用包含荧光基团和磁性基团的结构物分析样品的方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求了提交于2014年10月20日的美国临时专利申请62/066,217的优先权，为了所有的目的，其全部内容通过引用的方式并入本文中。

本文涉及在样品，例如，复合生物样品中检测分析物，以及检测所述分析物的存在(或不存在)、水平、和/或活性的组合物、装置和方法。在某些方面，所述方法在可控磁场中采用一种或多种结构物，其中每种结构物含有连接了或结合了荧光基团的磁性基团。

背景技术：

在下面的讨论中，基于背景和介绍的目的描述了某些文章和方法。本文包含的任何内容都不应被解释为对现有技术的“承认”。在适当的情况下，申请人明确保留论证本文引用的所述文章和方法根据适用的法定条文不构成现有技术的权力。

多种方法可用于分析生物介质，例如血液。这些方法可以被广泛地分成光学荧光法、光学相位法、电化学法、和磁技术方法。例如，典型的光学荧光法有酶联免疫吸附法(elisa)。表面等离子共振(spr)是一种常用的光学相位法。还可以使用电化学方法例如差动脉冲伏安法(dpv)，以及磁技术方法例如磁弛豫法(maria)。

典型地上述方法包括需要重建或更换的传感元件。重建通常涉及用一系列试剂处理，无法在可控的实验室环境之外使用，并且需要仔细考虑校准问题。此外，所配套的硬件体积庞大并且价格昂贵。更换可以更好地适合非实验室环境(例如居住环境中使用)，但经常性成本考虑因素可能限制了其广泛使用。

上述方法还经常存在非特异性结合的弱点，干扰分析物浓度的精确测定。复杂的生物样品包含过多的可与将结合到目标分析物分子的受体相互作用、甚至相互削弱的分子。通过代理行为可能会错误地夸大分析物浓度的测量值，或者通过阻止所述分析物的结合可能会错误地低估分析物浓度的测量值。

因为上述这些缺陷，需要开发一些可广泛适用于复杂生物样品的便捷的、廉价的、可靠的、适合的分析的新方法、组合物和/或系统，例如用于疾病诊断的血液样品。

技术实现要素：

本发明内容并不旨在用来限制所请求保护的主题的范围。所请求保护的主题的其它特征、细节、作用、和优点在包括相应附图和权利要求披露的那些方面的详细描述中是显而易见的。

一方面，本文披露了一种用于分析样品中的分析物的方法，包括：提供包含磁性基团和荧光基团的结构物，所述磁性基团和荧光基团通过连接物连接在一起以便所述两个基团各自具有一定程度的扩散独立性，其中所述荧光基团和/或所述连接物可与目标分析物结合；用样品接触所述结构物使所述荧光基团和/或所述连接物与假使存在于样品中的所述目标分析物相互作用；向所述样品施加第一磁场使所述结构物朝表面迁移，其中所述第一磁场包括轴向磁场分量；向所述样品施加第二磁场使所述结构物沿着所述表面迁移，其中所述第二磁场包括横向磁场分量；向所述表面施加足以激发所述荧光基团中的荧光的瞬逝场；并且测定所述荧光基团的荧光发射，其指示所述样品中目标分析物的存在、水平、和/或活性。

在一个实施例中，施加第二磁场的步骤包括变换所述横向磁场分量的强度足以使所述荧光基团的扩散运动在所述瞬逝场内和场外交替进行。

在前述任一实施例中，所述测定步骤可以包括测定所述荧光基团的荧光发射的幅度和/或相位和/或荧光发射偏振。一方面，所述荧光发射的幅度和/或相位提供样品中目标分析物的存在、水平、和/或活性的量度。

在前述任一实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物可以包括一个或多个可特异性结合所述目标分析物的受体。一方面，所述第一磁场包括轴向磁场梯度。另一方面，所述第二磁场包括横向磁场梯度。

在前述任一实施例中，所述样品可以包括生物样品。

在前述任一实施例中，所述连接物可以选自由树枝状分子、树形分子、分子链、手性分子链、石墨烯碳纳米管、石墨烯纳米、多聚核苷酸、聚合物链、多核苷酸、多肽、多环芳烃分子、多环分子、热解碳、多糖、高分子、及其组合组成的组。在前述任一实施例中，所述连接物包括聚乙二醇(peg)和/或聚氧化乙烯(peo)。一方面，所述连接物使所述磁性基团和所述荧光基团各自具有一定程度的扩散独立性。在一些实施例中，所述连接物长度处于约10nm和约50nm、约50nm和约100nm、约100nm和约500nm、约500nm和约1,000nm、约1,000nm和约5,000nm、5,000nm和约10,000nm、或约10,000nm和约50,000nm之间。在其它实施例中，所述连接物长度在约50nm和约200nm之间。在另外的其它实施例中，所述连接子长度处在约1nm和约5nm、约5nm和约10nm、约50,000nm和约100,000nm、100,000nm和约500,000nm、或约500,000nm和约1,000,000nm之间。

在前述任一实施例中，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以便将所述目标分析物与所述结构物之间的特异性结合从所述结构物的非特异性结合中区分出来。另一方面，所述方法进一步包括改变所述横向磁场分量以确定出从结构物中分离出目标分析物所需的作用力。而另一方面，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以确定在不同的流体动力学横流条件下所述荧光基团和/或所述连接物的流体力学行为。

在前述任一实施例中，所述第二磁场的横向磁场分量可以周期性地撤回或减小。一方面，在所述第一磁场的轴向磁场分量期间所述第二磁场的横向磁场分量可以周期性地撤回或减小。

在前述任一实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物可以包括不对称成分，以便流体动力学横流引导所述荧光基团单方向旋转。

在前述任一实施例中，所述表面可以允许荧光发射通过。在前述任一实施例中，所述表面可以是透明的。

在进一步方面，本文公开了一种用于分析样品中的分析物的方法，包括提供含有磁性基团和荧光基团的结构物，所述磁性基团和荧光基团由连接物连接以便所述两个基团表现出各自的一定程度的扩散独立性，其中所述荧光基团和/或所述连接物可以与目标分析物结合，并且其中所述荧光基团和/或所述连接物包括不对称成分，以便流体动力学横流引导所述荧光基团的单方向旋转；用样品与所述结构物接触使所述荧光基团和/或所述连接物与假使存在于样品中的目标分析物相互作用；向所述样品施加第一磁场使所述结构物朝表面移动，其中所述第一磁场包括轴向磁场分量；向所述样品施加第二磁场使所述结构物沿着所述表面移动，其中所述第二磁场包括横向磁场分量，其中所述结构物的横向移动引导所述荧光基团单方向旋转；向所述表面施加瞬逝场以足以激发所述荧光基团中的荧光；并测定所述荧光基团的荧光发射循环，其中所述荧光基团的荧光发射循环频率指示所述样品中分析物的存在、水平和/或活性。

在一个实施例中，所述测定步骤包括测定所述荧光基团的荧光发射的幅度和/或相位和/或荧光发射偏振。

在前述任一实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物可以包括一个或多个可以特异性结合目标分析物的受体。一方面，所述第一磁场包括轴向磁场梯度。另一方面，所述第二磁场包括横向磁场梯度。

在前述任一实施例中，所述样品可以包括生物样品。

在前述任一实施例中，所述连接物可以选自由树枝状分子、树形分子、分子链、手性分子链、石墨烯碳纳米管、石墨烯纳米、多聚核苷酸、聚合物链、多核苷酸、多肽、多环芳烃分子、多环分子、热解碳、多糖、高分子、及其组合组成的组。在前述任一实施例中，所述连接物包括聚乙二醇(peg)和/或聚氧化乙烯(peo)。一方面，所述连接物使所述磁性基团和所述荧光基团各自具有一定程度的扩散独立性。在一些实施例中，所述连接物长度处于约10nm和约50nm、约50nm和约100nm、约100nm和约500nm、约500nm和约1,000nm、约1,000nm和约5,000nm、5,000nm和约10,000nm、或约10,000nm和约50,000nm之间。在其它实施例中，所述连接物长度在约50nm和约200nm之间。在另一些实施例中，所述连接子长度处在约1nm和约5nm、约5nm和约10nm、约50,000nm和约100,000nm、100,000nm和约500,000nm、或约500,000nm和约1,000,000nm之间。

在前述任一实施例中，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以便将所述目标分析物与所述结构物之间的特异性结合从所述结构物的非特异性结合中区分出来。另一方面，所述方法进一步包括改变所述横向磁场分量以确定出从结构物中分离出目标分析物所需的力。而另一方面，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以确定不同流体动力学横流条件下所述荧光基团和/或所述连接物的流体力学行为。

在前述任一实施例中，可以保持所述第二磁场的横向磁场分量。另一方面，在保持所述第一磁场的轴向磁场分量期间维持所述第二磁场的横向磁场分量。

在前述任一实施例中，所述瞬逝场可以偏振。在前述任一实施例中，所述表面可以允许所述荧光发射通过。在前述任一实施例中，所述表面可以是透明的。

另一方面，提供了一种用于分析样品中分析物的方法，所述方法包括：提供包含磁性基团和荧光基团的结构物，所述磁性基团和荧光基团通过连接物连接在一起以便所述两个基团表各自具有一定程度的扩散独立性，其中所述荧光基团和/或所述连接物可与目标分析物结合；用样品接触所述结构物使所述荧光基团和/或所述连接物与假使存在于样品中的所述目标分析物相互作用；向所述样品施加第一磁场使所述结构物朝表面移动，其中所述第一磁场包括轴向磁场分量；向所述样品施加第二磁场使所述结构物沿着所述表面移动，其中所述第二磁场包括横向磁场分量；向所述表面施加偏振瞬逝场以足以激发所述荧光基团中的荧光；并且测定所述荧光基团的荧光偏振角以指示出所述样品中目标分析物的存在、水平、和/或活性。

在一个实施例中，所述测定步骤进一步包括测定所述荧光基团的荧光发射的幅度和/或相位和/或荧光发射偏振。

在前述任一实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物可以包括一个或多个可以特异性结合目标分析物的受体。一方面，所述第一磁场包括轴向磁场梯度。另一方面，所述第二磁场包括横向磁场梯度。

在前述任一实施例中，所述样品可以包括生物样品。

在前述任一实施例中，所述连接物可以选自由树枝状分子、树形分子、分子链、手性分子链、石墨烯碳纳米管、石墨烯纳米、多聚核苷酸、聚合物链、多核苷酸、多肽、多环芳烃分子、多环分子、热解碳、多糖、高分子、及其组合组成的组。在前述任一实施例中，所述连接物包括聚乙二醇(peg)和/或聚氧化乙烯(peo)。一方面，所述连接物使所述磁性基团和所述荧光基团各自具有一定程度的扩散独立性。在一些实施例中，所述连接物长度处于约10nm和约50nm、约50nm和约100nm、约100nm和约500nm、约500nm和约1,000nm、约1,000nm和约5,000nm、5,000nm和约10,000nm、或约10,000nm和约50,000nm之间。在其它实施例中，所述连接物长度在约50nm和约200nm之间。而另一些实施例中，所述连接子长度处在约1nm和约5nm、约5nm和约10nm、约50,000nm和约100,000nm、100,000nm和约500,000nm、或约500,000nm和约1,000,000nm之间。

在前述任一实施例中，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以便将所述目标分析物与所述结构物之间的特异性结合从所述结构物的非特异性结合中区分出来。另一方面，所述方法进一步包括改变所述横向磁场分量以确定出从结构物中分离出目标分析物所需的力。而另一方面，所述方法可以进一步包括改变所述横向磁场分量以确定不同流体动力学横流条件下所述荧光基团和/或所述连接物的流体力学行为。

在前述任一实施例中，所述第二磁场的横向磁场分量可以维持。另一方面，在维持所述第一磁场的轴向磁场分量期间维持所述第二磁场的横向磁场分量。

在前述任一实施例中，所述表面可以允许所述荧光发射通过。在前述任一实施例中，所述表面可以是透明的。

另一方面，本文提供的是一种用于分析样品中的分析物的系统，包括：含有磁性基团和荧光基团的结构物，所述磁性基团和荧光基团由连接物连接以便所述两个基团各自具有一定程度的扩散独立性，其中所述荧光基团和/或所述连接物可以与目标分析物结合；表面；用于向所述样品施加第一磁场使所述结构物朝表面移动的装置，其中所述第一磁场包括轴向磁场分量；用于向所述样品施加第二磁场使所述结构物沿着所述表面移动的装置，其中所述第二磁场包括横向磁场分量；用于向所述表面施加瞬逝场以足以激发所述荧光基团中的荧光的装置；以及用于测定指示所述样品中分析物的存在、水平和/或活性的所述荧光基团的荧光发射的装置。

在一个实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物包含一个或多个不对称成分以便流体动力学横流引导所述荧光基团的单方向旋转，并且用于测量荧光发射的所述装置包含用于测量荧光发射循环的装置。在另一个实施例中，用于施加瞬逝场的装置包含向所述表面施加偏振瞬逝场以足以激发所述荧光基团中的荧光的装置，并且用于测定荧光发射的装置包含用于测定所述荧光基团的荧光偏振角的装置。

在前述任一实施例中，用于施加第二磁场的装置可以包含用于变换所述横向磁场分量的强度足以使所述荧光基团的扩散运动在所述瞬逝场内和场外交替进行的装置。

在前述任一实施例中，所述测定荧光发射的装置可以包含用于测定所述荧光基团的荧光发射的幅度和/或相位的装置。

在前述任一实施例中，所述荧光发射的幅度和/或相位可以提供样品中目标分析物的存在、水平、和/或活性的量度。

在前述任一实施例中，所述荧光基团和/或所述连接物可以包括一个或多个可以特异性结合目标分析物的受体。

在前述任一实施例中，所述第一磁场包括轴向磁场梯度。在前述任一实施例中，所述第二磁场包括横向磁场梯度。在前述任一实施例中，所述样品可以是生物样品。

在前述任一实施例中，所述连接物可以选自由树枝状分子、树形分子、分子链、手性分子链、石墨烯碳纳米管、石墨烯纳米、多聚核苷酸、聚合物链、多核苷酸、多肽、多环芳烃分子、多环分子、热解碳、多糖、高分子、及其组合组成的组。在前述任一实施例中，所述连接物包括聚乙二醇(peg)和/或聚氧化乙烯(peo)。一方面，所述连接物使所述磁性基团和所述荧光基团各自具有一定程度的扩散独立性。在一些实施例中，所述连接物长度处于约10nm和约50nm、约50nm和约100nm、约100nm和约500nm、约500nm和约1,000nm、约1,000nm和约5,000nm、5,000nm和约10,000nm、或约10,000nm和约50,000nm之间。在其它实施例中，所述连接物长度在约50nm和约200nm之间。在另一些实施例中，所述连接子长度处在约1nm和约5nm、约5nm和约10nm、约50,000nm和约100,000nm、100,000nm和约500,000nm、或约500,000nm和约1,000,000nm之间。

在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含用于改变所述横向磁场分量以便将所述目标分析物与所述结构物之间的特异性结合从所述结构物的非特异性结合中区分出来的装置。在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含用于改变所述横向磁场分量以确定出从结构物中分离出目标分析物所需的力的装置。在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含用于改变所述横向磁场分量以确定不同流体动力学横流条件下所述荧光基团和/或所述连接物的流体力学行为的装置。

在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包括用于周期性地撤回或减小所述第二磁场的横向磁场分量的装置。在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含，用于在维持所述第一磁场的轴向磁场分量期间周期性地撤回或减小所述第二磁场的横向磁场分量的装置。

在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含用于维持所述第二磁场的横向磁场分量的装置。在前述任一实施例中，所述系统可以进一步包含用于在位置所述第一磁场的轴向磁场分量期间维持所述第二磁场的横向磁场分量的装置。

在前述任一实施例中，所述表面可以允许荧光发射通过。在前述任一实施例中，所述表面可以是透明的。

附图简要说明

图1是根据本文的一方面的结构物的示意图，具有分子连接物，在荧光颗粒上带有受体位点。

图2是根据本文的一方面的结构物的示意图，其具有分子连接物，在所述连接物上带有受体位点。

图3是根据本文的一方面的结构物的示意图，其具有附着在磁性颗粒上的树枝状且与荧光颗粒单点连接到分子连接物上。

图4是根据本文的一方面的结构物的示意图，其具有不对称连接物。

图5是根据本文的一方面的结构物的示意图，其具有多核苷酸连接物。

图6是根据本文的一方面的结构物的示意图，其具有包含了结合点的连接物，所述结合点由受体和分析物之间的键组成。

图7是根据本文的一方面，在一对梯度磁场和瞬逝场中的结构物的示意图。

图8根据本文的一方面，展示了用荧光强度作为分析物的存在、水平、和/或活性的量度。

图9是根据本文的一方面，展示了用荧光强度的循环作为分析物的存在、水平、和/或活性的量度。

图10是根据本文的一方面，展示了用偏振角作为分析物的存在、水平、和/或活性的量度。

本发明的详细描述

下面提供用一个或多个实施例，与可解释本发明原理的附图一起，对本发明请求保护的主题进行详细说明。所请求保护的主题连同这种实施例一起描述，但并不限于任何具体的实施例。应当理解的使，所请求保护的主题可以以多种方式被实施，并包含多种替代方案、修饰方案和等同方案。因此，本文的具体细节并不应当被理解为限制，而是做为权利要求的基础以及做为用于教导本领域技术人员以实际中任何适当的具体系统、结构或方法实施本发明的典型基础。大量具体的细节在下面的描述中阐明，以便提供对本文的透彻理解。提供这些细节是为了举例的目的，并且在没有某些或全部的这种具体细节的情况下，可以根据权利要求实施本发明。应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用其它实施例，并可以做出将结构改变。应当理解的是，一个或多个单独实施例中描述的多个特征和功能并不代表它们只适用于描述它们的该具体实施例。它们反而可以适用于本文其它实施例中的某个单独的实施例或多个实施例的组合，不管这些实施例是否描述了它们，也不管这些特征是否做为一部分出现在被描述的实施例中。为了清楚的目的，与本发明有关的本领域已知的技术资料没有被详细描述，以防止本发明出现不必要的含糊。

除非上下文另有规定，本文使用的所有技术术语、记号和其它科技术语或专有名词旨在具有与所要求保护的主题相关所属领域技术人员通常理解的含义。在某些情况下，为了清楚和/或以备参考，本文定义了具有通常理解的含义的术语，并且本文包含的此类定义不应该被解释为代表与本领域通常的理解具有实质性区别。本文记载或引用的很多技术和工艺是本领域技术人员熟知且利用常规方法可以被常规实施的。

本申请涉及的所有出版物，包括专利文件、科技文献和数据库，其全部内容都以引用的方式并入本文中，以达到如同每篇出版物通过引用单独并入本文一样的程度。如果本文记载的定义与所述专利、专利申请、公开的身躯或其它通过引用并入本文的出版物中规定的定义相反或不一致，本文记载的定义优于通过引用并入本文中的定义。所述出版物和文件的引用并不旨在对它们其中任何一篇是相关现有技术的承认，也不构成对于这些出版物或文件的内容或日期的承认。

所有标题都是为了方便读者，不应被用于限制标题后文本的含义，除非这样指明。

如本文以及所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一种”、“某种”包括了复数指称，除非上下文另有清楚的规定。例如，“一”或“一种”表示“至少一种”或“一种或多种”。因此，“分析物”指的是一种或多种分析物，并且“所述方法”指的是等效的步骤和本文公开和/或本领域技术人员已知的方法，等等。

本文中，请求保护的主题的各方面都以范围的形式呈现。应当理解为，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，并且不应被视为对请求保护的主题的死板的限定。因此，范围描述应当被视为已经具体披露了所有可能的亚范围以及范围内独立的各数值。例如，在提供数值范围的情况下，可以理解为介于所述范围上限和下限之间的每个区间值以及该规定范围内的任何其它定值和区间值都被包含在所请求保护的主题中。这些更小的范围的上下限可以独立地被包括在该更小范围内，并被包含所请求保护的主题中，受规定范围内任何明确排除的界限值的限制。在规定范围包括一个或两个界限值的情况下，排除了那些被包括的界限值的一端或两端的范围也被包括在请求保护的主题中。不论范围宽度均适用。

一方面，本文公开了一种测定分子在生物样品中如何相互作用的技术，例如，二元、三元、或更大的相互作用。在具体的实施例中，本文公开的组合物和方法被用于分析，例如，在生物样品，如血液中，结合物和分析物之间的相互作用。这些方法可以在生物标志物发现、药物发现和药物评估方面具有广泛的适用性。另一方面，本文公开的是一种用于发现生物样品中分析物的存在、不存在、水平、和/或活性的技术。这些方法可以在生物样品例如血液的生物标志物测定方面具有广泛的适用性。

本文所使用的“样品”可以是包含目标分析物的任何合适的材料。在具体的实施例中，样品是生物样品。本文所使用的“生物样品”包括任何直接取自活体或病毒(或朊病毒)来源或其它大分子和生物分子来源的样品，并包括受试者的任何细胞类型或组织，核酸、蛋白质和/或其它大分子可以采集自所述受试者。所述生物样品可以是直接采集自生物来源的样品或加工的样品。例如，被扩增的分离的核酸可构成样品。生物样品包括，但不限于，体液，例如来自动物和植物以及衍生自它们的加工样品的血液、血浆、血清、脑脊髓液、滑液、尿液和汗液、组织和器官样品。在一些实施例中，生物样品包括血液、血浆、唾液、脑脊髓液、尿液、细胞培养物、细胞悬浮液、细胞溶解液、任何生物来源的液体、或任何用于生物用途的液体。在一些实施例中，生物样品是复合生物介质。生物样品中可以存在生物分子或生物相关的分子，并且可以使用本文的设备或方法检测或分析所述生物分子或生物相关的分子。

本文所使用的样品还可以包括凝胶、琼脂糖、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、渗透性聚合物、渗透性共聚物、淀粉、气凝胶、火棉胶、透析膜、上面所列任一种材料的化学修饰形式、以及内含靶标分析物的上面所列任一种材料。

本文所使用的术语“分析物”包括分子，例如蛋白质、核酸、脂类、碳水化合物、离子、或包含上述任一种的多成分复合物、细胞、多细胞结构、亚细胞成分、病毒、朊病毒、聚合物、和胶质物。靶标亚细胞分析物的示例包括细胞器，例如，线粒体、高尔基体、内质网、叶绿体、内吞小泡、胞外小泡、空泡、溶酶体等。典型的核酸分析物可以包括病毒构造的基因组dna(如，a-dna,b-dna,z-dna)，线粒体dna(mtdna)、mrna、trna、rrna、hrna、mirna、和pirna。所述分析物可以悬浮或溶解在样品中。所述分析物不一定本质上就是生物分子或生物复合物，但在一些实施例中，所述分析物存在于生物样品中，并且它们与所述生物样品中的其它成分的相互作用可以是生物学相关的。比如，所述相互作用可以表示所述样品中的生理或病例状态。在一些实施例中，所述分析物是一种待分析的粒子。

本文所使用的术语“结合物”、“结合剂”、“结合配合物”、“结合部分”、“结合基团”涉及特异性结合靶标分析物分子的任何相关的试剂或任何部分或基团，例如，生物分子或部分或它们与其它分子的复合物。

如本文所使用的，术语“结合”指两种分子之间相互吸引并导致形成二者相互靠近的稳定关系的作用。分子结合可以被分为如下几种类型：非共价键、可逆共价和不可逆共价。可参与分子结合的分子包括蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类、和有机小分子例如药物化合物。例如，当它们的结合配合物被称为配体时，与其它分子形成稳定复合物的蛋白质通常指受体。核酸还可以与它们自身或其它形成稳定的复合物，例如，dna-蛋白质复合物、dna-dna复合物、dna-rna复合物。

如本文所使用的，术语“特异性结合”指结合物，例如，抗体的特异性，使其优先结合靶标，例如多肽抗原。当涉及结合配合物，如蛋白质、核酸、抗体或其它亲和捕获剂等时，“特异性结合”可以包括两种或多种高亲和性和/或高互补性的结合配合物，以确保在指定的分析条件下选择性杂交。典型地，特异性结合是背景信号标准偏差的至少三倍。因此，在指定条件下，所述结合配合物结合样品中存在的它特定的靶标分子并不与样品中存在的其它分子大量结合。在其它潜在干扰物质存在的条件下通过结合物或抗体识别特定靶标是这种结合的一个特征。优选地，靶标特异性的或特异性结合靶标的结合物、抗体、或抗体片段以高亲和度与所述靶标结合而不与其它非靶标物质结合。优选地，靶标特异性的或特异性结合靶标的结合物、抗体、或抗体片段避免与显著比例的非靶标物质，如检测样品中存在的非靶标物质结合。在一些实施例中，本文披露的结合物、抗体或抗体片段可避免与90％上的非靶标物质结合，尽管可以清楚预期和提出更高的比例。例如，本文披露的结合物、抗体或抗体片段避免与约91％,约92％,约93％,约94％,约95％,约96％,约97％,约98％,约99％,和约99％或更多的非靶标物质结合。在其它实施例中，本文披露的结合物、抗体或抗体片段避免与约10％,20％,30％,40％,50％,60％,或70％,或高于约75％,或高于约80％,或高于约85％的非靶标物质结合。

如本文所使用的术语“磁性基团”包括分子、胶质物和形成具有磁化率和/或导磁率和/或磁化能力和/或磁矩的结构的原子集合。在某些方面，本文披露的结构物中的磁性基团是磁性粒子。

所述磁性基团可以用外壳覆盖以足以在磁场存在的情况下减少所述磁性基团自我集聚。这可以通过空间位阻或静电排斥作用来实现。

所述磁性基团可以具有两个与之相连的连接物，每个的远端都带荧光团。当所述磁性粒子沿着所述表面被拖动，所述两个荧光团被迫靠在一起，发生福斯特共振能量转移(fret)。当所述拖动停下来时，所述两个荧光团可以迁移彼此离开，减少fret。荧光减少的比例依赖于荧光团的扩散性，后者又相应地依赖于与所述荧光团或它们的连接物结合的分析物。类似地，这种结构物可以在一个荧光团上具有配体，并在其它荧光团上具有受体，或其它相关的结构。

本文描述的测量可以在一系列温度下进行，以便得到有关扩散性能的温度依赖以及分析物结合的信息。

本文所使用的术语“荧光基团”包括形成具有荧光的结构的分子、蛋白质、胶质物、量子点和原子集合。所述荧光基团可以包含受体位点。在某些方面，本文披露的结构物中的荧光基团是荧光粒子。

本文所使用的术语“连接物”包括树枝状分子、树形分子、分子链、手性分子链、石墨烯碳纳米管、石墨烯纳米、多聚核苷酸、聚合物链、多核苷酸、多肽、多环芳烃分子、多环分子、热解碳分子、多糖、大分子、及它们的组合，和任何分子结构。它们使所述磁性基团和所述荧光基团连接在一起同时各自又具有一定程度的扩散独立性。在一些实施例中，所述结合物具有聚乙二醇(peg)和/或聚环氧乙烷(peo)。一方面，所述连接物可以包含受体位点。在其它方面，所述连接物可以是刚性的、柔性的，或具有一个或多个柔性接头的一系列刚性部分。在一些实施例中，所述一个或多个柔性接头包含影响所述荧光基团移动的受体位点。

本文所使用的术语“扩散独立性的程度”包括含有连接了荧光基团的磁性基团的结构物的特性，如果所述磁性基团被固定在适当的位置，所述荧光基团能够在保持与所述磁性基团物理连接的同时在磁性基团的外环境中表现出扩散或旋转运动。在一些实施例中，所述结构物是所述磁性基团和所述荧光基团的异质二聚体。在其它实施例中，所述结构物包括一个或多个磁性基团。在一些实施例中，所述结构物包括一个或多个荧光基团。

本文所使用的术语“轴向磁场梯度”描述了一种与透明表面垂直的磁场梯度，它可以是与透明表面成角度方向上的磁场梯度的分量。

本文所使用的术语“横向磁场梯度”描述了一种与透明表面平行的磁场梯度，它可以是与透明表面成角度方向上的磁场梯度的分量。

所述表面可以包括多种材料，例如，聚合物、塑料、树脂、多糖、硅或硅基材料、碳、金属、无机玻璃，膜的任一种，或上述基板材料的任意组合。在某些实施例中，所述表面包括橡胶、虫漆、硝酸纤维素(商品名称为赛璐珞(celluloid)、鹿蹄草素(pyrolin)等)、苯酚-甲醛树脂(商品名酚醛塑料(bakelite))、酪蛋白、尿素甲醛树脂、硫脲树脂、醋酸纤维素、乙烯和苯乙烯类塑料，以及它们的任意组合。甲基丙烯酸的甲酯是一种典型的塑料，它可以混合在玻璃纤维或金属中。一方面，所述表面是刚性或半刚性的。一方面，所述表面是弹性或柔软的。一方面，所述表面是透明的。所述表面可以制成优化分析测定的图案结构。例如，所述透明表面可以包括栅格图案或全息图案，其中所述结构物位于所述沟槽中或沿着所述沟槽运动。所述透明表面可以被制成优化从样品中添加或去除所述结构物的图案结构。在一些实施例中，所述表面包括位于两种不能混合的液体之间的交界面。在一些实施例中，所述表面包括分子涂层的表面。

本文披露的结构物可以通过多种方式合成。例如，可以用pamam(聚酰胺-胺)聚合物，以nanogea公司(nanogea,inc.)在平面上采用它的nanocone技术的方法或按照bongjinhong等人，《朗格缪尔(langmuir)》2005，卷21，第4257-4261页记载的方法类似的方式处理磁性纳米粒子。在一些实施例中，如果树形分子足够大，并且所述磁性粒子足够小，那么所述树形分子可以用一个向外的胺基有效地覆盖整个磁性粒子。一方面，这个向外的胺基然后可以通过肽键反应结合到羧基上。熟知的肽键反应是利用edc(1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺)连接胺基和羧基。在一些实施例中，也用磺基-nhs(n-羟基硫代琥珀亚酰胺)增加产率。如果所述羧基在peo(聚环氧乙烷)或peg(聚乙二醇)的长链末端，这会导致所述长链与所述向外的胺基连接，产生粘附有长单链的磁性粒子。可以使用商购试剂，包括生物素-peg-羧酸(biotin-peg-carboxylicacid)和生物素-peo-羧酸(biotin-peo-carboxylicacid)，其长链一端具有生物素，另一端具有羧酸。如果使用这种试剂，即可制得粘附有长单链且生物素位于远端的磁性粒子。添加链酶亲和素包被的量子点(或其它荧光团)可以引起所述量子点与所述生物素的结合，产生即粘附有长单链且量子点位于远端的磁性粒子。

在一些实施例中，将羧基涂层的磁性纳米粒子悬浮在水中，并且采用包含dcc(n,n’-二环己基碳二亚胺)的不互溶液体层。dcc不溶于水，但可溶于各种与水不互溶的低极性溶剂中。dcc可与任何影响液体边界的羧基反应，形成中间化合物。可通过与所述液体边界成轴向的磁场梯度来辅助影响。所述磁性粒子将被置于所述液体边界的合适位置，不能明显地旋转或弥散开来，因为所述中间化合物一侧具有极性(其余的对水亲和的羧基)且另一侧非极性(对低极性溶剂亲和的dcc的环己烷环)。旋转或弥散的限制可以通过在dcc的环己烷环上长烷烃链来提高，对低极性溶剂起到锚的作用。这种结构使得所述磁性粒子表面仅仅小范围与dcc反应。反应后，将剩下的dcc清洗掉。商购试剂是生物素-peg-胺(biotin-peg-amine)和生物素-peo-胺(biotin-peo-amine)，在长链的一端具有生物素，另一端具有胺。用生物素-peg-胺和生物素-peo-胺处理水层，并且所述胺基与所述中间化合物的dcc基团反应产生粘附有长单链的且生物素位于远端的磁性粒子。添加链酶亲和素包被的量子点(或其它荧光团)导致所述量子点与所述生物素结合，即可产生粘附有长单链的且量子点位于远端的磁性粒子。

在一些实施例中，edc或dcc试剂可以以保持其形成肽键的能力这样一种方式与表面化学结合。用羧基包被的磁性纳米粒子对这样的表面的处理会通过中间化合物的形成导致粘附至所述表面。接下来，剩余的羧基可以被保护起来或被衍生，并且最终加入生物素-peg-胺和生物素-peo-胺生成肽键并从所述表面释放所述纳米粒子，产生粘附有长单链的并且生物素位于远端的磁性粒子。添加链酶亲和素包被的量子点(或其它荧光团)导致所述量子点与所述生物素结合，即可制得产生粘附有长单链且量子点位于远端的磁性粒子。

在上述合成的实施例中，存在各种可能的变化，例如，替换胺基和羧基的作用，替换磁性粒子或量子点的作用，并用另一种长分子如多聚核苷酸，替换所述长链。连接子化学是本领域公知的，并且任何适当的连接子化学方法都可以用于本文中。上述实施例并不旨在穷尽式地例举可用于连接子化学的选择方式和所述结构物的结构。

本文所使用的术语“流体动力学横流”描述了当所述结构物在横向磁场梯度作用下溶剂分子相对于所述结构物的相对运动，其中所述溶剂分子的黏度产生作用于所述结构物以及结合上去的材料的拉力。在一些实施例中，所述溶剂是水。

磁性粒子和荧光粒子的结构物是已知的。这些还可以是纳米复合材料、janus粒子、或共轭粒子。这些结构物包含在空间中彼此相对地粘附的磁性粒子和荧光粒子。这些技术结构并不各自具有扩散独立性。包括一种或多种荧光可检测基团的磁性粒子记载于u.s.7,575,934b2。包含荧光指示剂染料的粒子和使用磁场和/或布朗运动调节粒子光学特性的方法被记载于u.s.8,697,029b2。包括核心和外壳的多功能纳米复合材料，磁性其中所述核心和所述外壳由不同的材料制成，其具有来自磁材料的磁性和来自无机半导体材料的光学特性。这些多功能纳米复合材料在u.s.7,741,120b2中有记载。上述三分美国专利的内容在此通过引用的方式将其全部内容并入本文中。

一方面，本文描述的装置和方法被用来测定复杂的生物介质中的分析物的存在和/或浓度。一方面，一种或多种结构物在可控的磁场内使用，其中每种结构物包含连接了荧光基团的磁性基团，且所述连接使得所述磁性基团和所述荧光基团各自具有一定程度的扩散独立性。在具体的实施例中，所述连接可以是刚性的、弹性的、或一段具有柔性连接点的刚性部分。一方面，为每种待分析的分析物提供具有可结合分析物的分析物受体的所述荧光基团，以及荧光基团的一类发射波长或波谱。

一方面，用包含或疑似包含靶标分析物的生物样品与具磁性基团和荧光基团的所述结构物混合。一方面，所述结构物上的分析物受体可与任何可能存在于复杂的生物介质中的分析物结合。为了发生所述结合，在孵育一段时间后，轴向磁场梯度使所述结构物紧靠透明表面迁移，然后横向磁场梯度将所述结构物沿着所述透明表面拖动。由此产生的流体力学横流使所述荧光基团随着所述磁性基团接近所述透明表面。一方面，分析物与所述荧光基团或连接物上的受体结合影响所述荧光基团的流体力学行为，其可以通过产生瞬逝场的荧光激发导致的荧光发射来进行光学检测。一方面，所述荧光基团远离所述透明表面的运动对应于在测定的荧光中伴随减少的瞬逝场外的运动。

在一些实施例中，所述透明表面用光源照亮以在样品体积内产生具有衰退长度的瞬逝场。一方面，本文记载的装置或系统进一步包括用于改变所述瞬逝场衰退长度的装置，例如，在样品体积内调节衰退长度。另一方面本文记载的装置或系统进一步包括用于关联检测信号与瞬逝场衰退长度改变的装置。改变瞬逝场衰退长度的若干方法都可以使用。例如，为了改变瞬逝场的衰退长度，可以改变透明表面被照亮的入射角。其它用来改变瞬逝场的衰退长度的方法包括改变光源的波长。

在一个实施例中，所述荧光基团为量子点。一方面，所述量子点的发射波长与其物理尺寸和由此产生的扩散性能成比例。一方面，使用窄带光学滤波器将荧光测量限制在具有高度均匀的扩散性能的荧光基团的子集中。一方面，任何分析物结合将产生明显偏差，这来自于为改善分析性能的均匀扩散性能。

在具体的实施例中，发现本文记载的所述装置和方法在便捷、廉价、可靠、适合的分析复杂的生物介质，例如用于疾病诊断的血液样品方面具有广泛的应用。

在具体的实施例中，本文记载的所述装置和方法需要支持硬件比常规方法所使用的硬件更简单更小，并因此比现有方法在便捷程度和成本方面具有优势。一方面，本文记载的所述装置和方法能够被容纳在小型的电子手持设备中。

在具体的实施例中，本文中的感应元件是容易实现储存、质量控制和校准的结构物群，在可靠性方面比现有方法有优势。

在具体的实施例中，结构物群是容易去除和调整的，以便在一组分析物检测进行后，另一结构物群可以被加至相同的样品中通过最初那批结构物的指示进行进一步分析。这比现有方法在适用性方面更有优势。

一方面，沿所述透明表面拖动所述分析物的所述横向磁场梯度是周期性降低的(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面上的轴向磁场梯度)。这减少了所述荧光基团的流体动力学拖拽，以便它自由扩散远离所述透明表面。一方面，扩散速率依赖于结合分析物的存在。一方面，延伸穿过所述透明表面的激发的瞬逝场产生初始的高荧光发射，紧接着由于所述荧光基团扩散出所述瞬逝场而发生强度衰减。一方面，这种强度衰减在没有分析物与所述结构物结合的情况下非常快，在有分析物结合的情况下很慢。在具体的实施例中，通过观察每种荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。例如，每种分析物可以被识别，并与荧光基团上的结合配合物特异性结合，并且，来自该荧光基团的荧光将所述分析物从其它分析物中唯一识别出来。

在另一个实施例中，沿着所述透明表面拖动所述分析物的所述横向磁场梯度维持着(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面上的轴向磁场梯度)。一方面，所述连接物或荧光基团包括非对称成分，以便流体动力学横流使所述连接物和荧光基团产生单方向旋转运动，以便所述荧光基团朝向并远离所述透明表面旋转。一方面，所述旋转的频率和幅度取决于结合分析物的存在。一方面，延伸通过所述透明表面的激发的瞬逝场随着所述荧光基团在瞬逝场内和场外旋转产生循环的荧光发射。一方面，这种循环在没有分析物结合的情况下非常快，在有分析物结合的情况下很慢。在具体的实施例中，通过观察每种识别靶标分析物的荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。

一方面，所述磁场梯度随着时间变动，并使所述旋转的频率和幅度产生同时变动。这可以提供分析值以外的数据，例如从非特异性结合中区分出分析物结合。

一方面，沿所述透明表面拖动所述分析物的所述横向磁场梯度维持着(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面上的轴向磁场梯度)。一方面，所述连接物允许所述荧光基团的旋转扩散运动，以便所述荧光基团可以在靠近所述透明表面的同时自由旋转。一方面，所述旋转的频率取决于结合分析物的存在。一方面，延伸通过所述透明表面的偏振激发的瞬逝场产生旋转到依赖于所述荧光基团的旋转扩散运动的程度的偏振荧光发射。一方面，这种偏振在没有分析物结合的情况下是扩散的，在有分析物结合的情况下是明显的。一方面，通过观察每种荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。

在某些实施例中，本文描述的方法与常规的半导体微通道阵列技术，通常被称为“芯片实验室”技术结合。在一些实施例中，本发明的系统和方法被用于适当的分析中以提升分析的精密度、重现性、和/或灵敏度，特别是涉及小反应量的分析。例如，可以分析多种分子或复合物之间的相互作用，如，核酸之间的相互作用，涉及蛋白质的免疫反应，蛋白质与核酸之间的相互作用，配体-受体相互反应，以及小分子和蛋白质或核酸的相互反应，等等。

在一些实施例中，本发明的系统和方法被用在多重检测中。例如，可以通过利用一种以上的结合配合物(例如，每种都被包含在含有磁性基团和荧光基团的结构物中)同时检测多个靶标，如多条核酸序列的存在和/或含量，它们中的每一种都有至少一个不同的检测特征，如，荧光特征(例如激发波长、发射波长、发射轻度、fwhm(半峰宽)、或荧光寿命)或独特的核酸或蛋白质序列特征。

在一些实施例中，本发明的系统和方法被用于检测分析物和多个结构物之间的相互作用。一方面，本发明的方法被用在高通量模式中，如，检测多个靶标分析物，和/或多个分析物之间的相互作用。多个分析物和多个结构物之间的相互作用可以被同时或依次检测。

在本发明的说明书中，相同的参考数字被用来表示相同的部分。

关于图1,2,3,4,5,和6，本文记载了在可控的磁场梯度中使用一批结构物，其中所述每种结构物包含通过连接物3与荧光基团2连接的磁性基团1，所述连接物3使所述磁性基团1和所述荧光基团2各自具有一定程度的扩散独立性。所述连接物3可以是刚性的、弹性的、或一段带有柔性结点的刚性部分。所述荧光基团2或连接物3装设有可与分析物5结合的分析物受体4，是适用于荧光基团2的每种发射波长或光谱的一类。

关于图7，所述结构物与复杂的生物介质以及所述分析物受体4混合，所述分析物受体4可与可能存在于所述复杂的生物介质中的任何分析物5结合。为了发生所述结合，在孵育一段时间后，轴向磁场梯度6使所述结构物紧贴透明表面8迁移，然后横向磁场梯度7将所述结构物沿着所述透明表面8拖动。由此产生的流体力学横流使所述荧光基团2尾随所述磁性基团1接近所述透明表面8。分析物5与所述荧光基团2或连接物3上的受体4结合将影响所述荧光基团2的流体力学行为，其可以通过产生瞬逝场的荧光激发9产生的荧光发射10来进行光学检测。所述荧光基团2远离所述透明表面8的运动对应于在测定的荧光中伴随减少的瞬逝场外的运动。

关于图7，所述荧光激发9以光学领域通常理解的方式产生所述瞬逝场。在一个实施例中，所述透明表面8和所述复杂的生物介质之间的边界反射出激光，到所述反射角大于斯涅尔定律限定的临界角的程度，产生全内反射。在这些条件下，所述激光的波矢延伸进入所述复杂的生物介质中大约三分之一所述激光波长的距离。

一方面，本文记载的方法可以与光学荧光检测法结合。一方面，瞬逝场在透明表面产生(典型地有受体衍生的光纤)，并且荧光的改变与分析物的存在、浓度、或活性相关。荧光团可以附着于所述表面并通过与分析物的结合被淬灭或不被淬灭，或标记于所述分析物上并在结合分析物后被激发。一方面，所述荧光团不同于所述结构物的那些，以便区分因分析物与所述结构物的结合产生的荧光变化以及那些因分析物和受体衍生的透明表面的结合产生的荧光变化。

一方面，本文记载的方法可以与光学相位检测法结合。一方面，在受体衍生的部分金属化的透明表面(典型地有平面玻璃板)产生瞬逝场，并且在所述表面附件的折射率的变化与分析物的存在、浓度、或活性相关。折射率通过分析物的结合改变。

而另一方面，本文记载的方法可以与电化学检测法结合。一方面受体衍生的金属电极与对电极和参比电极结合，并且电位和电流与所述分析物的存在、浓度、或活性相关。分析物结合直接通过电荷转移途径，或间接的途径如溶出伏安法工艺诱导氧化还原反应。

另一方面，本文记载的方法可以与磁方法结合。一方面，受体衍生的磁性粒子通过外部施加的磁场被磁化和定向，所述磁性粒子释放的磁场，和剩余磁场的衰变与所述分析物的存在、浓度、或活性相关。结合在所述磁性粒子表面的分析物减少了它的布朗旋转运动，减缓了剩余磁场的衰变。

当所述荧光基团2是量子点时，一方面，所述量子点的发射波长与其物理尺寸和由此产生的扩散性能成比例。一方面，使用窄带光学滤波器将荧光测量限制在具有高度均匀的扩散性能的荧光基团的子集中。在具体的实施例中，任何分析物结合将产生来自为改善分析性能的均匀扩散性能的明显偏差。

在具体的实施例中，所述荧光基团2是荧光分子，例如荧光素或绿色荧光蛋白。

在具体的实施例中，所述连接物3是多聚核酸。一方面，分析物检测包括使用限制荧光基团2运动的互补的多聚核酸。

在具体的实施例中，所述轴向磁场梯度6和所述横向磁场梯度7可以结合至既能使结构物紧靠透明表面8迁移又能沿透明表面8拖动结构物的单一角度的磁场梯度中。

在具体的实施例中，所述分析物的磁性特性允许将结构物添加至样品以及分析完成后的去除具有多种选择。所述结构物可以在不要求添加结构物悬浮液稀释的情况下被磁性地吸入样品中。同样地，一旦分析结束所述结构物可以类似地从样品中去除。一旦被去除，另一批结构物可以被加至样品中用于进一步的研究。

在具体的实施例中，沿着透明表面8拖动所述结构物会产生流体动力学横流，因为液体环境的粘性，流体动力学横流在结合所述荧光基团2或连接物3的材料上产生压力。一方面，通过加大所述横向磁场梯度7的强度增加拖动速率，并且结合的物质(包括靶标分析物和非特异结合的物质)在特定的拖动速率上切断，实现分析物5的结合强度的测定。一方面，非特异结合的物质比特异结合的分析物5更容易切断。另一方面，弱吸附或非特异吸附的物质通过拖动减少，因此减少了对分析物5测定的干扰。

关于图3，一方面，所述分析物可以包括与所述磁性基团1或荧光基团2连接的树枝状的或树形结构24。

关于图6，一方面，所述连接物3可以包含在受体4和分析物5之间具有键的连接点。一方面，通过加大所述横向磁场梯度7的强度增加拖动速率，受体4和分析物5之间的键在特定的拖动速率下因流体动力学横流断裂，实现分析物5结合强度的测定。一方面，在键打断之前，所述荧光基团2接近透明表面8，并具有强荧光；在键打断之后，所述荧光基团2自由扩散远离透明表面8并因此表现为无荧光或减弱的荧光。

一方面，透明表面通过处理使其表现出对所述荧光基团2或连接物3的静电性。例如，在一个实施例中，所述透明表面8被衍生化使其具有与荧光基团2极性相同的表面电荷，以至于荧光基团2的运动更多的通过静电力而不是扩散力来定向。

另一方面，磁性基团1用厚的非磁性层或静电电荷包被使其在磁场中的聚结最小化。

在一些实施例中，所述荧光基团2的流体力学行为通过本文的方法分析。

一方面，关于图7，荧光基团2的拖动周期性停止，为了测定荧光基团2的流体动力学性能。这种测定与分析物5的存在成比例。

一方面，关于图8，沿所述透明表面8拖动所述结构物的所述横向磁场梯度周期性地17减小16并恢复15(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面8上的轴向磁场梯度6)。这减少了所述荧光基团2的流体动力学拖拽，以便它自由扩散远离所述透明表面8。在一个实施例中，扩散效率依赖于结合分析物5的存在。延伸穿过所述透明表面8的激发的瞬逝场产生初始的高荧光发射，接着荧光强度随着所述荧光基团2扩散出所述瞬逝场而衰减。一方面，这种强度衰减在没有分析物与所述结构物结合13的情况下非常快18，在有分析物结合14的情况下很慢19。通过观察每种荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。

在另一个实施例中，关于图7，拖动所述荧光基团2导致所述荧光基团2单向旋转，实现荧光基团2的流体动力学性能的测定。一方面这种测定与结合荧光基团或连接物的分析物的含量和/或亲和性成比例。

在一些实施例中，关于图9，沿透明表面8拖动所述结构物的所述横向磁场梯度7维持着(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面8上的轴向磁场梯度6)。所述连接物3或荧光基团2包括非对称成分，以便流体动力学横流使所述连接物3和荧光基团2产生单方向旋转运动，以便所述荧光基团2朝向并远离所述透明表面8旋转。在一些实施例中，所述旋转的频率21,23和幅度20,22取决于结合分析物5的存在。一方面，延伸通过所述透明表面8的激发的瞬逝场随着所述荧光基团2在瞬逝场内和场外旋转产生循环的荧光发射，这种循环在没有分析物结合13的情况下非常快，在有分析物结合14的情况下很慢。通过观察每种荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。

一方面，所述横向磁场梯度7随着时间变动，并使所述旋转的频率21,23和幅度20,22产生同时变动。这可以提供分析值以外的数据，例如从非特异性结合中区分出分析物结合。

另一方面，关于图7，所述荧光基团2具有实现所述荧光基团2的流体动力学性能测定的随机旋转。一方面，这种测定与结合了所述荧光基团或所述连接物的分析物的含量和/或亲和性成比例。

在一些实施例中，关于图10，沿所述透明表面8拖动所述分析物的所述横向磁场梯度7维持着(同时维持将所述结构物保持在所述透明表面8上的轴向磁场梯度6)。所述连接物3允许所述荧光基团2的旋转扩散运动，以便所述荧光基团2可以在靠近所述透明表面8的同时自由旋转。一方面，所述旋转的频率取决于结合分析物5的存在。在一个实施例中，延伸通过所述透明表面8的偏振激发的瞬逝场产生旋转到依赖于所述荧光基团2的旋转扩散运动的程度的偏振荧光发射。一方面，这种偏振角度在没有分析物结合的情况下是扩散的(接近于零)，在有分析物结合的情况下14是明显的。

通过观察每种荧光发射波长或光谱同时检测多个分析物。

在一些实施例中，本文披露的方法用于在复杂的生物介质中检测和定量分析物。本领域中用于实现这些目的的方法通常具有各种缺陷，例如要求巨大且昂贵的支持硬件，对复杂的感应元件的定期清洗或更换，以及对操作人员的大量训练。一般而言，在给定的样品上只能进行一组测定，并且依据最初一组测试建议的其它测试则需要另外的样品。还存在感应元件的保存、质量控制、校准、和可靠性的问题。这些缺陷通过本文描述的方法得以缓解。

一方面，本文披露的装置或方法被用于血液分析，例如，用于监控药物剂量的变化或代谢因素的改变，例如葡萄糖或胆固醇，或者用于传染性病原体的检测和定量例如病毒或细菌。血液中含有多种目前用来疾病检测及监控药物治疗有效性的疾病标志物。在某些方面，本文披露的装置或方法被用于重复的甚至持续的血液监测。

通过下述典型的实施例来进一步阐明本文：

实施例1：用于检测复杂的生物样品中分析物存在和/或浓度的方法，包括：提供包含磁性粒子和荧光粒子的结构物，所述磁性粒子和荧光粒子通过连接物连接以便所述两个粒子各自具有一定程度的扩散独立性；在所述荧光粒子或连接物上提供分析物受体；将所述结构物浸入含有分析物的样品中；对所述样品施加轴向磁场梯度使所述结构物被迫朝透明表面移动；对所述样品施加横向磁场梯度使所述结构物沿着所述透明表面被拖动；向所述透明表面施加足够的瞬逝场以激发所述荧光粒子的荧光；交替变换所述横向磁场梯度的强度使其足以使所述荧光粒子的扩散运动在所述瞬逝场内和场外交替；并测定所得到的荧光粒子的荧光发射的幅度和相位，其中所述荧光发射的幅度和相位实现分析物的存在和/或浓度的测定。

实施例2：根据实施例1所述的方法，其中所述荧光粒子包括受体位点。

实施例3：根据实施例1或实施例2所述的方法，其中所述连接物选自由：树枝状分子；树形分子；分子链；手性分子链；石墨烯碳纳米管；石墨烯纳米；多聚核苷酸；聚合物链；聚乙二醇(peg)；聚氧化乙烯(peo)；述的任意组合；以及使所述磁性粒子和所述荧光粒子连接在一起同时各自具有一定程度的扩散独立性的任何分子结构组成的组。

实施例4：根据实施例1-3任一所述的方法，其中所述连接物包含受体位点。

实施例5：根据权利要求1-4任一所述的方法，其中所述连接物包含在受体和分析物之间具有键的连接点。

实施例6：根据权利要求1-5任一所述的方法，其中出于下述目的中的一种或多种，所述横向磁场梯度是可变的：将分析物从非特异吸附在所述结构物上的物质中区分出来；测定在受体与分析物之间形成键所需的力；以及在不同的流体动力学横流条件下测定所述荧光粒子的流体力学行为。

实施例7：用于检测复杂的生物样品中分析物存在和/或浓度的方法，包括：提供包含磁性粒子和荧光粒子的结构物，所述磁性粒子和荧光粒子通过连接物连接以便所述两个粒子各自具有一定程度的扩散独立性；构建所述连接物或荧光基团使其具有非对称成分以便流体动力学横流引导所述荧光基团的单方向旋转；在所述荧光粒子或连接物上提供分析物受体；将所述结构物浸入含有分析物的样品中；向所述样品施加轴向磁场梯度使所述结构物被迫朝透明表面移动；向所述样品施加横向磁场分量使所述结构物沿着所述透明表面被拖动；向所述透明表面施加足够的瞬逝场以激发所述荧光粒子中的荧光；并测定由此产生的所述荧光粒子的荧光发射的幅度和相位，其中所述荧光发射的幅度和相位实现分析物的存在和/或浓度的测定。

实施例8：根据实施例7所述的方法，其中所述荧光粒子包括受体位点。

实施例9：根据实施例7或实施例8所述的方法，根据实施例1或实施例2所述的方法，其中所述连接物选自由：树枝状分子；树形分子；分子链；手性分子链；石墨烯碳纳米管；石墨烯纳米；多聚核苷酸；聚合物链；聚乙二醇(peg)；聚氧化乙烯(peo)；述的任意组合；以及使所述磁性粒子和所述荧光粒子连接在一起同时各自具有一定程度的扩散独立性的任何分子结构组成的组。

实施例10：根据实施例7-9任一所述的方法，其中所述连接物包含受体位点。

实施例11：根据实施例7-10任一所述的方法，其中所述连接物包含在受体和分析物之间具有键的连接点。

实施例12：根据实施例7-11任一所述的方法，其中出于下述目的中的一种或多种，所述横向磁场梯度是可变的：将分析物从非特异吸附在所述结构物上的物质中区分出来；测定在受体与分析物之间形成键所需的力；以及在不同的流体动力学横流条件下测定所述荧光粒子的流体力学行为。

实施例13：用于检测复杂的生物样品中分析物存在和/或浓度的方法，包括：提供包含磁性粒子和荧光粒子的结构物，所述磁性粒子和荧光粒子通过连接物连接以便所述两个粒子各自具有一定程度的扩散独立性；在所述荧光粒子或连接物上提供分析物受体；将所述结构物浸入含有分析物的样品中；对所述样品施加轴向磁场梯度使所述结构物被迫朝透明表面移动；对所述样品施加横向磁场梯度使所述结构物沿着所述透明表面被拖动；向所述透明表面施加足够的偏振瞬逝场以激发所述荧光基团中的荧光；并且测定由此产生的所述荧光基团荧光发射偏振，其中所述荧光发射的幅度和相位提供分析物存在和/或浓度的测定。

实施例14：根据实施例13所述的方法，其中所述荧光粒子包含受体位点。

实施例15：根据实施例13或实施例14所述的方法，其中所述根据实施例1或实施例2所述的方法，其中所述连接物选自由：树枝状分子；树形分子；分子链；手性分子链；石墨烯碳纳米管；石墨烯纳米；多聚核苷酸；聚合物链；聚乙二醇(peg)；聚氧化乙烯(peo)；述的任意组合；以及使所述磁性粒子和所述荧光粒子连接在一起同时各自具有一定程度的扩散独立性的任何分子结构组成的组。

实施例16：根据实施例13-15任一所述的方法，其中所述连接物包括受体位点。

实施例17：根据实施例13-16任一所述的方法，其中所述连接物包含在受体和分析物之间具有键的连接点。

实施例18：根据实施例13-17任一所述的方法，其中出于下述目的中的一种或多种，所述横向磁场梯度是可变的：将分析物从非特异吸附在所述结构物上的物质中区分出来；测定在受体与分析物之间形成键所需的力；以及在不同的流体力学横流条件下测定所述荧光粒子的流体力学行为。