包括微流通道的免疫測定設備的製作方法
2023-12-09 23:09:11 2
專利名稱：包括微流通道的免疫測定設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種免疫測定設備以及用於確定流體中是否存在相關物質的方法，並且包括，但並不完全是，生物流體中是否存在相關物質。具體而言，本發明涉及一種免疫測定設備，所述免疫測定設備中含有特別設計的微流通道或其他腔。
背景技術：
在許多醫療、生物、製造和其他系統中，需要確定流體中是否存在各種物質和/或它們的濃度，所述物質包括但不限於，諸如蛋白質、激素或DNA等分子。在正常的分析過程中，通常使用免疫測定系統來測量這些分子。此類免疫測定依賴於存在粘附或粘合到相關分子的標記抗體或探針(配體)。檢測到存在標記探針，因此，檢測到的探針量與所分析的分子濃度有關。常見的多用探針系統具有捕獲探針或抗體以及第二標記探針或抗體，以暴露所捕獲的分子。已與探針一起使用的標記是放射性標記、酶促標記、螢光標記、化學發光標 記以及分光光度標記或比色標記。因此，標記探針測量的終點可在多種系統中暴露，包括分光光度系統、電化學系統、放射性系統、比色系統、測量電流系統或電壓測定系統。磁珠已在多個探針系統中用作捕獲探針的固相，從而為高度移動的磁珠系統提供高表面區域，便於捕獲探針附著物。隨後，可在分子附著到捕獲探針之後添加第二探針或抗體，而且在最常見的應用中，隨後使用磁場以將磁珠吸引到一起，從而形成可測量標記水平的濃縮物(concentrate)。通常，這是通過以下方式實現的使用合適的傳感電子設備來確定探針的濃度，從而確定相關分子的濃度。這可通過以下方式直接讀出在探針標記集中的位置感測到磁場強度增加，如先前的第W02005/124345號申請案所述。或者，標記的其他性質可以用來使得能夠測量探針濃度，例如，如果該標記是螢光標記，則可以使用光敏電子設備。也有可能間接讀出探針濃度，方法是引入另一種溶液以與探針標記發生反應，從而產生可由合適的傳感電子設備測量的效應(例如，通過與標記發生化學發光反應而產生光)。或者，通過對落在置於適當位置的光伏電池上的入射光進行分析來測量探針濃度。
發明內容
本發明的一個目標是提供一種確定流體中是否存在相關物質的方法，藉此通過使用特別設計的微流通道將流體流朝向傳感區域輸送而促進檢測。根據本發明的第一方面，提供一種測定設備，所述測定設備包括測定條帶，其具有粘接有多個磁性粒子的第一區域；微流通道或腔，其具有包括一個或多個磁性粒子捕集器的傳感區域；以及磁場源，其設置成鄰近所述傳感區域，其中引入流體會導致所述磁性粒子附著到相關物質或由所述相關物質移位，沿著所述微流通道行進到所述傳感區域，並且集中在一個或多個捕集器中，從而提供對所述流體中存在或缺少相關物質的指示。通過這種方式，本發明的測定設備可以提供存在相關物質的明確信號。理想情況下，所述測定設備適合於閾測定，或者量反應，而且使用此項技術使得能夠對流體進行快速分析，並對極少量的流體進行有效分析。所述微流通道的特定設計可以適於促進含有粒子和相關物質的流體從樣本應用區域朝向所述傳感區域輸送。所述微流通道的所述特定設計可以進一步適於促進多餘的流體從所述傳感區域輸送到出口點。根據本發明的設備可易於並準確地再生產，以使可靠性
更佳且更一致。所述一個或多個捕集器可以由所述傳感區域中通道幾何形狀的輪廓界定。此捕集器中的通道幾何形狀可由，例如，曲線(類似於U形)或聚攏的直邊(如成V形)組成，或者使得能夠在所述流體的流動路徑中形成粒子停留/懸浮區。在所述捕集器處，所述磁場源提供局部磁場，所述局部磁場與捕集器幾何形狀相結合，以優先將自由移動的磁性粒子留在所述捕集器內。這會導致所述磁性粒子聚集，從而提供對存在或缺少相關物質的量化指示。所述相關物質的量化由所有所述磁性粒子捕集區中粒子的體積總和確定。如果設有多個捕集器，則這些捕集器可以隨著測定的進行而按順 序填充，從而提供對存在或缺少相關物質的進一步量化指示。所述傳感區域通過合適的磁場源而具有定向的外部磁場。所述磁場源優選安裝在鄰近所述傳感區域的表面上。所述磁場源優選包括放置在所述表面上的永磁體或電磁體。在一些實施例中，多個磁體或電磁體可以設在所述傳感區域中。使用電磁體可以允許更好地控制所述磁場，這在某些情況下可能是有利的。在替代實施例中，所述磁場源可以包括設有的多個單獨的永磁體或電磁體，從而可通過計算磁性粒子聚集時所鄰近的永磁體或電磁體的數量來對磁性粒子的量進行粗略量化。在此類實施例中，每個永磁體或電磁體可以與一連串粒子捕集器中的特定粒子捕集器相關聯，從而使得能夠以量化的量來收集磁性粒子。本發明可以在傳統的「移位陣列(displacement array)」或「流動移位陣列」中實施，而且所述傳感區域可以位於粘接有所述磁性粒子的表面的下遊。粘合到所述表面的所述磁性粒子可以釋放到所述流體中，從而附著到所述相關物質或由所述相關物質移位。這種情況可以通過諸如抗體等具體的粘合物質而發生。將所述流體的樣本引入到該表面，所述樣本含有未知量的相關物質。所述樣本中的所述相關物質對所述磁性粒子上的粘合位點的競爭會將所述磁性粒子釋放到所述流體中，這種釋放與所述樣本中的所述相關物質的濃度成比例。固定的磁性粒子可通過任意合適的粘合物質而粘合到相關物質，多層不同的粘合物質可用來形成合適的位點，以供來自所述樣本中的相關物質競爭。所述傳感區域可以具有小於10μ L，優選小於5μ L的體積。或者，這種方法可以用於體積大於10 μ L的其他測定。在進一步替代實施例中，所述磁場源可以有助於捕集所述磁性粒子，方法是在所述測定條帶的某些部分添加捕獲分子。所述捕獲分子可經放置以有助於該測定的動力學，並且增加來自電池的電信號。所捕集的磁性粒子可以採用任意合適的裝置進行量化。這可包括電子部件，例如，霍爾效應傳感器、電容性測量電路或磁阻器。除此之外或作為替代，所捕集的磁性粒子可以通過落在所述傳感區域附近的一個或多個光伏電池上的入射光中可檢測的變化來進行量化。上述流體可以是液體或氣體，而且可以是生物流體，例如體液。
相關物質可以包括自然生成的物質、因化學或生物反應而產生的物質，以及引入流體樣本中的物質。所述物質可以是化合物，尤其是分子，而且可為蛋白質、激素或DNA片段等。「磁性」粒子應理解成具有非零磁敏感性的粒子。所述或每個磁性粒子可以是鐵磁的、抗磁的、順磁的或超順磁的。可以使用此類粒子的均勻或不均勻混合物。在一個實施例中，所述或每個粒子是由氧化鐵形成的。可以使用大小在5納米到100微米範圍內的粒子，或者在一些實施例中，可以使用大小在5納米到50微米範圍內的粒子。「微流」通道應理解成尺寸達到幾百納米的通道。因此，此類通道同樣可稱作「納米流」通道。 所述或每個粒子可以藉助於另一物質而附著到相關物質，所述另一物質應稱作粘合物質。所述或每個粒子可以塗有所述粘合物質。所述粘合物質可以是蛋白質，且在一些實施例中，是抗體或探針(配體)。所述或每個磁性粒子可以塗有一定材料，以促進粘合物質粘附到所述粒子。一種合適的塗料是聚苯乙烯。通過適當地選擇粘合物質，有可能將磁性粒子布置成附著到多種相關物質，或者由多種相關物質移位。所述或每個磁性粒子可以布置成可只附著到單個相關物質或由所述單個相關物質移位，例如，單分子。這樣，每個粒子可以具有單個抗體或捕獲探針。有利的是，第二抗體捕獲位點無需將磁性粒子「收集」在一起以供感測。此外，傳感器與所述傳感區域之間的複雜對準系統無需提供準確性和一致性。微流體經設計以將粒子導向併集中在所述傳感區域，其中微流通道粒子捕集器與所施加的磁場結合作用，以集中所述傳感區域中所有自由的磁性粒子。在本發明的一個特定實施例中，整個流腔在深度上可以小於500nm，以便確保流過整個微流腔的流中的單層磁性粒子。根據本發明的第二方面，提供一種確定流體中是否存在一種或多種相關物質的方法，所述方法包括以下步驟使所述流體流過粘合有一些磁性粒子的表面，響應於所述流體中存在相關物質或響應於所述流體中缺少相關物質，所述磁性粒子自由釋放到溶液中；將所述流體以及釋放到所述流體中的任何磁性粒子引入微流通道或腔中，所述微流通道或腔具有包括一個或多個粒子捕集器的傳感區域，以及設置成鄰近所述傳感區域的磁場源，其中釋放的磁性粒子因而集中在一個或多個捕集器中，從而提供對所述流體中存在或缺少相關物質的指不。本發明第二方面的方法可以根據需要或酌情併入針對本發明第一方面的測定設備而描述的任何或所有特徵。所述傳感區域中的磁性粒子的量化可以使用單個檢測器的兩個獨立性質來確定，從而提高結果可信度。例如，霍爾傳感器可在相同的電路配置中用作磁傳感器和光傳感器。此量化方法的優點在於，兩個傳感器在完全相同的樣本區域進行有效「觀察」。也可使用另一種雙檢測形式來實現量化。這涉及將來自粒子開始測試的樣本區域中的減法(差值)讀數與來自所述傳感區域中的最終讀數相結合，以確定所述捕集器中的粒子量。所述設備可以與晶片實驗室技術一起使用，其中磁傳感器用以提高準確性。晶片實驗室技術描述了在單片基底材料上發生一系列化學或生化相互作用。基底併入了微流或納米流區，所述微流或納米流區可輸送樣本、將試劑混入、輸送到檢測區域，以及具有其他功能。這在相同基底上相結合，其中集成式電子設備用於激發、檢測，從而使所述樣本流通。此技術的主要優點在於只需少量的樣本以進行測試，歸因於關鍵元件的高度準確和重複放置而可重複進行測試，一步測試過程(例如，在特定的時間段，例如5分鐘後無需添加另外的試劑)，以及可靠設備的製造成本低。
為了可以更清楚地理解本發明，現在將參考附圖並通過實例來描述本發明的實施例，其中圖I為用於執行本發明的測定設備的第一實施例的示意圖；圖2為用於執行本發明的測定設備的第一實施例的示意圖；以及圖3為圖I和圖2所示設備的截面圖。
具體實施例方式本發明的測定經操作以針對是否存在相關物質的測試樣本。為了便於解釋，以下說明將詳述一個實例，其中本發明用於確定尿樣中是否存在HCG 16 (人絨毛膜促性腺激素)。高於特定閾的HCG水平可以表明樣本提供者懷孕。當然，所屬領域的技術人員顯而易見的是，本發明的測定可適於測試樣本中是否存在相關的其他物質或其他類型的物質。現在參考示出了兩個替代實施例的圖I和圖2，尿樣添加到測定條帶(6)的施加區域(I)。樣本沿著測定條帶(6)上的微流通道流動。首先，該流沿著微流通道流過含有預先沉積的HCG或HCG類似物的區域(2)。預先沉積的HCG或HCG類似物(2)標有磁性粒子，所述磁性粒子含有用於HCG分子的特殊探針。在流動過程中，通過動力學或優先粘合，磁性粒子粘合到樣本中的自由HCG，以產生磁性HCG複合體，該複合體會釋放到溶液中。接下來,該流沿著微流通道流過傳感區域，所述傳感區域包括單個磁性粒子捕集器(7)，如圖I所示，或多個磁性粒子捕集器(7、8、9……)，如圖2所示。在傳感區域中的微流通道幾何形狀輪廓中，每個捕集器(7、8、9……)均包括偏離部分。在所示的特定實例中，每個捕集器(7、8、9……)均包括聚攏的直邊(如成V形)，從而在流體的流動路徑中形成粒子停留/懸浮區。鄰近傳感區域(7、8、9)的位置設有磁場源(5)。磁場源(5)通常是置於測定條帶
(6)下方的永磁體或電磁體。磁場源(5)提供磁場，所述磁場用來吸引磁性複合體，使之穿過溶液而朝向磁體(5)。在捕集器(7、8、9)處，局部磁場與捕集器幾何形狀相結合，以優先將自由移動的磁性粒子留在捕集器(7、8、9)內。這會導致磁性粒子聚集，從而提供對存在或缺少相關物質的量化指示。流過捕集器(7、8、9……)之後，所述捕集器可設在條帶內以最小化任何粒子逸出檢測區域的機率，多餘的樣本流體隨後通過毛細管作用沿著微流通道(3)流到出口點(4)。如圖3所示，測定條帶(6)可以具有蓋(10)和底(11)。蓋(10)和底(11)中的一個或兩個可以由具有親水性的塑性材料形成。在一個替代實施方案中，磁性粒子和HCG探針可能在樣本流過所粘合的HCG或HCG類似物(2)之前就已經引入到尿樣。通過這種方法，尚未粘合到樣本中的HCG的自由磁性粒子隨後將粘合到表面沉積的HCG或表面沉積的HCG類似物，並且在條帶中從流中除去。在此類情況下，被吸引到磁體的複合體量與供者樣本中的HCG量成比例。當然應理解，本發明並不限於僅通過實例描述的上述實施例的細節。參考I. 「磁性技術在藥物發現與生物醫學領域的應用(Application ofmagnetictechniques in the field of drug discovery and biomedicine)，，，Z · M ·賽耳IKZMSaiye)、S · D ·特朗(SD Telang)和C · N ·拉姆什特(CN Ramchand),《生物磁研究與技術》(BioMagnetic Research and Technology),第 I 卷。·
權利要求
1.一種測定設備，其包括測定條帶，其具有粘接有多個磁性粒子的第一區域；微流通道或腔，其具有包括一個或多個磁性粒子捕集器的傳感區域；以及磁場源，其設置成鄰近所述傳感區域，其中引入流體會導致所述磁性粒子附著到相關物質或由所述相關物質移位，沿著所述微流通道行進到所述傳感區域，並且集中在一個或多個捕集器中，從而提供對所述流體中存在或缺少相關物質的指示。
2.根據權利要求I所述的測定設備，其中所述微流通道的設計適於促進含有所述粒子和相關物質的所述流體從樣本施加區域朝向所述傳感區域輸送。
3.根據權利要求2所述的測定設備，其中所述微流通道的所述設計進一步適於促進多餘的流體從所述傳感區域輸送到出口點。
4.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述一個或多個捕集器由所述傳感區域中通道幾何形狀的輪廓界定。
5.根據權利要求4所述的測定設備，其中所述通道幾何形狀經選擇以在所述流體的流動路徑中形成粒子停留/懸浮區。
6.根據權利要求4或權利要求5所述的測定設備，其中所述通道幾何形狀由曲線(類似於U形)或聚攏的直邊(如成V形)組成。
7.根據權利要求4到6中任一權利要求所述的測定設備，其中所述磁場源在所述或每個捕集器處提供局部磁場，所述局部磁場與捕集器幾何形狀相結合，以優先將自由移動的磁性粒子留在所述捕集器內。
8.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述相關物質的量化由所有磁性粒子捕集器區中粒子的體積總和確定。
9.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中存在多個捕集器，而且此類捕集器經布置以隨著測定的進行而按順序填充。
10.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述傳感區域通過合適的磁場源而具有定向的外部磁場。
11.根據權利要求10所述的測定設備，其中所述磁場源安裝在鄰近所述傳感區域的表面上。
12.根據權利要求11所述的測定設備，其中所述磁場源包括放置在所述表面上的永磁體或電磁體。
13.根據權利要求10到12中任一權利要求所述的測定設備，其包括設在所述傳感區域中的多個磁體或電磁體。
14.根據權利要求10到12中任一權利要求所述的測定設備，其中所述磁場源包括設有的多個單獨的永磁體或電磁體,從而可通過計算磁性粒子聚集時所鄰近的永磁體或電磁體的數量來對磁性粒子的量進行粗略量化。
15.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述傳感區域位於粘接有所述磁性粒子的所述第一區域的下遊。
16.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述傳感區域具有小於10μ L的體積。
17.根據權利要求16所述的測定設備，其中所述傳感區域具有小於5μL的體積。
18.根據權利要求I到16中任一權利要求所述的測定設備，其中所述傳感區域具有大於10 μ L的體積。
19.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其進一步包括位於所述測定條帶的某些部分處的捕獲分子，以幫助所述磁場源捕集所述磁性粒子。
20.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其進一步包括電子部件，例如，霍爾效應傳感器、電容性測量電路或磁阻器，以便測量傳感區域中的磁性粒子量。
21.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其進一步包括一個或多個光伏電池，以測量落在所述一個或多個光伏電池上的入射光中可檢測的變化，從而對所述傳感區域附近的捕集的磁性粒子進行量化。
22.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述設備適於與液體或氣體一起使用。
23.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述設備旨在測量是否存在或缺少以下物質自然生成的物質；因化學或生物反應而產生的物質，例如藥物副產物；或引入流體樣本中的物質。
24.根據權利要求23所述的測定設備，其中所述物質是化合物，尤其是分子，而且可以是蛋白質、激素或DNA片段等。
25.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述或每個磁性粒子是鐵磁的、抗磁的、順磁的或超順磁的。
26.根據權利要求25所述的測定設備，其中使用了此類粒子的均勻或不均勻混合物。
27.根據權利要求25或權利要求26所述的測定設備，其中所述或每個粒子是由氧化鐵形成的。
28.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述磁性粒子具有在5納米到100微米範圍內的大小。
29.根據權利要求I到30中任一權利要求所述的測定設備，其中所述磁性粒子具有在5納米到50微米範圍內的大小。
30.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述或每個磁性粒子藉助於另一物質而附著到相關物質，所述另一物質稱作粘合物質。
31.根據權利要求30所述的測定設備，其中所述或每個粒子塗有所述粘合物質。
32.根據權利要求30或權利要求31所述的測定設備，其中所述粘合物質為抗體或探針(配體)。
33.根據權利要求30到32中任一權利要求所述的測定設備，其中所述粘合物質為蛋白質。
34.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述或每個磁性粒子塗有一定材料，以促進粘合物質粘附到所述粒子。
35.根據權利要求34所述的測定設備，其中塗料為聚苯乙烯。
36.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中所述或每個磁性粒子布置成可只附著到單個相關物質或由所述單個相關物質移位，例如，單分子。
37.根據前述任一權利要求所述的測定設備，其中流腔經大小調整和配置以確保所述傳感區域中的單層磁性粒子。
38.根據權利要求37所述的測定設備，其中整個微流腔在深度上小於500nm。
39.一種確定流體中是否存在一種或多種相關物質的方法，所述方法包括以下步驟 使所述流體流過粘合有一些磁性粒子的表面，響應於所述流體中存在相關物質或響應於所述流體中缺少相關物質，所述磁性粒子自由釋放到溶液中； 將所述流體以及釋放到所述流體中的任何磁性粒子引入微流通道或腔中，所述微流通道或腔具有包括一個或多個粒子捕集器的傳感區域，以及設置成鄰近所述傳感區域的磁場源，其中釋放的磁性粒子因而集中在一個或多個捕集器中，從而提供對所述流體中存在或缺少相關物質的指不。
40.根據權利要求39所述的方法，其根據需要或酌情併入針對根據權利要求I到38中任一權利要求所述的測定設備而描述的任何或所有特徵。
全文摘要
一種具有測定條帶(6)的測定裝置，測定條帶(6)具有包括多個附著於其上的磁性粒子的第一區域(2)。測定條帶(6)也包含有微流通道(或者納米流通道)和腔，其具有包括有一個或者多個磁性粒子捕集器(7、8、9)的傳感區域，以及磁場源(5)，其設置成鄰近所述傳感區域。引入流體會導致所述磁粒子附著到相關物質或由所述相關物質移位，沿著所述微流通道行進到所述傳感區域，並且集中在一個或者多個捕集器(7、8、9)中，從而提供對所述流體中存在或缺少相關物質的指示。或許存在多個捕集器(7、8、9)。
文檔編號B01L3/00GK102905789SQ201180025701
公開日2013年1月30日 申請日期2011年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者安德魯·米切爾, 納瑟爾·德珍納蒂 申請人:超微生物控股有限公司