专利名称：抑制磁性粒子结合的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明与测量物质磁化率(magnetic susceptibility)有关。特别来说，基于对磁性材料的磁化率的探讨本发明与抑制(suppress)磁性粒子(magneticparticles)与结合分子(binding molecules)间的非特异性结合(non-specificallybinding)有关。
背景技术：
在化学领域里，通常会制造包括数种分子混合在一起的复合分子(composite molecule)。以药物制造为例，将数种分子混合在一起以产生疗效(curing effect)。然而，在混合分子的过程中，一些不需要(un-wanted)的分子也可能会被混合，而造成纯度不佳(impurity)或甚至产生其他的影响。一般而言，制造时所需的是特异性结合(specific binding)分子，而不需要非特异性结合(non-specific binding)分子。
因此，如何抑制非特异性结合分子，并甚至增加特异性结合分子至一核心粒子(core particle)为本领域的一个课题。
发明内容
本发明应用于合成分子(composed molecules)的形成，且能够基于交流(alternating current，ac)磁化率χac的特性而减少非特异性结合。
本发明提出一种抑制分子间的非特异性结合的方法，包括提供分布在一液体中的多个磁性粒子，且每一个磁性粒子具有磁化量。这些磁性粒子涂布(coated)涂层分子(coating molecule)。将含第一型态结合分子与第二型态结合分子的多个结合分子混合物加到液体中。涂层分子与第一型态结合分子以特异性地结合，且涂层分子与第二型态结合分子以非特异性地结合。施加一频率水平(frequency level)的交流磁场(ac magnetic field)，而此频率水平会造成抑制第二型态结合分子与涂层分子的非特异性的结合。
本发明亦提出一种抑制磁性粒子非特异性结合的系统。此系统包括一容器，其中装着分布有多个磁性粒子的液体。每一个磁性粒子分别具有磁化量且被涂层分子所涂布，以与结合分子相结合。而结合分子包括第一型态结合分子与第二型态结合分子。且涂层分子与第一型态结合分子以特异性地结合，而涂层分子与这些第二型态结合分子以非特异性地结合。一交流磁场源单元(ac magnetic field source unit)以一频率水平施加交流磁场到容器中的液体，且频率水平被设定在能造成抑制第二型态结合分子与涂层分子非特异性结合的状态。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为依照本发明所示出的在磁性粒子与结合分子间用以特异性结合与非特异性结合的结合机制的示意图。
图2为依照本发明的一实施例所示出的测量样本交流磁化率的系统的示意图。
图3-5为χac与特异性结合分子和非特异性结合分子的关联现象的示意图。
主要元件符号说明 600样本 602拾取线圈 604激发线圈 606电源供应器 608频谱分析器
具体实施例方式 在本发明中，利用交流磁化率χac作为一种探讨工具(investigating tool)，以抑制非特异性分子与具有磁化量(magnetization)的核心分子(coremolecule)的结合，且能够让特异性结合分子与核心分子的结合保留(remain)或增加。
本发明研发出一种用以抑制分子间的非特异性结合的方法。借由将一种分子(以下称CM分子)涂布在具有磁化量的磁性材料的粒子上。上述磁化量是来自磁性双极(magnetic dipole)的总磁性向量(total magnetic vector)。磁性粒子分布在液体中，而涂层分子(coated molecules)能够与其他种类的分子(以下称BM分子)特异性地或非特异性地结合。这是一种用来形成如药物材料等复合分子的有效手段。然而，通常非特异性结合的分子为不需要的材料，因而必须加以抑制。
在本发明的基本机制中，当施加交流磁场时，磁性向量会受到交流磁场的驱动而旋转。因此，BM分子便会承受到离心力(centrifugal force)。当离心力超过CM分子与BM分子间的结合力时，这些CM-BM分子的结合会被破坏。由于特异性结合的结合力远大于非特异性结合的结合力，所以可以借由适当地控制离心力而削弱(depress)非特异性的结合。而离心力可由操控旋转磁向量的角频率来控制。而此角频率则由施加的交流磁场的频率决定。因此，当适当地控制所施加的交流磁场的频率，便能够有效地抑制分子间的非特异性结合。
在描述实际上如何测量χac(如以下图3-5所述)之前，先描述对抑制非特异性结合分子的机制。
图1为依照本发明所示出的磁性粒子与结合分子间特异性结合与非特异性结合的结合机制的示意图。某些涂层分子(CM)被涂布在具有磁性向量的磁性粒子上。以一个磁性粒子为例来说，伴随着磁性粒子的核心粒子具有以箭头表示的磁化向量(magnetization vector)。磁性粒子被界面活性层(surfactant layer)所涂布，使得磁性粒子能够分布在液体中。链接(linker)如同一种分子般地涂布在界面活性层上。如图1所示意，涂层分子或是链接以CM分子表示。其中链接可以为共价结合(covalent binding)、抗体-抗原共轭结合(antibody-antigen conjugation binding)或是核酸杂交(nuclei-acidhybridization)等主要结合(primary bindings)。因此，CM分子可以稳固地涂布在磁性向量的界面活性层。
此外，界面活性层具有亲水性(hydrophilic)。当一种具有特异性与非特异性结合分子(以下称为BM分子)的溶液(solution)与具有被CM分子所涂布的磁性向量的水溶液(aqueous solution)混合时，特异性BM分子与非特异性BM分子均会与CM分子结合。然而，CM分子与非特异性BM分子间的结合力远弱于CM分子与特异性BM分子间的结合力。因此，当施加一力量(以下称为反制力(against force))，其强度高于/低于CM分子与非特异性/特异性BM分子间的结合力强度时，便可能破坏/维持CM分子与非特异性/特异性BM分子的结合。所以，便能够有效地抑制非特异性结合。
就产生反制力的机制而言，由于磁性向量分布在液体中，因此可借由施加到液体的磁场来操控磁性向量的运动，例如借由施加交流磁场的方式。在物理现象(phenomenon)中，磁性向量会与外部施加的磁场交互影响(interact)，且磁性向量会平行于磁场方向。当施加交流磁场时，磁场的振幅(amplitude)以周期性地振荡(oscillating)。并且，磁性粒子的磁性双极(magnetic dipoles)会被交流磁场驱动成平行。由于交流磁场的振荡，磁性双极旋转并与交流磁场产生共振(resonant)。当磁性向量在振荡轴的平面上旋转时，便会产生反制CM-BM分子结合的离心力。亦即，在这种情形下，离心力即为反制力。理论上，离心力与旋转磁性向量的角频率的平方成正比。因此，借由调整施加的磁场至适当的频率的方式，可使反制力的强度高于CM-非特异性-BM分子间的结合力，但比CM-特异性-BM分子间的结合力低。如此一来，便能够产生抑制非特异性结合的结果。
为了进一步研究前述的现象，将执行以下的一些实验。磁性粒子可以例如是Fe3O4的磁性纳米粒子(magnetic nanoparticles)。磁性纳米粒子的平均直径(mean diameter)可以例如是数纳米(nm)到数百纳米。磁性纳米粒子的材料也可以例如是MnFe2O4、Fe2O3、NiFe2O4或CoFe2O4中的任一种。界面活性层可以例如是聚葡萄醣(dextran)。CM分子可以是如anti-H1N2等多株抗体(polyclonal antibody)，且其与H1N2具特异性结合和与H3N1具非特异性结合。链接可以例如是一种共价结合CH＝N-的型态。举例来说，链接可以由氧化(oxiding)聚葡萄醣来产生聚葡萄醣上的乙醛族(aldehyde groups)(-CHO)，再进一步地与抗体反应，以形成聚葡萄醣与抗体间的CH＝N-链接。界面活性层的材料也可以是聚葡萄醣、G蛋白(protein G)、A蛋白、脂质体(liposomes)或是有机酸(organic acid)中任一种。
图2为依照本发明一实施例所示出的测量样本的交流磁化率的系统的示意图。如图2所示，用以旋转磁性纳米粒子的激发磁场(excitation magneticfields)，由电源供应器所驱动的激发线圈(excitation coils)来产生。电源供应器606能够提供不同频率的交流电源给激发线圈604。因此，例如为电磁线圈(solenoid coil)的激发线圈604能够产生不同频率的激发磁场。而交流磁场在激发线圈604的中心轴处产生。如前所述的，在较高频率的激发磁场下，离心力(亦即反制力)会变强。所以，借由调整激发线圈604的驱动电流的频率，就能够操控反制力的大小。
旋转磁性纳米粒子的交流磁性信号(ac magnetic signal)(以下称为交流磁化率χac)由拾取线圈(pick-up coil)602所传感，且以频谱分析器608来分析。拾取线圈602可以例如由包括两组以相反方向缠绕的电磁线圈，以消除施加的交流磁场对χac的作用(contributions)。样本600例如为承放液体的容器，置放在拾取线圈602的两电磁线圈其中之一的内部。
为了研究特异性结合，BM分子为H1N2。anti-H1N2与H1N2之间的结合可以通过磁减量检定(magnetoreduction assay)来测量。将anti-H1N2生物功能化(bio-functionalized)的40-μl与0.1-emu/g的磁性试剂(reagent)混合在60-μl与3.2-HAU/50μl的H1N2测试溶液中。在anti-H1N2与H1N2之间的特异性结合形成前，测量样本的磁化率(以χac，o表示)，例如在较低的旋转频率500Hz。
图3-5示出χac与特异性结合分子和非特异性结合分子的关联现象的示意图。如图3的实线所示出，可找出χac，o为37.5。在anti-H1N2与H1N2间特异性结合形成后，样本的磁化率(以χac，φ表示)可找到为37.0(虚线)。如此，可发现样本磁化率在anti-H1N2与H1N2之间的特异性结合形成后降低。如同所看到的，在免疫复合物(immuno-complex)形成后，可以观察到样本磁化率的减少。
磁减量信号Δχac/χac，o的定义为Δχac/χac，o＝(χac，o-χac，φ)/χac，o x100％，据此可算得磁减量信号Δχac/χac，o为1.35％。如同图4中实线所示，随着旋转频率fr的增加，磁减量信号也会加强。在较高频率下，由于磁性纳米粒子被强迫振荡下产生共振反应(resonance effect)，所以会造成特异性结合的磁减量信号的增加。如实线所示的结果，在anti-H1N2与H1N2间的特异性结合存在于较低的频率至较高的频率范围。
为了测试非特异性结合，此处使用的BM分子例如为H3N1，其中将anti-H1N2生物功能化的40-μl与0.1-emu/g的磁性试剂混合在60-μl与3.2-HAU/50μl的H3N1测试溶液中。在anti-H1N2与H3N1之间形成非特异性结合前，先测量样本磁化率(以χac，o表示)，例如在100Hz等较低的旋转频率下。如图5所示出，可找出χac，o为5.13(实线)。在anti-H1N2与H3N1之间形成非特异性结合后，样本磁化率(以χac，φ表示)可由图5所示的虚线找到为χac，φ＝5.05。如此一来，可推断出样本磁化率在anti-H1N2与H3N1形成非特异性结合后降低。磁减量信号Δχac/χac，o的定义为Δχac/χac，o＝(χac，o-χac，φ)/χac，o x 100％，据此求得磁减量信号Δχac/χac，o为1.56％。
就分析图4的数据而言，如虚线所示，随着旋转频率fr增加，磁减量信号会减少。从非特异性结合的磁减量信号在较高频率下的减少来看，可证明anti-H1N2与H3N1的非特异性结合在较高的频率下会被抑制。随着旋转频率增加到4kHz，磁减量信号达到噪音阶段(noise level)。这表示当旋转频率超过4kHz时，能够有效地消除anti-H1N2与H3N1之间的非特异性结合。
在本发明中，可以分别测量不同结合分子的数条曲线。每一条曲线不一定要表示单一种类的结合分子。一般而言，例如，可以分成两种型态的分子作为特异性结合分子与非特异性结合分子。在特异性结合分子留存甚至增加时不需要的非特异性结合分子会被抑制。例如，在量得分别的曲线后，就能够决定操作的频率水平。在图4的例子中，操作频率水平例如可以设定在10kHz，此时实质上会抑制H3N1的非特异性分子，而所需的H1N2的特异性结合分子则会明显地增加。
值得注意的是，χac的测量并不一定限制在上述实施例所述的方式。χac的测量是用以表示实际的频率水平，而频率水平则可由测量χac或其相对量所决定。换句话说，χac的测量只是决定适当的频率水平的一种工具。任何能够充分地测量χac的机制都能够使用。
利用磁性驱动来抑制分子间的非特异性结合的应用之一为对于特异性分子的免疫磁性分离(immunomagnetic separation)。举例来说，包括数种分子的混合物，可从以下的过程中来分离出混合物中特异性种类的分子。将要被分离(to-be-separated)的分子的特异性结合(conjugate)涂层分子涂布在分散在液体中的磁性粒子。再将磁性液体与混合物混合，接着借由本发明的利用磁性驱动来抑制非特异性结合的方式，让混合物中磁性粒子与不需要的分子的结合能够被抑制。再利用免疫磁性分离将特异性种类的分子从混合物中萃取出来。如此一来，只有特异性种类的分子从混合物中被萃取出来。
虽然本发明以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种抑制分子间非特异性结合的方法，该方法包括
提供分布在一液体中的多个磁性粒子，其中每一磁性粒子具有一磁化量；
以涂层分子涂布这些磁性粒子；
将含第一型态结合分子与第二型态结合分子的多个结合分子混合物加到该液体中，其中这些涂层分子与第一型态结合分子以特异性地结合且与第二型态结合分子以非特异性地结合；以及
施加一频率水平的交流磁场，其中该频率水平造成抑制第二型态结合分子与涂层分子的结合。
2.根据权利要求1所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中该磁性粒子包括磁性核心与分别包覆这些磁性核心的界面活性层。
3.根据权利要求1所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中施加该交流磁场的步骤，包括
提供一电磁线圈；
施加一交流电流至该电磁线圈；以及
置放具有该磁性粒子的液体在该电磁线圈中。
4.根据权利要求1所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中该交流磁场的频率水平由以下的步骤所决定
测量在第一交流频率范围中交流磁场变化下的第一型态结合分子特异性结合的第一交流磁减量信号；
测量在第二交流频率范围中交流磁场变化下的第二型态结合分子非特异性结合的第二交流磁减量信号；以及
依据随着频率变化的第一交流磁减量信号与第二交流磁减量信号的测量值，决定该频率水平，其中使得该第二型态结合分子被抑制。
5.根据权利要求1所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中抑制该第二型态结合分子与该涂层分子结合的机制为该交流磁场所诱发的离心力。
6.根据权利要求4所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中特异性结合的第一型态结合分子增加。
7.根据权利要求4所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中该第一交流磁减量信号与该第二交流磁减量信号以一磁化率传感系统测量。
8.根据权利要求4所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中测量第一交流磁减量信号与第二交流磁减量信号的步骤，包括借由以下步骤选取磁化率的信号
提供第一部分电磁线圈与第二部分电磁线圈；
以相反缠绕方向连接该第一部分电磁线圈与该第二部分电磁线圈，以组成拾取线圈，用来传感交流磁化率；以及
将承放该液体的容器放置在第一部分或第二部分电磁线圈两者的任一个的内部。
9.根据权利要求8所述的抑制分子间的非特异性结合的方法，其中第一部分电磁线圈与第二部分电磁线圈基本上相同。
10.一种抑制分子间的非特异性结合的系统，此系统包括
装着分布有多个磁性粒子的液体的一容器，其中每一个磁性粒子具有一磁化量且分别由涂层分子所涂布，以与结合分子相结合，其中结合分子包括第一型态结合分子与第二型态结合分子，而涂层分子与第一型态结合分子以特异性地结合且与第二型态结合分子以非特异性地结合；以及
一交流磁场源单元，在一轴上施加一频率水平的交流磁场到该容器中的液体，其中此频率水平被设定在抑制第二型态结合分子与涂层分子的结合。
11.根据权利要求10所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中这些磁性粒子包括磁性核心与分别包覆这些磁性核心的界面活性层。
12.根据权利要求10所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中该交流磁场源单元，包括
一电磁线圈；以及
一交流电流单元，用以施加一交流电流到该电磁线圈，
其中该容器放置在该电磁线圈的内部。
13.根据权利要求12所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中该交流磁场源单元还包括一频谱分析单元，用以得到磁化率，包括
测量第一交流频率范围中交流磁场变化下的第一型态结合分子特异性结合的第一交流磁减量信号；
测量第二交流频率范围中交流磁场变化下的第二型态结合分子非特异性结合的第二交流磁减量信号；
其中该频率水平依据随着频率变化的第一交流磁减量信号与第二交流磁减量信号的测量值来决定，用以抑制第二型态结合分子，而留存第一型态结合分子。
14.根据权利要求13所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中具特异性结合的第一型态结合分子在该频率水平时增加。
15.根据权利要求13所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中该频谱分析单元，包括
一拾取线圈，具有第一部分电磁线圈与第二部分电磁线圈，其中第一部分电磁线圈以相反缠绕方向连接至第二部分电磁线圈，用来传感该液体因交流磁场所诱发的磁性交流信号；以及
一信号分析单元，用以将该磁性交流信号转换成一测量的交流磁化率。
16.根据权利要求15所述的抑制分子间的非特异性结合的系统，其中该第一部分电磁线圈与该第二部分电磁线圈基本上相同。
17.一种从混合物中对特异性种类的分子进行免疫磁性分离的方法，包括
提供分布在一液体中的多个磁性粒子，其中每一磁性粒子具有一磁化量；
以涂层分子分别涂布这些磁性粒子；
将这些涂布涂层分子的磁性粒子加到具有数种分子的一混合物中；
施加一频率水平的交流磁场至该混合物，其中该频率水平造成抑制这些磁性粒子的涂层分子与该混合物中除了要被分离的分子外的分子间的结合；以及
通过免疫磁性分离将要被分离的分子从该混合物中分离。
18.根据权利要求17所述的从混合物中对特异性种类的分子进行免疫磁性分离的方法，其中这些涂层分子与要被检测的分子具特异性结合且与其他种类的分子具非特异性结合。
全文摘要
一种抑制分子间非特异性结合的方法，包括提供分布在一液体中的多个磁性粒子，其中每一个磁性粒子具有一磁化量。这些磁性粒子以涂层分子涂布。将含有第一型态结合分子与第二型态结合分子所混合的结合分子加到该液体中。其中涂层分子与第一型态结合分子以特异性地结合且与第二型态结合分子以非特异性地结合。在一轴上施加一频率水平的交流磁场到以上的混合液体，而此频率水平会造成抑制第二型态结合分子与涂层分子的非特异性结合。
文档编号G01R33/16GK101614796SQ20091014999
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月26日 优先权日2008年6月27日
发明者洪振义, 洪姮娥, 杨鸿昌, 杨谢乐 申请人:洪振义, 洪姮娥, 杨鸿昌, 杨谢乐