对此 进行了描述。在Angenendt等人(2002) Anal Biochem. 309，第253-260页 中披露了用于将蛋白质偶合到有涂层和无涂层的塑料的支架和玻璃支架。 DufVa (2005)在Biomol Eng 22，第173-184页中回顾了附着寡核苷酸的方 法和影响该过程的因素。
本发明一般是在平坦的传感器表面(例如平坦的玻璃生物芯片)上执 行，但也可以在流通式系统(例如，主要由多孔氧化铝、多孔硅或含微粒 的多孔柱制成的流通式传感器)中执行。
通常，在修改传感器表面以将探针或分析物结合到其上的情况下，传 感器表面之外的区域为未被如此修改的表面。或者，传感器表面与传感器 表面之外的区域的不同之处仅在于没有分子结合到反应室表面的该区域。
在下文中论述本发明系统的其他方面。本发明的系统通常包括一个或 多个用于将样品、磁性颗粒或试剂引入到反应室中的进口装置(inlet means ) 以及任选的用于从反应室中去除试剂、反应废物和(任选的)磁性颗粒的 出口装置(outletmeans)。可以任选地将这些偶合到包括每种试剂的源。根 据一个实施例，用于样品和/或磁性颗粒的进口装置将样品和/或磁性颗粒引导到传感器表面之外的区域或直接引导到传感器表面。另外或可选地，提 供一个或多个进口和出口装置，以便确保在反应室中直接提供样品和/或磁 性颗粒和/或其他试剂或缓冲剂。可以将不同的进口和/或出口装置连接到诸 如阀和管路的连接装置，可以由泵驱动所述连接装置。
如上文详细所述，本发明的设备在反应室之内包括传感器表面之外的 一个或多个区域。可以使用这一/这些区域在测定开始时收集颗粒或在执行 "冲洗"步骤时收集未结合的颗粒。例如，除传感器表面之外，在本发明 的设备中产生的磁场还可以跨越传感器表面之外的一个或多个区域。该磁 场可以使得未结合的颗粒从传感器表面之外被拉回并进入到传感器表面之 外的区域中。在一些实施例中，结合和未结合磁性颗粒之间的物理分离允 许检测两个馏分，从而对该方法提供额外的控制。
如上所述，将本发明的设备设想成包含传感器表面之外的一个或多个 区域。在一个实施例中，反应室包括传感器表面之外的至少一个区域，其 适于在测定之前例如通过存在凹痕或小裂缝或通过存在可控磁场产生装置 来收集磁性颗粒。还可以在传感器表面之内提供这种专用区域。
根据一个实施例，反应室包括在测定之前颗粒所驻留的传感器表面之 外的第一区域和未结合颗粒移动到其上的传感器表面之外的第二区域(这
些区域例如在图1所示的反应室的相对位置上)。在其他实施例中，如图2 所示，从传感器表面之外的区域到传感器表面来回移动磁性颗粒。任选地, 在检测步骤之前可以来回移动磁性颗粒若干次。
本发明的系统要么还包括检测装置要么与检测装置结合使用，该检测 装置能够检测磁性颗粒与传感器表面的结合。可以通过各种手段，基于磁 性颗粒本身的特性或利用标记来进行传感器表面上的结合磁性颗粒的检 测。该标记可以附着到磁性颗粒上，或者可以结合到分析物上或并入到分 析物中。
因此，存在于本发明的系统中的检测装置或与本发明的系统结合使用 的检测装置是能够检测相关信号的检测装置，所述相关信号例如为但不限 于磁信号、磁电阻、霍尔效应、光信号(反射、吸收、散射、荧光、化学 发光、拉曼等)、声信号(石英晶体微量天平(QCM)、表面声波(SAW)、 体声波(BAW)等)。这些信号可以由脂质体、胶束、泡沫、微泡沫、微球体、涂有脂质或聚合物的泡沫、微泡沫和/或微球体、微球、气凝胶、结合 包合物的小泡等。这种小泡可以填充有液体、气体、气体前体和/或固体或 溶质材料。
在本发明的背景下有用的典型标记为在体外测定中通常使用的那些标 记，所述标记例如为但不限于发色团、放射性标记、电致发光、化学发光、 磷光、荧光或反射标记。
本发明中使用的磁性颗粒可以是完全无机的或可以是无机和有机材料 (例如聚合物)的混合物。因此，标记可以通过无机或通过有机成分附着 在颗粒外部或可以结合到颗粒中。
磁性颗粒广泛应用于生物分析中，例如，用于高吞吐量临床免疫测定
仪器、样品纯化、细胞提取等。几家诊断公司(Roche、 Bayer、 Johnson& Johnson、 Abbott、 BioMerieux等)制造和销售具有磁性颗粒的试剂，例如 用于免疫测定、核酸提取和样品纯化。市场上可以买到具有在纳米到微米 范围内的各种尺寸的磁性颗粒。为了将本发明的颗粒附着或结合到生物活 性分子，所述颗粒可以携带官能团，例如羟基、羧基、醛基或氨基。通常 可以例如通过处理无涂层的单分散性超顺磁颗粒以提供携带这种官能团之 一的聚合物的表面涂层，例如聚氨酯带有提供羟基的聚乙二醇、或者带有 提供羟基的纤维素衍生物、带有提供羧基的丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物 或共聚物、或者带有提供氨基的氨垸基化聚合物，从而提供这些颗粒。美 国专利4654267描述了很多这种表面涂层的介绍。可以根据美国专利 4336173、 4459378和4654267通过颗粒的改性来制备其他有涂层的颗粒。 例如，利用HN03处理由苯乙烯-二乙烯基苯制备的直径为3.15pm的大孔型 多孔聚合物颗粒，以在孔的表面引入-N02基。然后将颗粒分散在Fe的水溶 液中。F^+被N02基氧化，这导致在孔内沉积不溶的铁氧羟基化合物。加热 之后，在多孔颗粒的整个体积中铁作为细微分开的磁性氧化铁晶粒而存在。 通过与Fe的反应将N02基还原成NH2基。为了填满孔并在表面处引入期望 的官能团，在孔中和在表面处使不同的单体发生聚合。对于优选类型的颗 粒而言，表面携带着通过(CH2CH20) 8-10键连接到聚合主链的-OH基。 其他优选的携带通过甲基丙烯酸的聚合获得的-COOH基。例如，如美国专 利4654267所述，最初存在于颗粒中的NH2基可以与双环氧化物反应，随后与甲基丙烯酸反应，以提供端乙烯基。与甲基丙烯酸的溶液共聚合作用 产生出携带端羧基的聚合涂层。类似地，可以通过使二胺与双环氧化物反 应的上述产物反应来引入氨基，而与诸如氨基甘油的羟胺反应引入了羟基。 生物活性分子偶合到颗粒可以是不可逆的，但也可以利用连接剂分子 进行颗粒和生物活性分子之间的交联而使其成为可逆的。这种连接剂的范 例包括具有特定蛋白水解识别位点的肽、具有针对特定限制酶的识别位点 的寡核苷酸序列、或化学可逆交联基团，如包括可还原二硫化物基团的基
团。从Pierce Biotechnology Inc. (Rockford， IL， USA)可以获得各种可逆交 联基团。
根据具体实施例，将检测单元的传感器集成到反应室中(例如集成磁 电阻传感器)，可以将所述反应室作为一次性筒状物来提供。或者，将传感 器作为与反应室的分离部件(例如光学单元)来提供。在该实施例中，反 应室任选地包括检测窗口，该检测窗口允许检测结合到传感器表面的磁性 颗粒和/或标记的信号。当然，检测窗口的位置由传感器表面和检测装置的 位置决定。最特别地，检测窗口与传感器表面相对。或者，将反应室的传 感器表面设置在检测窗口上。在基于磁场或光学方法进行检测的情况下， 反应室的材料可以使得提供特定的检测窗口是多余的。另外或可选地，本 发明的系统提供了对传感器表面之外的区域中的磁性颗粒的检测。在控制 或验证测量(见下文)的情况下，或在检测方法是基于检测表面处的竞争 性结合的情况下，这一点可以令人感兴趣。由此，在适当的情况下，为本 发明的系统提供额外的检测窗口和/或额外的检测装置或能够同时或依次检 测传感器表面上和反应室在传感器表面之外的区域中的信号的装置。
通常，本发明的系统为单室(生物)传感器，使用的试剂量低，所需 的样品体积小。可以利用最少的设备、冲洗步骤和缓冲剂来操作根据本发 明的(生物)传感器。
本发明的另一方面提供了任选为一次性筒状物，该筒状物包括具有传 感器表面和传感器表面之外的至少一个区域的反应室。该一次性筒状物还 可以包括集成在其中的磁性颗粒或可以单独提供这些磁性颗粒。筒状物的 材料使得能够在其中产生磁场。例如，筒状物由玻璃或合成材料制成，合 成材料例如为有机玻璃[聚甲基丙烯酸(甲)脂]或透明的PVC (聚氯乙烯)或PC (聚碳酸酯)或COP (例如Zeonex)或PS (聚苯乙烯)。
筒状物还可以包括至少一个磁场产生装置或其一部分，可以在产生磁 场梯度时使用它，所述磁场梯度基本平行于反应室内的检测表面或至少具 有平行于检测表面的分量。
根据另一方面，本发明提供了使用本发明的系统和/或筒状物检测和/ 或量化分析物的方法。由此，本发明的方法一般包括在具有检测表面和检 测表面之外的区域的反应室内提供分析物特异性探针、磁性颗粒和被认为 或已知包括分析物的样品，以及向颗粒施加至少一个磁场梯度，该磁场梯 度基本平行于传感器表面或至少具有平行于传感器表面的分量。根据本发 明执行的方法是迅速、灵敏和鲁棒的。
本发明的方法可以应用于任何分子的检测，更具体而言，所述分子为 诸如DNA、 RNA、蛋白质、碳水化合物、脂质以及有机的合成代谢物或代 谢物的生物分子。包括待检测的分析物的样品的性质并不关键，而且所述 样品可以例如为包括活的或死亡的有机体的任何样品(体液，例如但不限 于血液或尿液、毛发、粪便等)、环境样品(水、土壤、植物材料)、食品 或饲料产品或者在制造食品或词料时使用的产品、化学反应过程的样品等。 可以对经过预处理步骤的样品执行检测，所述预处理步骤例如为对分析物 的半纯化、纯化、半纯化和/或扩增。根据具体实施例，分析物为已利用PCR 扩增的单链核苷酸序列。
本发明的方法提供了基于分析物与分析物特异性探针的反应/结合对分 析物进行的检测。典型的特异性相互作用包括DNA/DNA或DNA/RNA结 合、蛋白质/蛋白质、蛋白质/DNA和蛋白质/碳水化合物相互作用，抗体/抗 原相互作用、受体/配体结合。还可以使用合成分子来检测分析物(例如酶 抑制剂、药用化合物、从文库筛选离析出来的铅化合物)。因此，分析物特 异性探针的范例包括但不限于寡核苷酸、抗体、酶底物、受体配体、凝集 素等。所设想的传感器表面和分析物相互作用的范例为包括抗体探针或抗 原的传感器表面，所述抗体探针用于检测样品中的抗原，而所述抗原作为 探针附着到传感器表面用于对样品中的抗体进行检测。
根据本发明的具体实施例，所述分析物特异性探针为分析物特异性寡 核苷酸，即包括与对于分析物有特异性的序列互补的序列的寡核苷酸。在本发明的检测方法中设想了不同的测定原理。在一个实施例中，所 用的检测和/或量化方法为直接检测方法。例如，存在于样品中的分析物结 合到磁性颗粒上，移动所述磁性颗粒使其跨越包括分析物特异性探针的传 感器表面，并且结合到传感器表面的颗粒所产生的信号与结合到传感器表 面的磁性颗粒的数量成正比，进而与存在于样品中的分析物的存在率(和/ 或量)成正比。或者，检测可以基于分析物与传感器表面的竞争性结合。 例如，首先通过类似分析物的化合物(弱结合到传感器表面)为传感器表 面提供结合到传感器表面上的分析物特异性探针的磁性颗粒，在与分析物 所键合的磁性颗粒接触时，发生类似分析物的化合物的置换。在对包括类 似分析物的化合物的磁性颗粒进行标记的情况下，信号与样品中的分析物 的量成反比。或者，可以在传感器表面之外的区域中测量未结合到传感器 表面的磁性颗粒的信号。在其他实施例中，将分析物的检测设想成需要添 加额外的试剂，例如第二抗体、标记、底物等。更具体而言，对于具体分 析物(大分子，例如具有至少两个表位的蛋白质)，可以设想用夹心测定。 在夹心测定中，在生物活性传感器表面上的探针(第一抗体)和具有标记 (磁性颗粒)的生物活性分子(第二抗体)之间俘获("夹持")来自所施 加的样品流体的感兴趣分子(蛋白质)。尽管感兴趣分子为夹在两个抗体之 间的蛋白质，但根据本发明的术语，传感器表面上的抗体和蛋白质用作探 针，带标记的第二抗体用作分析物。在夹心测定的另一个实施例中，根据 本发明的术语，传感器表面上的抗体用作探针，带标记的第二抗体和蛋白 质用作分析物。
由此，如以上在本发明方法的具体实施例中所述， 一个或多个分析物 特异性探针结合到传感器表面，并在磁性颗粒上提供分析物。在该实施例 中，分析物直接(样品或其预处理过的部分非特异性吸附到磁性颗粒)或 特异性地(通过利用分析物特异性探针附着到分子表面)结合到磁性颗粒。
适用于本发明的方法和设备的磁性颗粒是技术人员所公知的。己经描
述了具有不同尺寸(10nm到5(im，典型为在50nm和l|im之间)、形状(球 形、椭球形、棒)、成分(参见本申请前面的部分)和磁性能(磁性、顺磁 性、超顺磁性、铁磁性，即永久或暂时地在磁场中具有磁偶极子的任何形 式的磁性)的磁性颗粒。设想可以在一个反应室内同时使用不同类型的磁性颗粒，例如具有不同磁性和/或光学特性的磁性颗粒(磁性颗粒复用)。
如以上在本申请中所述，可以通过现有技术中描述的方法完成分析物
或探针附着到磁性颗粒表面的过程。
根据一个实施例，本发明提供了用于检测和/或量化分析物的方法，其
包括如下步骤将包括分析物的样品与磁性颗粒接触，并使磁性颗粒在反
应室(2)中受磁场的作用，所述反应室具有包括分析物特异性探针(8)
的传感器表面(5)。执行使磁性颗粒受磁场作用的步骤，使得磁性颗粒在 传感器表面(5)上方横向移动，由此磁性颗粒(7)的移动跨越在传感器 表面之外的至少一个区域(6)和传感器表面之间，并检测由于磁性颗粒与 传感器表面的结合而产生的信号。根据反应室内是否存在磁性颗粒，该方 法还可以包括在反应室内引入磁性颗粒的步骤。通常，首先将磁性颗粒施 加到传感器表面之外的区域，并且一个或多个磁场确保颗粒从传感器表面 之外的第一区域至传感器表面的移动以及在传感器表面(5)的至少一部分 上的横向移动。或者，以随机方式将磁性颗粒引入到反应室中(例如将分 析物已经结合到其上的磁性颗粒施加到反应室中并随后摇晃)并可以使用 磁力而将磁性颗粒吸引到传感器表面。在另一个可选实施例中，直接在传 感器表面上将磁性颗粒引入到反应室中。
设想利用包括结合到其上的分析物特异性探针的反应室来执行本发明 的方法。然而可选地，本发明的方法还包括在传感器表面上提供分析物特 异性探针的步骤。根据传感器表面的材料的性质，分析物特异性探针与传 感器表面的结合将需要特定的化学反应和/或阻挡步骤。
在本发明的方法中，在反应室之内或之外进行分析物与磁性颗粒(7) 的结合。由此在具体实施例中，反应室包括传感器表面之外的区域中的磁 性颗粒，并且该方法还包括在传感器表面之外的同一区域中将样品引入到 反应室中由此使样品与磁性颗粒接触的步骤。或者，本发明的方法包括使 样品与反应室之外的磁性颗粒接触并将样品/分析物已经结合到其上的磁性 颗粒引入反应室中的步骤。
根据具体实施例， 一个或多个磁场还确保了未结合到传感器表面的颗
粒移动到传感器表面之外的第二区域(6)。任选地，传感器表面之外的第 一区域和第二区域是相同的(即，来回移动)。如上文详细所述，可以利用一个磁场来确保磁性颗粒的移动。或者， 本发明的方法包括产生基本平行于检测表面或至少具有平行于检测表面的 分量的不同磁场梯度，以使分析物与传感器表面接触(颗粒移向传感器表 面)并去除未结合的磁性颗粒(颗粒移开传感器表面)。此外，在冲洗步骤 的情况下，可以将基本平行的或至少具有平行分量的磁场梯度与例如由磁 力、电力、流体动力、声学力或重力产生的其他颗粒移动交替或组合，以 便将磁性颗粒引入到反应室中和/或从反应室除去颗粒(如以上针对本发明 的系统所描述的那样)。
本发明的方法涉及使样品与磁性颗粒的接触以及颗粒在反应室内的移 动。磁性颗粒可以是流体试剂或干试剂的一部分。除磁性颗粒之外，试剂 例如还可以含有有助于生物相互作用的缓冲盐、清洁剂、生物分子等。这 些步骤可以在液体中执行，所述液体是与所用试剂(即分析物、分析物特 异性探针、标记)相容的任何液体，例如标准缓冲剂或经最少预处理的甚 至纯的样品(例如血液或唾液)。为了冲洗的目的可以在反应室中引入液体。 还可以施加液体流以提供与磁性颗粒移动相反的流动。可以利用泵来施加 这种流动，但也可以不用泵而利用电场产生电渗透来施加这种流动。
或者，在检测表面或任选地在检测表面之外的区域利用最少量的液体 执行所述方法。为了避免可能干扰结合或检测的不相关样品成分的分散， 可以在避免这种移动的溶液或基质、例如甘油中，或在反应室中分解的凝 胶中施加样品。
在施加磁场时，仅磁性颗粒将会移动，而缓冲剂和样品中可能会干扰 结合或检测(例如痕量的诸如血液或尿液的体液)的其他成分保留在施加 位置处。
液体的存在将会影响移动颗粒所需的磁场强度。例如，清洁的缓冲剂 中的流动阻力比高粘度样品例如唾液中的流动阻力低。
当在远离传感器表面的距离处以小体积供应磁性颗粒时，在其中提供 有磁性颗粒的液体和存在于传感器表面的液体之间将不会发生由扩散引起 的互换或发生最小的由扩散引起的互换。
本发明的方法还包括检测步骤，该步骤允许检测和/或量化到达传感器 表面的磁性颗粒。如以上针对本发明的系统所描述的那样，利用一个或多个检测装置确保检测步骤。
根据本发明，在例如存在于磁性颗粒表面上的分析物和反应室的传感 器表面上的分析物特异性探针之间的结合确保这些磁性颗粒在传感器表面 上固定不动。根据一个实施例，可以使用通过分析物结合到传感器表面的 磁性颗粒的磁场来检测传感器表面上是否存在颗粒，并因此检测附着到磁 性颗粒上的分析物。另外或可选地，通过颗粒本身的存在或通过颗粒中或 颗粒上的诸如发色团的标记以目视的方式进行磁性颗粒的检测。
根据具体实施例，传感器表面包括一个分析物特异性探针。还设想了 可选实施例，由此在传感器表面上排列各种分析物特异性探针，以允许同 时检测样品中的不同化合物。(传感器复用)(具有不同俘获分子的传感器 阵列)。另一种变型是反应室复用。在此，系统具有多个反应室。在一个实 施例中，样品分散在不同的反应室上以并行执行不同的测定。或者，进一 步将在第一反应室中的第一传感器表面上方通过的磁性颗粒迁移到下一反 应室，其中它们可以与下一表面传感器上的探针反应(具有若干反应室的 系统)。
如上文详细所述，本发明的方法涉及利用包括传感器表面和传感器表 面之外的至少一个区域的反应室。
在本发明的方法和设备中，在传感器表面附近集中磁性颗粒，由此减 少允许探针和分析物之间结合所需的时间并增大稀有分析物结合到探针的 机会。在溢出迁移期间，磁性颗粒具有与颗粒的平移和转动扩散结合的动 力学移动(由磁场梯度、磁泳驱动)。
例如由于颗粒的大尺度分布或存在粘性颗粒簇而导致的非均匀磁性颗 粒溶液，可能会在利用磁性颗粒的标准测定中引起大的信号变化和信号偏 移。由于颗粒上的横向磁力，而使根据本发明执行的方法在很大程度上不 受小部分的大磁性颗粒或磁性颗粒簇的存在的影响，对于具有较高磁化强 度的颗粒而言所述横向磁力较高。这种更强的磁泳力使较大的颗粒具有较 高的速度，这减少了传感器表面附近的滞留时间。此外，由于表面附近的 强流体动力摩擦，而使较大的颗粒在传感器表面上方具有较高的平均行进 高度，这进一步减少了与传感器表面撞击的次数。结果，较大的磁性单元 与较小的颗粒相比将减小与传感器表面的相互作用。在本发明的方法中，固有地抑制了大磁性颗粒或大簇与传感器表面的结合，这使得检测更加可 靠。由于偶极-偶极的相互作用，而使磁性颗粒还可以暂时形成磁场中的多 颗粒结构。例如，可以形成沿着磁场线取向的颗粒链。在除去场的时候和/ 或在由其他力激励链的时候，这种结构可以改变或分解。在本发明的方法 中，颗粒和多颗粒结构的横向移动提供了激励源。沿着表面的移动导致多 颗粒结构的连续组装/解体、恢复和重新形成的动态过程。结果，在颗粒和 传感器表面之间存在良好的接触。
本发明中所述的系统和方法可以用作针对小体积样品的迅速、鲁棒和
易用的即时(point-of-care)生物传感器。反应室可以是与紧凑型读出器一 起使用的一次性物品，其包含一个或多个磁场产生装置和一个或多个检测 装置。
而且，本发明的系统和方法可以用在针对中心化实验室的自动化高吞 吐量测试中。在这种情况下，反应室例如为装配到自动化设备中的孔板(wdl plate)或吸收池。在用于例如免疫测定时，需要最少数量的流体操纵步骤， 高速进行培育过程，冲洗步骤被简化成流体浪费最少的最低限度。
对于本领域的技术人员而言，体现本发明的其他布置将是显而易见的。 要理解的是，尽管在此针对根据本发明的设备和方法讨论了优选实施 例、特定构造和配置以及材料，但在不脱离本发明的范围和精神的情况下 可以做出各种形式和细节上的改变和修正。通过下面给出的范例对本发明 进行举例说明，所述范例仅被视为出于例示性的目的，本发明不限于其中 描述的特定实施例。
范例
范例l:磁结合测定
用偶合到BSA的吗啡涂敷聚苯乙稀反应室的一个区域(图3中的灰色 区域)。之后，用BSA涂敷反应室的其余部分以避免非特异性结合到聚苯 乙烯上。将含有涂有抗吗啡Ab的磁性颗粒(涂有200nm的蛋白质G的磁 性颗粒)(图3中的黑色圆)和没有抗体的磁性颗粒(图3中的白色圆)的 溶液施加到传感器表面之外的区域(图3A的顶部)。传感器表面上的吗啡 量足以结合所有涂有抗体的磁性颗粒。为了避免磁性颗粒在反应室上的任何移动，将它们施加到处于低熔点 琼脂糖溶液中的反应室。在施加之后，用缓冲剂填充反应室。在与施加磁
性颗粒的位置相反的一端在反应室的下方设置电磁体(图3中的M)。图3A 中示出了施加磁场之前的测定配置。
将反应室加热到大约40°C，这从琼脂糖凝胶中释放磁性颗粒。接通电 磁体并产生磁场，其吸引在传感器表面上方的磁性颗粒。具有抗体的颗粒 结合到吗啡上，而其余颗粒进一步向电磁体移动(图3B)。针对与吗啡的 结合对在电磁体处收集的磁性颗粒进行测定。这一控制显示了测定的效能。
范例2:竞争测定
利用吗啡作为检测剂来执行预试验。吗啡是仅具有一个表位的小分子， 因此必须进行竞争测定以指明样品中的吗啡量。在聚苯乙稀表面(96孔滴 定板)上，在每个孔的角落滴定lpl的BAS-吗啡(在磷酸盐缓冲盐水(PBS) 中lmg/ml)并加以干燥[吗啡-3-葡糖苷酸经由其赖胺酸残基偶合到过量的 BSA中]。涂敷之后，利用PBS中10mg/ml的BSA+0.65。/。非离子活性剂-20 对孔封闭1小时。然后废弃封闭溶液，并向孔施加包含涂有抗吗啡Ab的磁 性颗粒(涂有200nm蛋白质G的磁性颗粒)的PBS中10mg/ml的BSA+0.65% 非离子活性剂-20 (磁性颗粒的1 : IO稀释度，溶液总量为50^1)。将滴定板 设置在磁体上，并且在l分钟之后进行照相(图4)。通过光学反射检测磁 性颗粒。在此期间，磁性颗粒在滴定吗啡的位置上方移动。经由抗体而特 异性结合到吗啡的磁性颗粒保持在施加吗啡的位置(箭头l)(图4顶部画 面)，而其余磁性颗粒(没有抗体或具有未与吗啡反应的抗体)向磁体移动 (箭头2)。
在向滴定板施加之前向涂有抗体的磁性颗粒添加充足的吗啡(在微滴 定井中5或100ng/ml)时，抗体与吗啡达到饱和，仅能以非特异性方式结 合到板中的孔。图4中间和底部的画面出了这种相互作用不足以引起结合 磁性颗粒的可见斑点。
图2示出了在样品中已经为5ng/ml的吗啡防止了偶合有抗体的磁性颗 粒结合到所滴定的吗啡。未结合足够多的磁性颗粒来引起结合的磁性颗粒 的可见斑点。
权利要求
1、一种系统(1)，包括具有传感器表面(5)和所述传感器表面之外的至少一个区域(6)的反应室(2)，还包括至少一个用于产生一个或多个磁场(3)的装置，其中，设置所述至少一个用于产生一个或多个磁场的装置，使得所述磁场之一具有有着平行于所述传感器表面(5)的分量的梯度，并且跨越所述传感器表面(5)和所述至少一个传感器表面之外的区域(6)。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述磁场之一具有有着垂直于 所述传感器表面(5)的分量的梯度，且其中，所述分量从所述反应室(2) 指向所述传感器表面。
3、 根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述磁场被设置成在所述 传感器表面(5)上方横向地将磁性颗粒(7)移动到所述传感器表面之外 的第一区域(6)。
4、 根据权利要求1到3中任一项所述的系统，其中，所述磁场能够在 所述传感器表面(5)上方横向地将磁性颗粒(7)从所述传感器表面之外 的第一区域(6)移动到所述传感器表面之外的第二区域(6)。
5、 根据权利要求4所述的系统，其中，沿一个方向施加所述磁场。
6、 根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述磁场被施加一次。
7、 根据权利要求4所述的系统，其中，所述传感器表面之外的所述第 一和第二区域(6)是相同的。
8、 根据权利要求1到7中任一项所述的系统，其中，在所述传感器表 面之外的区域上提供专用区域以施加磁性颗粒。
9、 根据任一前述权利要求所述的系统，还包括用于将所述磁性颗粒引 入到所述反应室中的进口装置。
10、 根据权利要求1到9中任一项所述的系统，其中，所述一个或多 个用于产生磁场的装置包括位于所述传感器表面(5)的相对侧上的两个磁 体(3和3')。
11、 根据任一前述权利要求所述的系统，其中，在给定时间段内施加 在所述磁性颗粒上的磁场使所述颗粒迁移的距离比通过布朗运动所获得的 距离更远。
12、 根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述至少一个用于产 生一个或多个磁场的装置为磁体，所述磁体产生具有较小面内分量的面外 场且位于所述传感器表面下方。
13、 根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述传感器表面(5) 包括分析物特异性探针(8)。
14、 根据任一前述权利要求所述的系统，其中，位于所述传感器表面 之外的两个区域(6)之间的所述传感器表面(5)的尺寸至少在10和30 微米之间。
15、 根据任一前述权利要求所述的系统，其中，不存在适于将颗粒吸 引到所述传感器表面(5)或所述传感器表面之外的区域(6)的载流导体。
16、 根据权利要求13到15中任一项所述的系统，其中，所述分析物 特异性探针(8)选自由寡核苷酸、抗体或其片段、凝集素、药用化合物、 肽或蛋白质所构成的组。
17、 根据任一前述权利要求所述的系统，还包括用于检测所述传感器表面上的至少一个磁性颗粒的磁性能的磁性颗粒检测装置。
18、 根据权利要求17所述的系统，其中，所述磁性颗粒检测装置检测 来自所述至少一个颗粒的磁场或检测所述至少一个颗粒在受到磁检测场作 用时的可磁化性。
19、 根据权利要求17或18所述的系统，其中，所述磁性颗粒检测装 置为磁电阻传感器或霍尔传感器。
20、 一种一次性筒状物，包括反应室(2)、具有分析物特异性探针或 分析物类似物(8)的传感器表面(5)，所述反应室包括所述传感器表面之 外的至少一个区域(6)和至少一个用于产生一个或多个磁场的装置。
21、 一种用于量化和/或检测分析物的方法，包括如下步骤a) 向具有表面传感器(5)和所述传感器表面之外的区域(6)的反应 室提供磁性颗粒(7)，所述表面传感器(5)具有分析物特异性探针或分析 物类似物(8)，b) 在所述反应室内施加具有基本平行于所述传感器表面的分量的磁场 梯度，由此所述磁场在所述传感器表面(5)上方横向地将所述磁性颗粒移 动到所述传感器表面之外的所述区域，以及c) 检测结合到所述传感器表面的所述磁性颗粒。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中，所述磁场梯度在步骤(c) 之前反转一次或多次。
23、 根据权利要求22所述的方法，其中，所述反转具有小于0.1Hz的频率。
24、 根据权利要求21所述的方法，其中，不反转所述磁场梯度。
25、 根据权利要求21或22所述的方法，其中，设置一个或多个磁场 以将所述磁性颗粒(7)-在所述传感器表面(5)上方横向地从所述传感器表面之外的第一区域 (6)移动到所述传感器表面(5)，以及-从所述传感器表面(5)移动到所述传感器表面之外的第二区域(6)。
26、 根据权利要求25所述的方法，其中，所述传感器表面之外的所述 第一区域和所述传感器表面之外的所述第二区域是相同的。
27、 根据权利要求21到26中任一项所述的方法，其中，对所述磁性 颗粒进行标记。
28、 根据权利要求21到27中任一项所述的方法，基本在所述反应室 中的液体没有运动的情况下执行所述方法。
全文摘要
本发明涉及方法和(生物)传感器系统。在此，施加磁场以便在具有分析物特异性探针的传感器表面上方横向地迁移磁性颗粒。本发明的方法允许磁性颗粒特异性结合到传感器表面，而消除非特异性和未结合的颗粒。
文档编号G01R33/12GK101438142SQ200780016603
公开日2009年5月20日 申请日期2007年5月7日 优先权日2006年5月10日
发明者M·W·J·普林斯, R·J·M·施罗德斯, T·范德维克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司