用标准计算机光学驱动器评估基于盘的生物测定的结果的方法

专利名称：用标准计算机光学驱动器评估基于盘的生物测定的结果的方法
技术领域：
本发明涉及分子诊断学的领域。各具体实施例提供用标准计算机光学驱动器评估 基于盘的生物测定的结果的方法和系统。
背景技术：
(例如，使用微阵列技术的)生物分子筛选技术是用于对生物大分子(例如，DNA、 蛋白质、碳水化合物等)之间的特异性相互作用的高通量分析的可用技术。然而，当前，对 于各种应用(例如，基因谱、临床诊断、免疫测定、药物发现等)使用微阵列技术的能力通常 限于配备有相对较昂贵的设备(例如，机器人侦察员(roboticspotter)、激光荧光扫描仪 等)的已经巨额投资的生物医学实验室或医院机构(hospital setting)。因此，通常需要 实现生物分子筛选过程的成本有效的技术。近来已经提出了包含聚碳酸酯(PC)的光盘(例如，压缩盘(⑶)、数字视频盘 (DVD)等)作为对用于制备微阵列的载玻片/硅晶片的可替换的基板(例如，参见Yu，H. Ζ.， New chemistry on οIdCDs (对旧 CD 的新化学研究)，Chem. Commun. 2633-2636 (2004)； Kido,H. et al,Disc-based immunoassay microarrays (基于盘的免疫测定微阵列)，Anal. Chim. Acta. 411,1-11(2000) ；McCarley, R. L. etal. ,Resist-free patterning of surface architectures in polymer-basedmicroanalytical devices ( ST-IK^iItl Wil^^iiT^B 中的表面结构的无抗蚀剂构图)，J Am. Chem. Soc. 127，842-843 (2005) ；Morais, S. etal.， DNA microarraying on compact disc surfaces (在压缩盘上的 DNA 微阵歹Ij技术))。对单 核苷酸多态性的分析的应用在下述文献中=Plum pox virus (李痘病毒)，Chem. Commun. 22， 2368-2370(2006)；以及 Li，Y. C. et al. DNA detection on plastic =Surfaceactivation protocol to convert polycarbonate substrates to biochipplatforms(对 塑 料 的DNA检测将聚碳酸酯基板转化到生物芯片平台的表面活化协议)，Anal. Chem. 79，426-433 (2007) ο已经提出了微流体技术(microf luidic technique)，用于与PC光盘基 板一起用来通过盘旋转控制流体到光盘表面的传送(例如，参见Madou，Μ. J. etal. Design and fabrication of CD-like microfluidic platforms fordiagnostics :Microfluidic functions (用于诊断的⑶状微流体平台的设计和制造微流体功能)，Biomedical Microdevices 3，245-254 (2001)；以及 Madou，Μ. et al. Lab on a CD (对 CD 的实验研究)， Annu. Rev. Biomed. Eng. 8，601-628 (2006))。近来研究尝试了对用作基于微阵列的生物芯片的光学读出装置的计算机光 学驱动器(例如，CD驱动器、DVD驱动器等)进行改编或修改。然而，大部分的这样研 究需要对市售的光学驱动器进行全面的硬件修改(例如，参见Alexandre，I.et al., Compact disc with bothnumeric and genomic information as DNA microarray platform(作为DNA微阵列平台的具有数字和基因信息的压缩盘)，BioTechniques 33， 435-439(2002) ；Barathur, R. et al. , New disc-based technologies for diagnostic and research applications (用于诊断和研究应用的基于新盘的技术)，Psychiatric Genetics 12,193-206(2002) ；Lange, S.A. et al., Measuring biomolecular binding eventswith a compact disc player device (用压缩盘播放器装置测量生物分子结 合事件)，Angew. Chem. Int. Ed. 45, 270-273 (2006) ；Potyrailo, R. A. et al. , Analog signal acquisition from computer optical diskdrives for quantitative chemical sensing(从计算机光盘驱动器获取模拟信号以便量化化学感测)，Anal. Chem. 78， 5893-5899(2006) ；Manorais, S. et al. , PMMA isocyanate-modified digital discs as asupport for oligonucleotide—based assays (作为用于基于低核苷酸的测定的支 撑体的PMMA异氰酸酯改性的数字盘)，BioconjugateChem. 18，1408-1414(2007)；以及 Morais, S. et al.，Microimmunoanalysis on standard compact discs to determine lowabundant compounds (对标准光盘的微免疫分析以确定低丰度化合物)，Anal. Chem. 79， 7628-7635(2007))。为了评估基于盘的生物测定的结果，需要对市售的光学驱动器进行修 改，这是不方便的、费时且昂贵的。其他研究者已经开发了利用光学驱动器评估基于盘的生物测定的结果的“软 件”技术。这些技术通常涉及分析从光学驱动器接收的数字信号(例如，参见La Clair, J. J. et al. Molecular screening on acompact disc (在Bi缩盘上白勺分子ff 选)，Org· Biomol. Chem. 1,3244-3249(2003)；以及 Jones, C. L.，Cryptographic hash functions andCD-based optical biosensors (密码散列函数和基于CD的光学生物传感器)， Problem. Nonlinear Anal. Eng. Syst. 11，17-36 (2005))。LaClair 技术涉及对 CD-R 表面进 行活化以便在乙腈中通过磷酸化作用附着配体分子，这实际上是困难的，因为PC与有机溶 剂不相容。此外，提出的La Clair读出协议通常是困难的，因为被测试的蛋白质通常不足 以被光学驱动器可检测得那么大。Jones技术涉及使用光盘驱动器替代常规显微镜来观察 已经被物理地吸引在盘上的染色的细菌细胞。Jones细菌细胞的尺寸通常在几个微米至几 十个微米的数量级上。仍然普通需要使用常规计算机光学驱动器作为用于评估在光盘的PC基板上执行 的生物分子筛选过程(例如，基于微阵列的生物测定)的装置的方法。

发明内容
本发明的一个方面提供使用常规(即，未改性的)光盘驱动器来评估生物测定结 果的方法。包含检错冗余(error detectionredundancy)的数据被记录在光盘上，或者要不 然被设置在光盘上。例如，这种数据可以包括CD上的音频数据或者DVD或蓝光盘上的视频 数据。对光盘的聚碳酸酯(PC)表面进行活化，以便更加容易地(例如，通过化学键合)接受 期望的生物分子。作为非限制性的例子，如“表面活化申请”中所述，可以使用臭氧和UV照 射的组合来活化光盘的PC表面。这种活化可以促进在PC表面上形成羧酸基团(C00H)。在 一些实施例中，根据要键合到PC表面上的探针生物分子(probe biomolecule)，可以用促 进将探针生物分子键合到PC表面的其它化学和/或物理处理来处理光盘的PC表面。作为 非限制性的例子，这种化学处理可以促进将探针生物分子结合到活化的PC表面上的C00H 基团。然后，在光盘上准备生物测定。可以对生物测定进行处理，从而可以在光学驱动器上更加容易地检测阳性生物测 定结果(positive bioassay result)。在具体实施例中，这种处理可以涉及增大阳性测定 结果的位点的尺寸以改变从阳性生物测定结果散射的光的量，和/或在阳性测定结果的位 点的附近产生颜色变化或者要不然选择性地引入着色的材料，使得着色的材料改变阳性测 定结果的位点附近的光吸收性质。增大阳性测定结果位点的尺寸可以涉及用标记物质(例如，生物素或硫醇)标记 目标生物测定生物分子。标记物质可以与键合物质(例如，链霉抗生物素蛋白)反应。键 合物质可以包括与金属种子(例如，金)的共轭物，或可以与金属种子(seed)(例如，金) 形成共轭物。此外，尺寸增大处理可以包括引入键合到金属种子的(一种或多种)其它金 属(例如，银)，从而增大阳性测定结果位点的尺寸。在阳性测定结果的位点的附近产生颜色变化或者选择性地引入着色的材料可以 涉及用标记物质(例如，生物素)标记目标生物测定生物分子；引入键合到标记物质并包 括用于催化颜色变化反应的酶的键合物质；以及随后通过将反应物引入到颜色变化反应来 实现颜色变化反应，从而在存在酶的位置处选择性地发生颜色变化反应。例如，这种颜色变 化反应可以诱导可具有不同颜色的沉淀物。在其它实施例中，可以(例如，通过增大尺寸或改变颜色)对探针生物分子进行处 理，从而使阴性测定结果可以被更加容易地读取。为了与(例如，用于探针生物分子的)阴 性测定结果一起使用，可以对与本文描述的同(例如，用于目标生物分子的)阳性测定结果 一起使用的那些过程相似的过程进行调整。在处理之后，在光学驱动器中读取光盘。执行合适的错误映射和数据解码软件的 计算机或类似地配置的处理器尝试读取在盘上记录的数据。在数据解码时，在与已处理的 生物测定结果(例如，视情况而定的阳性测定结果或阴性测定结果)的位置相对应的数据 中检测错误。该数据内的错误的位置可以通过错误映射软件被映射到光盘上的物理位置， 从而识别具有阳性测定结果或阴性测定结果的具体生物测定位点。下面描述本发明的其它方面、本发明的特定实施例的其它特征和本发明的应用。


在附图中示出本发明的非限制性的实施例，其中
图1是描绘用于在光盘上准备生物测定并使用光盘驱动器评估生物测定的结果 的方法的示意框图；图IA是用于增大阳性测定结果的位点的尺寸的方法的示意框图，其可用来实现 图1的方法的信号增强处理；图IB是用于改变在阳性测定结果的位点附近的物质的颜色的方法的示意框图， 其可用来实现图1的方法的信号增强处理；图2A以图形的方式示意性地描绘根据本发明的具体实施例的能够用于光学驱动 器中的评估的在光盘上准备生物测定的方法；图2B-2D示出根据本发明的具体实施例如何可以使用流体通道板(fluidic channel plate)来在活化的光盘的PC表面上准备生物测定；图2E示意性地描绘在光盘的PC表面上形成的生物分子/纳米颗粒共轭物如何阻 挡光盘驱动器的读取激光并由此产生错误；图3A是示意性地描绘标准光学⑶-R盘的各种参数；图3B是制造的音频⑶光盘的局部的示意横截面；图3C是已经记录有音频数据的⑶-R光盘的局部的示意横截面；图3D是示出记录到⑶或⑶-R上的音频数据的构造的示意图；图4A示出实验#1的一系列生物素_链霉抗生物素蛋白结合位点的光学图像、块 误率(block error rate)分布和原子力显微镜(AFM)图像；图4B是示出用于实验#1中的五种不同的目标浓度的相对错误密度(relative error density)和光学暗度比的示图；图5A示出实验#2的DNA结合位点的光学图像和块误率分布； 图5B是示出用于实验#2中的五种不同的目标浓度的相对错误密度和光学暗度比 的示图；图6示出经过不同时间段的银处理之后的实验#3的DNA结合位点的光学图像和 一对块误率分布；图7A示出实验M的抗人IgG/人IgG结合位点的光学图像和块误率分布；以及图7B是示出用于实验#4中的五种不同的目标浓度的相对错误密度和光学暗度比 的示图。
具体实施例方式在整个下面的描述中，为了提供对本发明的更加全面的理解，对特定细节进行阐 述。然而，本发明可以在无需这些细节的情况下被实行。在其它实例中，为了避免不必要地 使本公开模糊，尚未示出或描述公知的要素。因此，本说明书和附图应当被视为示例性的而 非限制性的。图1示意性地描绘用于在光盘33上准备生物测定并使用常规光盘驱动器52评估 生物测定结果的方法10和系统110的框图表示。在所示的实施例中，系统110包括计算机 50，该计算机50被连接为操作光学驱动器52，并且被配置为运行(在下面更加详细地描述 的)错误映射软件56和数据解码软件54。在一些实施例中，计算机50可以包括操作常规 操作系统(例如，Windows 、Mac OS 、Unix 或类似于imix的操作系统)的常规个人计算机(PC)。在其它实施例中，计算机50可以包括一个或多个合适地编程的处理器，所述处理 器与合适的硬件一起配置为执行本文描述的计算机50的功能。在一些实施例中，可以通过 在光学驱动器52的本地的数据处理器执行解码软件54和/或错误映射软件56的部分(或 者其相应的功能)。在这样的实施例中，可能不需要计算机50。光盘驱动器52是常规的光盘驱动器，其被配置为使用激光和/或光谱附近的电磁 能来从光盘(例如，光盘33)读取数字数据，并且被连接为将从光盘读取的数字数据提供给 计算机50。作为非限制性的例子，光盘驱动器52可以包括能够从多种类型的光盘读取数字 数据的压缩盘(CD)驱动器、数字视频盘(DVD)驱动器、蓝光盘驱动器或组合驱动器。在一些 实施例中，光盘驱动器52还被配置为将数字数据记录在光盘(例如，光盘33)上。将数字 数据记录到光盘也称为将数字数据“写入”或“刻录(burning)”到光盘。光盘驱动器及其 从光盘读取数字数据和/或将数字数据写入到光盘的操作是本领域的技术人员所知道的。方法10以块12开始，该块12包括获得光盘33，在光盘33上记录有或者要不然赋 予有包括检错冗余(error checkingredundancy)的数字数据。一般来说，可以使用能够根 据下面陈述的描述执行的任何合适的光盘33来实行方法10。当前优选的光盘包含聚碳酸 酯(PC)层，并且，可以包括，但不限于，压缩盘(CD)、数字视频盘(DVD)、蓝光盘等。在一些实 施例中，作为PC的补充或替换，根据本发明使用的光盘可以包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 层、聚苯乙烯(PS)层和聚二甲基硅氧烷(PDMS)层。在所示的实施例中，使用光盘刻录机35记录被记录到光盘33上的数字数据。在一 些实施例中，虽然这不是必要的，但是可以通过光盘驱动器52来实现光盘刻录机35，并且， 可以通过不同的硬件装置来实现刻录机35和盘驱动器52。在一些实施例中，虽然这也不是 必要的，但是刻录机35可以在可执行合适的刻录软件的计算机50的控制下操作，并且，可 以(例如，通过不同的计算装置)独立地控制刻录机35的操作。在一些实施例中，可以在 购买光盘33之前在盘的(例如，在工厂)制造期间记录光盘33上的记录数据。在制造期 间将数字数据记录到光盘上的过程可以称为“挤压”盘。使用检错冗余(即额外(冗余)数据)对记录在光盘33上的数据进行解码，其中， 使用该检错冗余来确定有效载荷数据(payloaddata)中的错误。作为非限制性的例子，在 称为交叉交错理德-所罗门编码(CIRC)的过程中用纠错冗余对记录在常规音频CD上的音 频数据进行编码，该CIRC过程对于每三个字节的音频数据有效载荷并入一个冗余奇偶检
( ^jAL Lane, P. Μ. et al. , Compact discplayers in the laboratory :Experiments in optical storage, errorcorrection, and optical fiber communication (实验室中的 压缩盘播放器在光学存储、纠错和光纤通信中实验)，IEEE Transactions onEducation 44,47-60(2001)；以及 Pohlmann，K. C，The compact dischandbook(压缩盘手册)，A-R Editions Inc.，Madison，1992，这些文献通过引用的方式并入于本文中)。对于DVD视频 编码技术，使用相似的理德-所罗门纠错编码技术。纠错技术也被并入到记录于蓝光盘上 的数字视频数据中。虽然基于CIRC的DVD视频编码技术和CD音频编码技术或者其它相似的编码技 术包含“纠错”冗余数据，但是这不是必要的。在一些实施例中，在块12中记录在光盘上的 数据足以包含“检错”冗余数据，假设可能的话，使用合适地配置的软件(例如，数据解码软 件54和错误映射软件56)来检测数据内的错误的位置。在下面更加详细地描述使用软件来检测错误的位置。可以与方法10和系统110相关联地使用的检错冗余的其它非限制性 的例子包括数据重复方案、数据奇偶检验方案、数据检验和方案、循环冗余检验方案、水平 冗余检验方案、垂直冗余检验方案、基于海明(hamming)距离的方案、散列函数方案、极性 (polarity)方案和基于密码消息的方案。一旦在块12中准备或者要不然获得包含具有检错冗余的数据的光盘33，方法10 就进入块14，块14涉及在适合于使用光盘驱动器52的评估的形式的光盘上准备生物测 定。在所示的实施例中，块14包含在图1中以框图形式示出并且在图2A中以图形形式示 出的几个子块。块14以子块18开始，子块18涉及增强光盘33的活化能，从而可以在光 盘33的PC层上更加容易地固定生物分子。在一些实施例中，子块18可能涉及(例如，用 去离子水)冲洗盘33的PC层，以去除环境污染物等。在所示的实施例中，通过活化增强器 (activation enhancer) 37 J^itf 〒；18。在当前优选的实施例中，在子块18中对光盘33的活化包含在存在臭氧(O3)的情 况下用紫外线(UV)辐射照射光盘33，如“表面活化申请”中所述。在这种实施例中，活化增 强器37可以包含UV辐射源(例如，UV灯)和臭氧源(例如，由加拿大魁北克省Shefford 的 Ozomax 公司(Ozomax，Inc. of Shefford, Quebec, Canada)销售的 0Z0-2VTT 臭氧发生 器)。在一些实施例中，当用UV正照射盘33时在盘33附近的臭氧浓度大于lOppm。在一 些实施例中，该臭氧浓度大于20ppm。为了避免损坏盘33的照射表面或者使该损坏最少化， UV辐射强度可以相对较低。在具体实施例中，UV辐射强度小于大约50mW/cm2。在其它实施 例中，UV辐射强度小于大约20mW/cm2。如在“表面活化申请”中所论述的，在存在臭氧的情况下用UV辐射照射光盘33被 认为会引起增加光盘33的PC表面的亲水性的反应，并且导致以118 (图2A)示出的在PC 表面上形成羧酸基团(C00H)。在不希望受理论的约束的情况下，PC已知是在某些波长(例 如，254-300nm之间的范围内的波长)的照射下经过光弗赖斯(photo-Fries)反应，从而导 致形成水杨酸苯酯和羟基二苯酮。臭氧的存在可以诱导形成02-接触电荷转移络合物(加 合物)，这是脂肪族和芳香族烯烃的光氧化中的最初的步骤。合起来说，UV辐射和臭氧被 认为会引起加合物的形成，然后，加合物的形成被认为自身再聚集(reassemble)，以通过一 系列过氧化氢(hydriperoxide)中间体形成羧基。在盘33的PC表面上形成的羧酸基团 (C00H)容易接受与生物分子形成键合，并且允许将生物分子固定在光盘33上。在具体实施 例中，可以通过共价键偶联将生物分子固定在活化的光盘33上。在一个具体的非限制性的 示例性实施例中，共价键酰胺偶联可以促进具体生物分子上的氨基(NH2)基团与活化的PC 表面上的羧酸(C00H)基团之间的键合。在具体实施例中，活化增强器37使用UV辐射既(例如，通过分子O2的光分解)由 存在于反应位点的分子O2产生臭氧又照射盘33的PC表面。可以按不同的波长(即，倾向 于促进从分子O2形成臭氧的一种波长和倾向于促进盘33的PC表面处的活化反应的第二 波长)提供这种UV辐射。表面活化自身是不可容易地测量的。然而，当对盘33的PC表面 进行活化时，盘33的PC表面变成相对较亲水性的，从而导致其水接触角的幅值下降。在一些实施例中，根据在生物测定中涉及的生物分子和/或生物分子的键合位点 (例如，要键合到PC表面的探针生物分子)，可选地，可以通过用促进将该生物分子键合到 PC表面的化学和/或物理处理处理光盘来对光盘的PC表面进行进一步的活化。这种化学和/或物理处理可以促进将生物分子的某些键合位点键合到活化的PC表面上的羧酸(COOH) 基团。在一种具体的非限制性的例子中，在期望将生物分子的氨基(NH2)基团通过共价键键 合到PC表面上的羧酸(COOH)基团的情况下，可以用1-乙基-3- (3 ‘ - 二甲氨基丙基)-碳 化二亚胺(l-ethyl-3-(3' -dimethylaminopropyl)-carbodiimide) (EDC)和 / 或 N-羟基 丁二酰亚胺(N-hydroxysuccinimide) (NHS)处理光盘33。由于EDC和NHS相对较便宜，所 以光盘33 (或者至少其PC表面)可以完全被涂敷或者被浸入在这些物质中。用其它化学 品的处理可以促进生物测定中涉及的生物分子的键合位点和光盘33的PC表面之间的其它 类型的键合。在所示的实施例中，在块20中在盘33上准备生物测定之前，在块18中对光 盘33进行活化(包括可选的促进键合的化学处理)。在其它实施例中，可以在准备生物测 定的同时进行可选的促进键合的化学处理(例如，通过与在生物测定中涉及的一种或多种 生物分子一起对盘33施加化学处理)。一旦在子块18中对光盘33的表面进行了活化，方法10就进入子块20，该子块20 涉及在活化的光盘33上准备生物测定。子块20自身可以包括在图2A中更加详细地示出 的多步骤过程。子块20可以包括在盘33的活化的PC表面上固定第一(探针)生物分子 (图2A的工序20A)；以及随后将盘33上的固定的探针生物分子暴露于第二(目标)生物 分子，以试图促进探针生物分子和目标生物分子之间的反应(例如，键合反应)(图2A中的 工序20B)。在本描述和附图中，仅仅为了方便起见，使用术语“生物分子”来描述子块20生 物测定形成过程的反应物，虽然子块20生物测定形成过程的反应物可以包括分子，但是这 些反应物并不特别地局限于分子，可以包括任何合适形式的反应物，所述任何合适形式的 反应物包括，但不限于分子、分子簇、纳米颗粒、微米颗粒、细胞、有机体等。除非另有特殊 说明，本文所用的术语“生物分子”应该被理解为包括任何这种反应物。在图2A的所示的示例性实施例中，子块20生物测定是DNA生物测定，其中，固定 过程20A包括(以120A所示的)在活化的光盘33的表面上固定DNA探针，并且，键合过程 20B包括将目标DNA引入到光盘33的附近，使得如果探针和目标匹配，则目标DNA可以键合 到DNA探针。在图2A例子中，以120B示出，目标DNA被示出为键合到探针DNA。在典型的 生物测定过程中，探针DNA的一种或多种特性是已知的，并且，目标DNA的相应特性是未知 的。如果在目标DNA和探针DNA之间形成键合，则可以推断出目标DNA的某些特性。一般而言，子块20生物测定准备工序可以包括准备任何合适的生物测定。作为非 限制性的例子，在一些实施例中，由第一生物分子和第二生物分子形成的子块120生物测 定可以包括DNA生物测定；蛋白质生物测定(例如，其中，探针生物分子和目标生物分子中 的一种或两种包括蛋白质，诸如生物素-链霉抗生物素蛋白测定)；免疫测定(例如，其中， 探针生物分子和目标生物分子包括抗体和抗原，诸如IgG-抗-IgG测定)；碳水化合物/细 胞测定(例如，其中，探针生物分子和目标生物分子包括碳水化合物和生物细胞)；涉及适 体(aptamer)(例如，核酸受体)的测定；所谓的“三明治”测定(涉及三种或更多种反应 物)等。其中测定的第二(目标)生物分子键合到固定于光盘33的表面上的第一(探针) 生物分子的情形可以称为“阳性测定结果”，并且，其中目标生物分子没有键合到探针生物 分子的情形可以称为“阴性测定结果”。在子块20中准备生物测定可以包括用于控制光盘33的PC表面上的固定位置和 /或键合反应的流体技术。涉及使用流体通道板39，45的具体例子在图2B-2D中示出。在“表面活化申请”中描述了使用流体通道板39，45准备生物测定。可以由聚二甲基硅氧烷 (PDMS)或其它合适的材料制造流体通道板39，45。可以使用流体通道板39，45来将探针生 物分子和目标生物分子在(一个或多个)特定位置处按空间阵列的形式传送到光盘33的表面。在所示的实施例中，通道板39包括相对较宽的单通道39A。通道板39可以被放置 在盘33的PC表面上(图2B)，在盘33的PC表面上，可以将包含探针生物分子的溶液引入 到通道39A。在所示的实施例中，在通道39A大到足够可以被眼睛看见的情况下，可以添加 足够量的包含探针生物分子的缓冲液，以填充通道39A(即，在通道39A的区域中涂敷盘33 的PC表面)。一旦通道39A内的探针生物分子键合到盘33的表面，就可以从光盘33去除 通道板39，以留下其中探针分子已经被键合到PC表面的键合带41 (bondingstrip)。然后，可以将第二流体通道板45放置在盘33的表面上(图2C)。在所示的实施例 中，通道板45是包括多个弯曲的微流体通道45A的微流体通道板。在具体实施例中，微流 体通道45A的弯曲部可以是中心成形的，并且，通道板45可以被定位为使得通道45A的弯 曲部的中心与光盘33的中心重合。一个或多个通道45A的至少一部分与由探针分子和通 道板39形成的键合带41重叠。使用本领域已知的技术，可以将包含目标生物分子的缓冲 液引入到微通道45A并汲取(draw)从其通过，使得目标生物分子可以与通道45A和键合带 41重叠的区域中的探针生物分子反应。在盘33的具体位置处，键合带41与包含目标生物 分子的通道45A的相交处提供生物测定测试位点43 (图2D)。可以精确地确定通道板39，45在盘33上的位置和通道板39内的通道39A，45A的 位置，从而在盘33的表面上知道测试位点43的位置。本领域的技术人员将会认识到，图 2B-2D中示出的通道板39，45和通道39A，45A的具体配置实质上是示例性的，并且，在其它 实施例中，通道板39，45和通道39A，45A可以具有其它配置。在一个具体实施例中，通道板 39包括多个通道39A，所述多个通道39A还可以是微通道，并且通常可以(相对于盘33)径 向地定向。在盘33的表面上准备具体生物测定可以涉及其它工序，所述其它工序，例如，但 不限于在生物测定准备的各种步骤之间(例如，在将探针生物分子固定在盘33上之后， 或者在将固定的探针生物分子暴露于目标生物分子之后)用合适的溶剂冲洗盘33 ；在将探 针生物分子固定在盘33的表面之后，使该表面钝化。钝化反应可以涉及将盘33的活化的 表面与合适的小分子(例如，作为非限制性的例子，含有150mM NaCl、0.8%牛血清白蛋白 (BSA)、0. 明胶、0. 05%吐温20和0. 05% NaN3的封闭缓冲液)反应。冲洗和钝化光盘 33的PC表面都有助于减少非特性吸附，要不然这种非特性吸附可能会破坏生物测定评估 的结果(例如，由于导致错误的阳性确定)。在子块20中准备生物测定之后，方法10进入子块22，该子块22涉及对生物测定 进行处理，以增强在光学驱动器52中产生的信号。可以通过生物测定处理器45来执行子 块22中的生物测定处理。在一些实施例中，子块22处理可以涉及进行化学和/或物理反 应，以增大阳性测定结果的位点的尺寸(即，其中目标生物分子已经被键合到固定于光盘 33的表面上的探针生物分子的测试位点43中的位置)。在具体实施例中，子块22可以包 括使用自动金相学处理(autometallography process)增大阳性测定结果的尺寸。增大阳 性测定结果的位点的尺寸可以通过散射激光来中断光学驱动器52的激光束。在其它实施例中，子块22处理可以涉及实现化学和/或物理反应，所述化学和/或物理反应改变阳性 测定结果的位点附近的颜色，或者要不然在阳性测定结果的位点附近选择性地沉积着色的 材料。在具体实施例中，子块22可以包括使用一种或多种诱导酶催化反应的颜色变化来改 变阳性测定结果的位点附近的颜色。改变阳性测定结果的位点附近的物质的颜色可以导致 吸收光学驱动器52的激光的一部分。在另外其它的实施例中，可以使用其它化学或物理处 理来改变阳性测定结果的位点处或其附近的光学驱动器52的激光的光学性质。作为非限 制性的例子，这种处理可能会导致光被阳性测定结果的位点的区域吸收、反射、衍射和/或 散射，或者，可以改变入射在阳性测定结果的位点的区域上的光的波长、能量或偏振。图IA是根据具体实施例的用于增大阳性测定结果的位点的尺寸的方法51的示意 框图，其可以用来实现子块22信号增强处理。方法51表示自动金相学处理的具体的非限 制性的例子。方法51以块53开始，块53涉及标记目标生物分子。可以通过将“标记物质” 键合到目标生物分子来进行标记目标生物分子的块53过程。块53标记物质能够键合到目 标生物分子或(下面进一步讨论的)“键合物质”。在一些实施例中，块53标记物质能够选 择性地键合到目标生物分子(优选地，键合到探针生物分子)，并且在子块20生物测定中将 目标生物分子已经键合到探针分子之后，可以将块53标记物质施加到盘33。在一些实施 例中，在子块20生物测定中使用目标生物分子之前(即，在目标生物分子键合到探针生物 分子之前)，块53标记物质可以键合到目标生物分子。在这种实施例中，例如，在其隔离期 间可以将标记物质加入到包含目标生物分子的溶液。在一些实施例中，在通过形成含有标 记物质的溶液和使用与用于引入目标生物分子(例如，流体通道板)的那些技术相似的技 术引入标记物质来完成子块20生物测定之后，可以将块53标记物质键合到目标生物分子。 在图2A示图(如120B所示)，块53标记物质包括在目标DNA键合到固定于盘33上的探针 DNA之前或之后与目标DNA形成键合的生物素。然后，处理方法51进入块55，块55涉及引入键合物质，该键合物质键合到块53标 记物质，并且提供用于(在下面进一步讨论的)块57的增大尺寸的处理的“种子”。在图2A 的所示的实施例中，在用生物素(以120B所示)标记目标生物分子的情况下，块55键合物 质可以包括链霉抗生物素蛋白和金(或其它稳定金属)纳米颗粒(以122A示出)的共轭 物。链霉抗生物素蛋白共轭物键合到目标生物分子上的生物素，并且，金纳米颗粒提供用于 后续的块57的增大尺寸的过程的种子。在其它实施例中，块55键合物质可以包括不同材 料。例如，在块53标记物质是生物素的情况下，块55键合物质可以包括金(或者其它稳定 金属)和不同的抗生物素抗体(合成的或者自然出现的)的共轭物，在块53标记物质是除 生物素以外的物质的情况下，块55键合物质可以包括金(或者其它稳定金属)和其它合适 的材料的共轭物。在一些实施例中，块55键合物质的种子可以直接键合到块53标记物质。 例如，在一些实施例中，块53标记物质包括硫醇(-SH)基团，在这种情况下，(在硫醇标记 键合到目标生物分子之前或之后)金纳米颗粒种子可以直接键合到硫醇(-SH)基团。在这 种实施例中，块53标记物质和块55键合物质可以包含单组分，该单组分可以在单个步骤中 施加，并且可以在目标生物分子键合到探针之前或之后键合到目标生物分子。可以用于键 合物质的种子的除金以外的合适的稳定金属包括银和/或钼。以与目标生物分子的方式相 似的方式(例如，通过形成含有键合物质的溶液和使用流体通道板来引入键合物质到PC表 面)可以将键合物质引入到PC表面。
然后，处理方法51进入块57，块57涉及引入键合到块55种子的增大尺寸的物质， 以增大阳性生物测定结果的尺寸。在一些实施例中，块57增大尺寸的物质包括键合到块55 键合物质的金(或其它稳定金属)种子的金属(例如，银)纳米颗粒。可以用可选的还原 剂将这种金属纳米颗粒溶解在溶液中，并且，可以使用合适的通道板(例如，通道板45)来 将这种金属纳米颗粒引入到光盘33的表面。如图2A中的122B所示，块57增大尺寸的过 程的结果是，显著地增大了阳性测定结果的位点的尺寸。方法51处理将盘33上的阳性测定结果位点的尺寸从几个纳米的数量级的大小增 大到几百个纳米的数量级的大小。如下面更加详细地解释的，阳性测定结果的尺寸的这种 增大导致阳性测定结果位点散射光盘驱动器52的激光或电磁束，从而在记录于盘33上的 数据中产生显著的错误。发明人在实验上已经确定，具有大约200nm或更大(或者在光盘 驱动器52的激光波长λ的> λ/4的数量级上)的尺寸的物体导致能够可靠地“读取”的 错误信号。图IB是根据具体实施例的用于改变阳性测定结果的位点附近的物质的颜色的方 法61的示意框图，其可以用来实现子块22信号增强处理。方法61表示诱导酶催化反应的 颜色变化过程的一个具体实施例。方法61以块63开始，块63涉及标记目标生物分子。标 记目标生物分子的块63过程可以与上述的块53标记过程(图1Α)相似。块63标记物质 可以具有与块53标记物质相似的特性。可以使用与上述的用于块53标记过程相似的技术 来将块63标记物质施加到目标生物分子。在一个具体的非限制性的实施例中，块63标记 物质包括生物素。然后，处理方法61进入块65，块65涉及引入键合物质，该键合物质键合到块63 标记物质，并且提供用于催化(下面进一步讨论的)块67中的颜色变化反应的酶。除了块 63标记物质包括酶而不是用于块53标记物质中的种子以外，引入键合物质的块65过程可 以与上述的块55键合物质引入过程(图1Α)相似。块65键合物质可以能够键合到块63 标记物质的材料和用于促进块67颜色变化反应的酶的共轭物。在具体的非限制性的实施 例中，在用生物素标记目标生物分子(在块63中)的情况下，块65键合物质可以包括抗生 物素抗体和合适的酶的共轭物。在一些实施例中，抗生物素抗体包括链霉抗生物素蛋白，但 是，另外或者可替换地，抗生物素抗体可以包括一种或多种其它蛋白质(例如，可以小于链 霉抗生物素蛋白的蛋白质)。在块63标记物质是除生物素以外的物质的实施例中，然后，可 以对块65键合物质进行合适的改性，以提供酶与能够键合到块63标记物质的其它合适的 (一种或多种)材料的共轭物。如下面更加详细地论述的，形成块65键合物质的一部分的 具体酶取决于用于块67中的具体的颜色变化反应。在一个具体实施例中，形成块65键合 物质的一部分的酶包括辣根过氧化物酶(HRP)。在施加键合物质之后，方法61进入块67，块67涉及实现在存在形成块65键合物 质的一部分的酶的情况下发生的颜色变化反应。颜色变化反应的非限制性的例子是在辣根 过氧化物酶(HRP)的影响下在存在过氧化氢(H2O2)的情况下的四甲基联苯胺(TMB)的氧 化。
17辣根过氧化物酶
TMBred + H2O2-^TMBox + 2 H2O
(无色)(蓝色)在具体实施例中，可以在盘33的表面上提供TMBred和过氧化氢的溶液，并且，在存 在HRP的位置中(例如，在HRP形成块65键合物质的一部分的阳性测定结果的位点)，对 TMB-进行氧化，以形成具有蓝色并且可以从溶液沉淀的TMBra。在不存在HRP的情况下(例 如，在远离阳性生物测定结果的位点的盘33上的位置处)，TMB氧化反应不会以显著的水平 发生，并且，TMBred基本上保持无色。在阳性生物测定结果的位置的附近的TMBraW蓝色倾 向于从光盘驱动器52的读取激光吸收光，从而在记录于光盘33上的数据中产生错误。发 明人在实验上已经确定，大于大约30%的透射率变化足以在光盘驱动器52的操作中可靠 地产生读取错误。将会认识到，在存在过氧化氢的情况下TMB的氧化的例子表示颜色变化反应的一 个具体例子。在其它实施例中，可以在块67中使用其它颜色变化反应来提供相似的颜色 变化效果。本领域的技术人员将会认识到，形成块65键合物质的一部分的(一种或多种) 具体酶将取决于块67颜色变化反应的性质。在另外其它的实施例中，不是特别必要的是， 为了影响在阳性测定结果的附近吸收的来自光盘驱动器52的激光的量而发生颜色变化反 应。在一些实施例中，可以通过在阳性测定结果的附近选择性地引入或沉积已着色的材料 来影响在阳性测定结果的附近吸收的来自光盘驱动器52的激光的量。例如，这种着色的材 料可以包括着色的晶体颗粒。返回到图1的方法10，在子块22结束时，方法10进入块16，块16涉及使用光学 驱动器52读取盘33来评估块14生物测定的结果。在所示的实施例中，一旦包含块14生 物测定的盘33被安装在光学驱动器52中，就可以通过计算机50来执行块16的其余部分， 该计算机50与光学驱动器52通信，并且控制光学驱动器52的操作。如图1所示，在执行 块16评估的过程中，计算机50可以被配置为执行下面更加详细地描述的解码软件54和错 误映射软件56。一般来说，对块14生物测定的结果的块16评估涉及(使用与数字数据相关的检 错冗余)检测记录于光盘33上的数字数据中的错误；以及将这些错误与阳性生物测定结果 相关联(例如，通过将这些错误与盘33上的具体测试位点43相关联，从而表现出阳性生物 测定结果)。块16评估过程以子块24中的检错开始。子块24检错是基于记录于光盘33 上的数据中的检错冗余(参见，上面对块12的描述)，并且，可以由执行数据解码软件54的 计算机50来执行。子块24的检错过程可以涉及使用常规光盘驱动器52来读取记录于 光盘33上的数字数据(包括数据有效载荷和检错冗余数据二者)；以及对数字数据进行解 码，以确定错误的存在。在子块24中对数据进行解码可以涉及这样的过程即，用来将检错 冗余赋予到记录于光盘33上的有效载荷数据中的编码过程的逆过程(即，共轭过程)。在 具体实施例中，块24解码过程可以涉及从有效载荷数据提取检错冗余和检验记录数据的 精确性。子块24检错过程可以涉及阈值化过程(thresholding process)，该阈值化过程涉 及错误密度和/或错误数量，其中，将超过某一阈值的错误密度和/或错误数量确定为阳性 测定结果。该阈值可以是下述错误密度和/或错误数量的3倍或更大(在一些实施例中， 10倍或更大)该错误密度和/或错误数量可以是对于没有经过子块20生物测定或块22处理的正常光盘所期望的。该阈值可以是在与阳性生物测定结果间隔开的位置处的错误密 度和/或错误数量的3倍或更大(在一些实施例中，10倍或更大)。如上所述，在具体实施例中(例如，在⑶音频数据记录在盘33上并且/或者 DVD视频数据记录到光盘33上的情况下)，使用理德-所罗门CIRC检错技术来对记录 于光盘33上的数据进行编码。这些理德-所罗门CIRC技术使用数据交错过程(data interleavingprocess)来编码和分布有效载荷数据，并且利用冗余奇偶检验位来保护有效 载荷数据的精确性。在这种实施例中，子块24检错过程可以涉及从有效载荷数据提取奇偶 检验位和检验记录数据的精确性。在奇偶检验期间的任何不一致(例如，在(如从在光学驱 动器52中读取的有效载荷数据确定的)期望的奇偶检验位和直接从光学驱动器52中的盘 33读取的奇偶检验位之间的不一致)指示错误。更具体地说，在这种实施例中，可以对从光 盘52读取的⑶音频数据或DVD视频数据(包括有效载荷数据和冗余数据)进行解码，并 且，可以通过执行解码软件54的计算机50处理每一帧(包括有效载荷数据和冗余数据)， 以检测错误的存在。因此，在这种实施例中，可以逐帧地检测有效载荷数据中的错误。在音 频数据的情况中，每一帧包含24字节的音频有效载荷数据和8字节的奇偶检验数据。利用 帧的编码方案的使用并不限于CD音频数据和DVD视频数据。在其中用来将数字数据及其 检错冗余记录到盘33的编码方案利用帧的任何实施例中，可以逐帧地执行识别错误的块 24过程。在子块22中的处理之后，在光盘33的PC表面上，光盘33上的阳性测定结果的位 点将包括相对较大的聚集体(conglomeration)(在子块22处理涉及增大阳性测定结果的 位点的尺寸的情况中)，因此，这些位点将散射光盘驱动器52的激光，从而导致在块24中检 测记录数据中的错误。类似地，在子块22处理涉及阳性测定结果的位点附近的颜色变化的 情况中，光盘驱动器52的激光可能会被吸收，从而导致在块24中检测记录数据中的错误。 对于子块22的增大尺寸的处理的情况，图2E示意性地描绘光学驱动器52的激光82正被 引导通过光学驱动器52的透镜83，并且在与根据上述的块12和14准备的⑶-R光盘33相 互作用时散射。⑶-R光盘33包括已经记录有数据72的染料层(dye layer)74。在所示的 实施例中，光盘33具有在其PC表面76上形成的阳性测定结果。在所示的实施例中，该阳 性测定结果包括具有被键合到目标生物分子78的(一种或多种)金属纳米颗粒(例如，金 和银)的多种生物分子78。如上所述，生物分子78和(一种或多种)纳米颗粒80的聚集 体可以具有在几百个纳米的数量级上的大小。这些聚集体的尺寸足以散射光学驱动器52 的读取激光82 (如84所示)，并且足以当计算机50在子块24中尝试使用数据解码软件54 评估记录数据74时产生相应的错误。在子块24中检测错误之后，块16评估过程进入子块26，子块26涉及将(一个或 多个)检测到的错误映射到光盘33表面上的(一个或多个)特定位置。子块26可以由执 行错误映射软件56的计算机50执行。错误映射软件56能够将记录数据中的错误映射到 光盘33表面上的相应的物理位置。在具体实施例中，在光盘33上的记录数据包括用检错 冗余逐帧地编码的音频CD数据、DVD视频数据或其它数据的情况下，数据解码(检错)软 件54能够识别包含错误的具体数据帧，并且，作为子块26的一部分，错误映射软件56将包 含错误的数据帧映射到光盘33上的特定物理位置。如上所述，记录于光盘33上的数据并 不限于音频⑶数据或DVD视频数据，但是通常可以包括用检错冗余编码的其它数据。在这种实施例中，错误映射软件56设置有关于记录于盘33上的数字数据的一些信息或方案，并 且，运行错误映射软件56的计算机50在块26中使用该信息或方案来确定已经出现错误的 盘33上的(一个或多个)位置。然后，块16评估过程进入子块28，子块28涉及确定阳性生物测定结果。由于在 子块26中确定的错误的盘上位置对应于阳性测定结果的盘上位点，所以可以在子块26中 使用子块24错误映射过程的结果来确定阳性生物测定结果的位置。如上所述，块20生物 测定的准备涉及获知或估计测试位点43的位置(图2D)。例如，测试位点43的位置可以 基于对通道板39，45的位置的获知。子块28可以涉及阈值化过程，该阈值化过程涉及错误 密度和/或错误数量，其中，将超过某一阈值的错误密度和/或错误数量确定为阳性测定结 果。该阈值可以是下述错误密度和/或错误数量的3倍或更大(在一些实施例中，10倍或 更大)该错误密度和/或错误数量可以是对于没有经过子块20生物测定或块22处理的 正常光盘所期望的。该阈值可以是在与阳性生物测定结果间隔开的位置处的错误密度和/ 或错误数量的3倍或更大(在一些实施例中，10倍或更大)。子块28可以涉及将检测到的 错误的盘上位置与测试位点43的盘上位置相关联。假设对于每一个测试位点43而言具体 探针生物分子和目标生物分子是已知的，在子块28中可以使用检测到的错误的盘上位置 与测试位点43的盘上位置的关联性来确定产生阳性生物测定结果的具体对的探针生物分 子和目标生物分子。本领域的技术人员将会认识到，可以组合数据解码软件54和错误映射软件56的 功能。可以用来实现数据解码软件54和错误映射软件56的功能中的一些或全部的几种 光盘质量诊断程序可以公开下载得到。例如，这种盘质量诊断程序包括可以从(http:// www. ρlextooIs. com/)获得的PlexTools Professional ；kprobe (可以从 http://www. k-probe. com/ 获得)；以及 Nero CD-DVDSpeed (可以从 http //www. cdspeed2000. com/ 获 得)。这种软件工具是专用于已经记录有⑶音频数据或DVD视频数据的光盘33。当在计 算机50上运行时，这些软件工具处理与通过光学驱动器52从光盘33读取的数据相对应的 错误统计，并且产生显示作为播放时间(即，已经播放⑶音频/DVD视频数据的时间)的函 数的块误率的变化的数据(例如，绘图)。因为播放时间对应于光盘33的表面上的特定物 理位置，所以，在假定阳性测定结果导致显著地中断光学驱动器52的激光读取的情况下可 以评估阳性测定结果。如果在具体播放时间(t)能够识别错误，则可以根据下述公式识别盘33表面上的 错误的径向位置ω
r2 - τ2— = -γ(1)
飞rP ~ ro其中t是检测到的错误的播放时间；r是盘表面上的检测到的错误的径向位置；r0是盘的不可编程的中心区域的半径；rp是盘的可编程区域的半径；以及τ是盘的总可记录时间。
对于典型的700-MB⑶-R盘33，在图3A中示意性地描绘示出公式(1)的各组分的 非限制性的例子，该盘33具有r。= 25mm的不可编程的中心区域和rp = 58mm的可编程区 域，并且能够记录τ =79. 7分钟的⑶音频数据。如果在错误分布图中在大约t= 15分 钟时出现错误峰值，则可以使用公式(1)来确定在具有半径r = 33. 77mm的近似的径向位 置处发生生物分子结合事件(阳性测定结果)。本领域的技术人员将会认识到，对于不同的光盘33和/或对于记录到这种光盘33 上的不同的数据，可以对公式(1)的参数和/或形式进行修改。而且，不必要的是，记录到 光盘33上的数据具有“播放时间”。在更加普通的实施例中，仅有必要的是，操作数据解码 软件54和错误映射软件56的计算机50能够将错误位置映射回到盘33上的物理位置，以 识别阳性测定结果的位点的盘上位置。在具体实施例中，使用方法10评估的生物测定可以包括所谓的“三明治”生物测 定，其中，在目标生物分子已经被键合到探针生物分子之后，可以将标记物质引入到盘33 的PC表面。作为上述的块53或块63的一部分，可以施加标记物质。在一个具体实施例中， 可以使用方法10来评估涉及蛋白质A的三明治生物测定，该蛋白质A是位于致病细菌鲜黄 色葡糖球菌(Staphylococcus aureus)的表面的膜蛋白质，该鲜黄色葡糖球菌可以例如在 人的鼻子或皮肤上发现，并且，可以导致从轻微感染到致命疾病的各种各样的疾病。鲜黄色 葡糖球菌通常键合到各种各样的IgG，从而通过主体的免疫系统避免吞噬作用。可以通过下 述方式来构造三明治结构使探针抗蛋白质A抗体键合到光盘33的活化的PC表面；将蛋白 质A目标弓丨入到光盘33的PC表面，使得目标蛋白质A键合到探针抗蛋白质A ；以及将第二 抗蛋白质A抗体标记物质引入到盘33的表面，以键合到蛋白质A的目标。第二抗蛋白质A 抗体标记物质可以不同于探针抗蛋白质A抗体，从而第二抗蛋白质A抗体标记物质和探针 在不同的键合位点键合到蛋白质A目标。然后，可以根据方法51或61(视情况而定)的其余部分处理所得到的三明治生物 测定，并且，可以根据上述的块16评估所得到的三明治生物测定。在一些实施例中，金纳米 颗粒种子可以直接被键合到第二抗蛋白质A抗体(在将第二抗蛋白质A抗体引入到盘33 的表面之前或之后)。在这种实施例中，第二抗蛋白质A抗体可以按与上述的块53标记物 质和块55键合物质二者相似的方式行使作用。类似地，在一些实施例中，酶可以直接被键 合到第二抗蛋白质A抗体(在将第二抗蛋白质A抗体引入到盘33的表面之前或之后)。在 这种实施例中，第二抗蛋白质A抗体可以按与上述的块63标记物质和块65键合物质二者 相似的方式行使作用。一般来说，使用第二抗体作为三明治生物测定中的标记物质或者其一部分，并不 限于涉及蛋白质A目标的生物测定。将会认识到，相似的第二抗体能够用作用于涉及其它 生物分子目标的生物测定的标记物质或其一部分。在另一示例性实施例中，可以使用方法10来评估涉及凝血酶的三明治生物测定， 该凝血酶是在血液凝固级联中起重要作用的丝氨酸蛋白酶。可以通过下述方式来构造三明 治结构使探针抗凝血酶抗体键合到光盘33的活化的PC表面；将目标(凝血酶)引入到光 盘33的PC表面，使得目标凝血酶键合到探针抗凝血酶抗体；以及将适体标记物质引入到盘 33的表面，以键合到目标凝血酶。适体是包括特定核酸序列的合成分子。在下面用粗体示 出适合于结合到凝血酶的适体序列
5' -H2N(CH2)5TTTTTTTTTTTTTTTGGTTGGTGTGGTTGG-3'。适体标记物质可以在与探 针抗凝血酶抗体不同的键合位点处键合到凝血酶。然后，可以根据方法51或61 (视情况而 定)的其余部分处理所得到的生物测定，并且，可以根据上述的块16评估该生物测定.在 一些实施例中，可以按与上述的方式(块53或块63)相似的方式用生物素标记适体标记物 质。在这种实施例中，可以在施加到盘33之前用生物素标记适体，然后，在将目标生物分子 已经键合到探针生物分子之后，可以将适体/生物素标记物质引入到盘33。在这种实施例 中，引入键合物质(块55或块65)以及增大阳性测定结果的尺寸(块57)或者实现颜色变 化反应(块67)可以与上述的处理基本上相似。一般来说，使用适体作为三明治生物测定中的标记物质或者其一部分，并不限于 涉及凝血酶目标的生物测定。将会认识到，相似的适体能够用作用于涉及其它生物分子目 标的生物测定的标记物质或其一部分。发明人执行了大量的实验，旨在评估上述的方法和系统。使用墨染污光盘33，发明 人确定，在 260 μ m数量级上的斑点尺寸能够在记录有⑶音频数据的光盘33的错误密度 方面产生可持续检测到的增大。期望可以使可检测到的分辨率更小，但是，基于光学驱动器 52的激光斑点的尺寸，对于可检测到的错误分辨率可能会有限制。例如，期望的是，与具有 相对较大的激光斑点的CD光学驱动器52相比，具有相对较小的激光斑点的DVD光学驱动 器52能够检测具有更高分辨率(即，较小的斑点尺寸)的错误。实验 #1-生物素-链霉抗生物素蛋白生物测定
含有生物素的五个结合带(binding strip)被固定在光盘的PC表面上，该光 盘记录有CD音频数据，并且，光盘的PC表面被UV和臭氧的组合活化。在PDMS流体板 的帮助下固定生物素结合带。通过将生物素基-3，6，9-三噁癸二胺(biotinyl-3，6， 9-trioxaundecanediamine)偶联到光盘的活化的PC表面上的羧酸基团来准备表面约束生 物素(surface bound biotin)。然后，将生物素结合带与提供在1. 0 μ 1微流体通道中的五 种不同浓度(0. 1,0. 2,0. 4、0. 8和1. 6μ g/ml)的金纳米颗粒-链霉抗生物素蛋白共轭物反 应。然后，将盘的表面经过50分钟的银增强反应(参见图2A的步骤22B)，这样导致结 合位点变暗(参见图4A中的⑶表面的光学图像202)。原子力显微镜(AFM)图像206 (图 4A)揭示了，生物素-链霉抗生物素蛋白结合位点包括相对较大尺寸的纳米颗粒(具有在 90-300nm的数量级上的大小)。AFM图像206还揭示了，纳米颗粒的尺寸逐渐地减小，并且， 纳米颗粒的颗粒密度随着链霉抗生物素蛋白浓度的增大而逐渐地增大。在不希望受任何 具体理论的约束的情况下，当前普遍认识，颗粒尺寸和密度变化可能是由于金纳米颗粒“种 子”的数量的不同和竞争生长的效果的缘故。当在光盘驱动器中读取光盘时，记录在光盘上的CD音频数据表现出具有五个峰 值的特征错误分布204 (图4A)，这五个峰值的位置(播放时间)与盘上的结合带的相应物 理位置很好地匹配。图4A绘图的纵坐标是指块误率。如本文中所用的块误率是错误密度 测量结果，其是指记录数据的块(也称为扇区)中的错误的数量。对于CD音频数据，1块 记录数据包含98帧，并且，每帧记录数据包含33字节(24字节的音频数据、8纠错字节和1 子代码字节)。在可以播放记录于盘上的数据的情况下，可以将记录数据的块转换为播放时 间的单位，这是术语“块误‘率’”的原因。块误率可以是专用于记录有音频CD数据的盘的术语。对于其它类型的光盘和/或其它类型的记录数据，块误率可以被视为错误密度测量 结果。在图4B中绘出的数据208显示了，(用光学显微镜确定的)结合位点的光学暗度比 (ODR)和错误密度(每mm2的错误数量)二者都取决于目标生物分子的浓度。光学暗度比 (ODR)由公式⑵定义
ODR= (Ib-Is)/Ib
(2)
其中，Ib是背景的平均发光度，并且，Is是作为颗粒尺寸和密度的函数的结合位点 的发光度。图4B绘图示出了，对于低目标浓度，错误密度和ODR与目标分子(链霉抗生物 素蛋白)的浓度近似成比例，并且，对于较高的目标浓度，错误密度和ODR都达到平稳状态。
实验#2-匹配的DNS牛物测定
在表1中示出用于DNA生物测定实验的DNA探针和生物素标记DNA目标。
权利要求
1.一种使用常规光盘驱动器来评估探针生物分子和目标生物分子之间的生物测定的 结果的方法，该方法包括将探针生物分子键合到光盘的聚碳酸酯(PC)表面，该光盘上记录有包括检错冗余的 数字数据；将目标生物分子引入到键合的探针生物分子附近的光盘的PC表面； 对生物测定进行处理，以改变来自光盘驱动器的读取光与阳性生物测定结果附近的光 盘发生光学相互作用的方式，在阳性生物测定结果中目标生物分子已经键合到探针生物分 子；使用光学驱动器从光盘读取数字数据，并且，使用检错冗余来检测由光学驱动器读取 的数字数据中的错误；将检测到的错误映射到光盘上的相应位置；以及 确定在检测到的错误的位置处已经出现阳性生物测定结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，光盘驱动器包括标准的未改性的光盘驱动器硬件。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，对生物测定进行处理包括增大 阳性生物测定结果的尺寸，从而基本上改变被阳性生物测定结果散射的来自光盘驱动器的 读取光的量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，增大阳性生物测定结果的尺寸包括自动金相学处理。
5.根据权利要求3至4中的任一项所述的方法，其中，增大阳性生物测定结果的尺寸包括将标记物质键合到目标生物分子；将键合物质引入到PC表面，该键合物质包括可键合到标记物质的第一材料和种子的 共轭物；以及将增大尺寸的物质引入到PC表面，该增大尺寸的物质可键合到种子， 其中，键合物质的第一材料在阳性生物测定结果的位点处键合到标记物质，并且，增大 尺寸的物质键合到键合物质的种子，以增大阳性生物测定结果的尺寸。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，标记物质包括生物素。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之前，将 标记物质键合到目标生物分子。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括抗-生 物素抗体。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括链霉抗 生物素蛋白。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，目标生物分子均包括蛋白质，并且，标记物质包 括该蛋白质的抗体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之后， 将标记物质键合到目标生物分子。
12.根据权利要求10至11中的任一项所述的方法，其中，将标记物质键合到目标生物分子包括将抗体在与目标分子键合到探针生物分子的键合位点不同的键合位点处键合到 蛋白质。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，标记物质包括生物素。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括抗-生物素抗体。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括链霉抗生物素蛋白。
16.根据权利要求5至15中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括稳定金属 纳米颗粒。
17.根据权利要求5至16中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括金纳米颗粒。
18.根据权利要求5至17中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括稳定金属 纳米颗粒。
19.根据权利要求5至18中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括银纳米颗粒。
20.根据权利要求3至4中的任一项所述的方法，其中，增大阳性生物测定结果的尺寸 包括将标记物质键合到目标生物分子；将键合物质引入到PC表面，该键合物质包括可键合到标记物质的种子；以及 将增大尺寸的物质引入到PC表面，该增大尺寸的物质可键合到种子， 其中，键合物质的种子在阳性生物测定结果的位点处键合到标记物质，并且，增大尺寸 的物质键合到键合物质的种子，以增大阳性生物测定结果的尺寸。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，标记物质包括硫醇(-SH)基团。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，目标生物分子均包括蛋白质，并且，标记物质 包括该蛋白质的抗体。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之后， 将标记物质键合到目标生物分子。
24.根据权利要求22至23中的任一项所述的方法，其中，将标记物质键合到目标生物 分子包括将抗体在与目标分子键合到探针生物分子的键合位点不同的键合位点处键合到 蛋白质。
25.根据权利要求20至M中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括稳定金 属纳米颗粒。
26.根据权利要求20至25中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括金纳米颗粒。
27.根据权利要求20至沈中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括稳定金 属纳米颗粒。
28.根据权利要求20至27中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括银纳米颗粒。
29.根据权利要求3至4中的任一项所述的方法，其中，增大阳性生物测定结果的尺寸 包括将标记物质键合到目标生物分子，该标记物质包括种子；以及将增大尺寸的物质引入到PC表面，该增大尺寸的物质可键合到种子， 其中，增大尺寸的物质键合到种子，以增大阳性生物测定结果的尺寸。
30.根据权利要求四所述的方法，其中，标记物质包括硫醇(-SH)基团。
31.根据权利要求四所述的方法，其中，目标生物分子均包括蛋白质，并且，标记物质 包括该蛋白质的抗体。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之后， 将标记物质键合到目标生物分子。
33.根据权利要求31至32中的任一项所述的方法，其中，将标记物质键合到目标生物 分子包括将抗体在与目标分子键合到探针生物分子的键合位点不同的键合位点处键合到 蛋白质。
34.根据权利要求四至33中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括稳定金 属纳米颗粒。
35.根据权利要求四至34中的任一项所述的方法，其中，键合物质的种子包括金纳米颗粒。
36.根据权利要求四至35中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括稳定金 属纳米颗粒。
37.根据权利要求四至36中的任一项所述的方法，其中，增大尺寸的物质包括银纳米颗粒。
38.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，对生物测定进行处理包括将 着色的材料选择性地定位在阳性生物测定结果的附近，从而基本上改变在阳性生物测定结 果的附近被吸收的来自光盘驱动器的读取光的量。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，将着色的材料选择性地定位在阳性生物测定 结果的附近包括将颜色变化材料引入到PC表面；以及在阳性生物测定结果的附近选择性 地实现颜色变化反应。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，在阳性生物测定结果的附近实现颜色变化反 应包括实现酶反应诱导的颜色变化。
41.根据权利要求39至40中的任一项所述的方法，其中，在阳性生物测定结果的附近 实现颜色变化反应包括将标记物质键合到目标生物分子；将键合物质引入到PC表面，该键合物质包括可键合到标记物质的第一材料和酶的共 轭物；以及将一种或多种颜色变化反应物引入到PC表面，其中，键合物质的第一材料在阳性生物测定结果的位点处键合到标记物质，并且，颜色 变化反应物进行由酶催化的颜色变化反应，以在阳性生物测定结果的附近产生一种或多种 反应产物，所述一种或多种反应产物具有与颜色变化反应物不同的颜色。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，标记物质包括生物素。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之前， 将标记物质键合到目标生物分子。
44.根据权利要求41至43中的任一项所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括抗-生物素抗体。
45.根据权利要求41至44中的任一项所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括链 霉抗生物素蛋白。
46.根据权利要求41所述的方法，其中，目标生物分子均包括蛋白质，并且，标记物质 包括该蛋白质的抗体。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之后， 将标记物质键合到目标生物分子。
48.根据权利要求46至47中的任一项所述的方法，其中，将标记物质键合到目标生物 分子包括将抗体在与目标分子键合到探针生物分子的键合位点不同的键合位点处键合到 蛋白质。
49.根据权利要求46至48中的任一项所述的方法，其中，标记物质包括生物素。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括抗-生物素抗体。
51.根据权利要求49所述的方法，其中，键合物质的第一材料包括链霉抗生物素蛋白。
52.根据权利要求39至40中的任一项所述的方法，其中，在阳性生物测定结果的附近 实现颜色变化反应包括将标记物质键合到目标生物分子，该标记物质包括酶；以及将一种或多种颜色变化反应物引入到PC表面，其中，颜色变化反应物进行由酶催化的颜色变化反应，以在阳性生物测定结果的附近 产生一种或多种反应产物，所述一种或多种反应产物具有与颜色变化反应物不同的颜色。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，目标生物分子均包括蛋白质，并且，标记物质 包括该蛋白质的抗体。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，在将目标生物分子引入到光盘的PC表面之后， 将标记物质键合到目标生物分子。
55.根据权利要求53至M中的任一项所述的方法，其中，将标记物质键合到目标生物 分子包括将抗体在与目标分子键合到探针生物分子的键合位点不同的键合位点处键合到 蛋白质。
56.根据权利要求41至55中的任一项所述的方法，其中，酶包括辣根过氧化物酶 (HRP)。
57.根据权利要求41至55中的任一项所述的方法，其中，所述一种或多种颜色变化反 应物包括四甲基联苯胺(TMB)和过氧化氢(H2O2)。
58.根据权利要求41至55中的任一项所述的方法，其中，由酶催化的颜色变化反应包 括氧化反应。
59.根据权利要求1至58中的任一项所述的方法，其中，确定在检测到的错误的位置处 已经出现阳性生物测定结果包括使检测到的错误的密度经过阈值测试；以及断定在检测 到的错误的密度大于阈值的位置处已经出现阳性生物测定结果。
60.根据权利要求1至60中的任一项所述的方法，其中，包括检错冗余的数字数据包括 下述数据中的一种或多种CD音频数据；DVD视频数据；以及蓝光视频数据。
61.根据权利要求61所述的方法，其中，将检测到的错误映射到光盘上的相应位置包 括确定检测到的错误的播放时间；以及使用该播放时间来确定光盘上的相应位置。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，使用该播放时间来确定光盘上的相应位置包 括对于具体的播放时间(t)，根据下式确定光盘上的相应的径向位置(r)其中r。是盘的不可编程的中心区域的半径；rp是盘的可编程的区域的半径；以及τ是盘的总可记录时间。
63.根据权利要求1至59中的任一项所述的方法，其中，根据下述方案中的任意一种或 多种对检错冗余进行编码数据重复方案；数据奇偶检验方案；数据检验和方案；循环冗余 检验方案；水平冗余检验方案；垂直冗余检验方案；基于海明距离的方案；散列函数方案； 极性方案；以及基于密码消息的方案。
64.根据权利要求1至63中的任一项所述的方法，其中，将探针生物分子键合到光盘的 聚碳酸酯(PC)表面，将目标生物分子引入到光盘的PC表面，以及对生物测定进行处理以改 变来自光盘驱动器的读取光与阳性生物测定结果附近的光盘发生光学相互作用的方式，并 没有显著地影响下述能力即，在盘的与阳性生物测定结果的附近间隔开的区域中使用光 学驱动器从光盘读取数字数据的能力。
65.根据权利要求1至64中的任一项所述的方法，其中，使用光学驱动器从光盘读取数 字数据和使用检错冗余检测数字数据中的错误包括检测错误密度，在阳性生物测定结果 附近的错误密度是在与阳性生物测定结果的附近间隔开的区域中的错误密度的10倍或更 大。
66.一种使用常规光盘驱动器来评估探针生物分子和目标生物分子之间的生物测定的 结果的方法，所述探针生物分子被键合到光盘的聚碳酸酯(PC)表面，该光盘上记录有包括 检错冗余的数字数据，该方法包括对生物测定进行处理，以改变来自光盘驱动器的读取光与阳性生物测定结果附近的光 盘发生光学相互作用的方式，在阳性生物测定结果中目标生物分子已经键合到探针生物分 子；使用光学驱动器从光盘读取数字数据，并且，使用检错冗余来检测由光学驱动器读取 的数字数据中的错误；将检测到的错误映射到光盘上的相应位置；以及确定在检测到的错误的位置处已经出现阳性生物测定结果。
67.根据权利要求66所述的方法，其中，光盘驱动器包括标准的未改性的光盘驱动器 硬件。
68.根据权利要求66和67中的任一项所述的方法，其中，对生物测定进行处理包括 增大阳性生物测定结果的尺寸，从而基本上改变被阳性生物测定结果散射的来自光盘驱动 器的读取光的量。
69.根据权利要求68所述的方法，其中，增大阳性生物测定结果的尺寸包括自动金相 学处理。
70.根据权利要求66和67中的任一项所述的方法，其中，对生物测定进行处理包括 将着色的材料选择性地定位在阳性生物测定结果的附近，从而基本上改变在阳性生物测定 结果的附近被吸收的来自光盘驱动器的读取光的量。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，将着色的材料选择性地定位在阳性生物测定 结果的附近包括将颜色变化材料引入到PC表面；以及在阳性生物测定结果的附近选择性 地实现颜色变化反应。
72.根据权利要求71所述的方法，其中，在阳性生物测定结果的附近实现颜色变化反 应包括实现酶反应诱导的颜色变化。
73.一种评估探针生物分子和目标生物分子之间的生物测定的结果的系统，所述探针 生物分子被键合到光盘的聚碳酸酯(PC)表面，该光盘上记录有包括检错冗余的数字数据， 该系统包括常规光盘驱动器，被配置为从光盘读取数字数据；生物测定处理器，用于对生物测定进行处理，以改变来自光盘驱动器的读取光与阳性 生物测定结果附近的光盘发生光学相互作用的方式，在阳性生物测定结果中目标生物分子 已经键合到探针生物分子；和计算机，被连接为接收由光学驱动器读取的数字数据，并且被配置为使用检错冗余来检测由光学驱动器读取的数字数据中的错误；将检测到的错误映射到光盘上的相应位置；以及确定在检测到的错误的位置处已经出现阳性生物测定结果。
74.包括本文所公开的任何新特征、特征组合或特征的子组合的方法。
75.包括本文所公开的任何新特征、特征组合或特征的子组合的系统。
全文摘要
本发明描述了使用常规光盘驱动器来评估探针生物分子和目标生物分子之间的生物测定的结果的方法和系统。具体方法涉及将探针生物分子键合到光盘的聚碳酸酯(PC)表面，该光盘上记录有包括检错冗余的数字数据；将目标生物分子引入到键合的探针生物分子附近的光盘的PC表面；对生物测定进行处理，以改变来自光盘驱动器的读取光与阳性生物测定结果附近的光盘发生光学相互作用的方式，在阳性生物测定结果中目标生物分子已经键合到探针生物分子；使用光学驱动器从光盘读取数字数据，并且，使用检错冗余来检测由光学驱动器读取的数字数据中的错误；将检测到的错误映射到光盘上的相应位置；以及确定在检测到的错误的位置处已经出现阳性生物测定结果。
文档编号G01N33/545GK102037358SQ200980115441
公开日2011年4月27日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年2月29日
发明者于化忠, 李运超, 欧妙怜(莉丽) 申请人:西蒙·弗雷泽大学