用于体内原位和/或实时靶定分析物的生物感应器装置及其制造与使用方法
【专利说明】用于体内原位和/或实时靶定分析物的生物感应器装置及 其制造与使用方法
[0001] 发明人：Anand K. Agarwal，Vi jay K. Goel，Dong_Shik Kim，Do-Young Yoon，Boren Lin, Hamid Feyzizarnagh
[0002] 本申请要求美国临时专利申请：61/775,939(提交于2013年3月11日，其全部公 开内容在此明确为了所有目的通过参考并入本文）的优先权。
[0003] 关于联邦政府资助研究的声明
[0004] 此发明无政府资助，政府对本发明没有权利。
技术领域
[0005] 本
【发明内容】
涉及实时且原位检测目标分析物的领域。
【背景技术】
[0006] 直接检测目标分析物在样本内（例如原位）或体内（例如体内）的存在是十分困 难的。目前，通过移出样本并将该样本送到实验室分析，来检测目标分析物。实时检测目标 分析物也是非常困难的。现有技术需要从患者采集的样本，然后在实验室分析，这大大推迟 了对可能有毒分析物的任何诊断或检测的时间。需要一种具有改进的检测性能和体内/原 位实时检测能力的检测器。如有检测器能迅速地区分病毒和细菌的感染，并且如果存在细 菌的话，可区分革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌，这会非常有益。
【发明内容】
[0007] 本申请所公开的内容是用于检测目标分析物的存在的生物感应器。
[0008] 在第一方面，生物感应器装置包括：包含可操作地连接到微处理器的电极的转换 器组件，所述微处理器适用于接收、处理和传送信号；和接收器组件，其具有：i)能够检测 和结合至少一种存在于样本中的目标分析物的感应元件和i i)自组装单层（SAM)，该SAM 被放置于感应元件和电极中间并与二者接触。所述转换器组件和接收器组件可与样本原位 接触。在使用过程中，在目标分析物存在于样本中的情况下，感应元件将引发可检测信号， 该可检测信号可以通过自组装单层传送到电极。
[0009] 在某些实施方案中，实时检测目标分析物的存在。
[0010] 在某些实施方案中，感应元件包括至少一种抗体，所述抗体能够检测至少一种细 菌类的目标分析物。
[0011] 在某些实施方案中，样本包括活有机体内的液体或组织。在某些实施方案中，样本 包括在体内的活有机体内的液体或者组织。在某些实施方案中，所述样本包括活动物内的 液体或者组织。在某些实施方案中，样本包括人体内的液体或组织。
[0012] 在某些实施方案中，样本包括食物。
[0013] 在某些实施方案中，信号变化的速率和程度对应于目标分析物的存在和浓度。
[0014] 在某些实施方案中，目标分析物的存在通过阻抗信号检测。在某些实施方案中，可 检测的信号包括作为频率的函数的阻抗的变化。
[0015] 在某些实施方案中，目标分析物的存在是通过电流测定或电位测定信号检测。
[0016] 在某些实施方案中，电极包括微交叉形金电极。
[0017] 在某些实施方案中，可检测的信号通过无线射频标识显示在微处理器上。
[0018] 在某些实施方案中，生物感应器可并入具有组织接触面的医疗、牙科或者兽医器 材上。
[0019] 在某些实施方案中，目标分析物包括金黄色葡萄球菌。在某些实施方案中，目标分 析物包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA)。
[0020] 在某些实施方案中，目标分析物包括酿脓链球菌、肺炎链球菌或无乳链球菌。
[0021] 在某些实施方案中，目标分析物包括病毒或其部分。
[0022] 在某些实施方案中，目标分析物包括作为癌症标记的分子或其部分。
[0023] 在某些实施方案中，自组装单层包括巯基丙酸（MPA)，11-巯基^^一烷酸（MUA)， 1-十四烷硫醇（TDT)，或二硫代生物素（dithiobios)-N-琥珀酰亚胺基丙酸酯（DTSP)。
[0024] 在另一方面，本发明提供包含本文描述的生物感应器装置的套件。
[0025] 在另一方面，提供制备能够在样本中原位检测目标分析物的生物感应器的方法。 该方法总体包括：通过自组装单层（SAM)连接感应元件到电极；和可操作地连接微处理器 到电极，使得当感应元件与原位存在于样本中的目标分析物结合时，微处理器检测并传送 信号。
[0026] 在另一方面，本发明提供用于检测活有机体内的细菌感染的方法，其包括：将本文 所述的生物感应器装置至少一部分放置在活有机体内或上，以便充分接触存在于活有机体 内的细菌类目标分析物；并且当生物感应器装置传送可检测信号时，检测细菌类目标分析 物的存在。
[0027] 在某些实施方案中，生物感应器装置确定细菌类目标分析物是革兰氏阳性还是革 兰氏阴性，并且生物感应器装置将信号传送到医疗设备，以表明细菌类目标分析物是革兰 氏阳性还是阴性菌。
[0028] 在某些实施方案中，检测到的感应矩阵的物理性质的变化包括作为频率的函数的 阻抗的变化。
[0029] 生物感应器可适用于并入几种合适的医疗设备或者手术工具中的任何一种，包括 延长的医疗设备的柔性尖端。在某些实施方案中，所述感应元件包括抗体，且所述感应器适 用于检测细菌的存在。
[0030] 本发明还提供了检测体内细菌是否存在和/或数量多少的方法。
【附图说明】
[0031] 本专利或本专利申请文件可能包含一张或数张彩色图。带有彩图的本专利或专利 申请的出版物的副本在提出请求并付所需费用后，由专利局提供。
[0032] 图IA为可操作地连接在医疗设备的柔性尖端的远端的生物感应器装置的示意 图。
[0033] 图IB为并入了生物感应器装置和/或被构造成将生物感应器装置可操作地附连 到其的设备的另一个实施方案的示意图。
[0034] 图2为生物感应器装置一部分的示意图。
[0035] 图3A为用于生物感应器装置中的电极的实施方案的侧立面示意图。
[0036] 图3B为电极横截面的示意图，所述电极具有工作电极、反电极和参考电极。
[0037] 图3C为与图3B中所示的电极一起使用的保护膜的透视图。
[0038] 图4为检测目标分析物的方法的流程示意图。
[0039] 图5为示出对所施加的正弦波电压响应的偏移的正弦波电流曲线图。
[0040] 图6A为电路设计的示意图，该电路设计用于与图1中所示生物感应器装置一起使 用的电控制系统。
[0041] 图6B为用于与图1和图6A中所示生物感应器装置一起使用的电控制系统的框 图。
[0042] 图7为示出在用SAM沉积修饰裸金电极的表面时的阻抗偏移的阻抗曲线图。
[0043] 图8是恒电位电化学阻抗谱（EIS)阻抗曲线图，示出与裸金电极相比，具有MPA SAM的金电极有更高的阻抗幅度和不同的相位偏移。
[0044] 图9是循环伏安图，示出与有MPA SAM的金电极相比，裸金电极具有更大的电流和 因此更低的电阻。
[0045] 图10是循环伏安图，示出裸金电极、有3-MPA SAM的金电极、有3-MPA和Il-MUA SAM的金电极和有Il-MUA SAM的金电极之间的比较。该曲线示出有Il-MUA SAM的金电极 具有最尚电阻。
[0046] 图11示出裸金电极、有3-MPA SAM的金电极、有3-MPA和II-MUA SAM的金电极和 有Il-MUA SAM的金电极这四个电极的EIS阻抗的曲线图。示出有Il-MUA SAM的金电极具 有最尚阻抗和最明显的相位偏移趋势。
[0047] 图12示出当包含11-MUA/MRSA抗体的感应矩阵暴露于PBS中的纯化耐甲氧西林 金葡菌（MRSA)特异性蛋白PBP2a的系列稀释液中10分钟时由其产生的阻抗的曲线图。
[0048] 图13示出当包括11-MUA/MRSA抗体的感应矩阵暴露于PBS中的lng/ml的纯化 MRSA特异性蛋白PBP2a中指定的时间段时由其产生的阻抗的曲线图。
[0049] 图14示出当包括11-MUA/MRSA抗体的感应矩阵暴露于IO6细胞/mL的MRSAUO 6细胞/mL的非抗药性葡萄球菌或裸培养基的培养液时由其产生的阻抗的曲线图。
[0050] 图15示出当包括11-MUA/MRSA抗体的感应矩阵暴露于总的IO6细胞/mL的MRSA 和非抗药性葡萄球菌的混合物时的阻抗变化。该曲线的偏移对应于溶液中增加的MRSA。
【具体实施方式】
[0051] 定义
[0052] 应该理解，前述一般描述和以下详细描述都只是实例性和解释性的，并不意在限 制本发明的范围。在本申请中，使用单数时也包括复数，除非另外特别说明。
[0053] 使用的词"a"或"an"当与术语"包括"在权利要求和/或说明书中相结合地使用 时，可表示"一个"，但它也符合"一个或多个""至少一个"和"一