专利名称：：具有集成温度控制的生物传感器固体基底及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于分析被推测含有一种或多种目标分析物分子如生物化合物的样品流体的传感器基底，如生物传感器的固体或水凝胶基底。特别地，本发明允许在生物传感器固体基底的水平上便宜、快速和精确地测量温度和其分布。本发明还涉及一种生物传感器设备，其包含具有集成温度监控和/或控制装置的生物传感器的固体基底。所述生物传感器基底和包含它们的设备可以用作人类医学和兽医学领域中的分析和诊断工具。特别地，本发明涉及一种分析被推测含有一种或多种分析物分子如目标生物化合物的样品流体的方法，该方法可被用于分子诊断测试，例如测量传染病原体和抗性基因的存在。
背景技术：
：特定目标生物化合物如但不限于DNA、RNA或蛋白在含有一种或多种其他分子的样品流体中的存在和浓度可以通过使用这些目标生物化合物与探针的复合结合来测定。在传统Western/Southern/Northern印迹法中，目标生物化合物被固定在印迹表面上，然后使用可溶探针检测。对于ELISA(酶联免疫吸附测定)或基于微阵列的测试，取而代之的是探针被固定。在微阵列技术中，一组特定探针被固定在生物传感器固体基底的特定位置，其中为了与一个特定目标生物化合物具体地相互作用(即杂交)选择各个探针。另一方面，通过可检测的示踪分子(例如但不限于，荧光团或磁头)标记目标生物化合物。通过使所述固体基底与样品流体接触，将目标生物化合物固定在相应于它们特定探针的位置。然后，经过定位与目标生物化合物结合的可检测的分子产生的信号来检测样品流体中的目标生物化合物。由于杂交是一种与温度相关的现象，因而温度控制在这种技术中，例如对于核酸分析提供了显著的优点。WO03/004162公开了一种在不同温度下(例如20-46±2。C)进行杂交分析的生物传感器设备。该设备包含用于通过在测试流体和从常规恒温流体浴和泵系统输送的热流体(例如水或乙二醇)之间的热传递而控制测试流体(例如样品流体)温度的系统。该热流体在测试流体附近的单独线路中循环。这种控制方法依赖于在恒温流体浴水平的温度测量，同时该设备中温度控制最关键的部分是生物传感器固体基底。因此，该现有技术未实现在生物传感器固体基底表面上精确地控制温度和其分布。在本领域中需要以成本效益的方式改善温度控制，特别是达到可以获得在数十摄氏度内的基本上均匀温度的水平。在本领域中需要一种直接在生物传感器固体基底的水平上测量温度和其分布的精确和可靠的方法和设备。在本领域中也需要一种制造这种改善的生物传感器设备的方法，其中所述方法易于实施，并且不会显著地提高所述设备的成本。本发明的目的是提供一种良好的传感器基底，如生物传感器的固体或水凝胶基底及其制备方法，这种基底可以容易地组合到传感器如生物传感器设备中，并允许在处理中监测和/或控制基底的温度。本发明的优点在于，可以在生物传感器基底上进行制备步骤、扩增步骤或检测步骤时监测和/或控制温度。本发明还涉及一种包含这种传感器基底的设备，例如生物传感器的固体或水凝胶基底，以及一种分析被推测含有一种或多种分析物分子如目标生物化合物的样品流体的方法。
发明内容广义地说，本发明基于以下发现，即在传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上以一个或多个的层和/或斑点沉积一种或多种温度指示剂，可以精确、快速和便宜地监测和/或控制传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底的温度。基于温度而改变光学性能的沉积的试剂发挥作用。传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底的这种构造具有的优点在于，允许监测基底本身的温度。包含这种生物传感器的固体或水凝胶基底的生物传感器设备可用于对被推测含有一种或多种目标生物化合物的样品流体进行容易、精确和便宜的分析。固体或水凝胶基底可以是有孔的，即由固体材料(例如尼龙纤维)制成并且是有孔的。下面结合附图描述本发明、其实施方式和优点。图1是根据本发明的一个实施方式可用作温度指示剂的高分子液晶的特定实例的化学结构。图2是根据本发明的一个实施方式可用作温度指示剂的硅氧烷环液晶的特定实例的化学结构。图3是根据本发明的一个实施方式的生物传感器设备的横截面示意图。图4是根据本发明的一个实施方式的生物传感器的固体或水凝胶基底的横截面示意图。图5是显示可用于本发明实施方式中的LC-填充的聚合物胶囊的两张照片。图6是共聚物NIPA-PEGA观察到的下临界溶解温度(LCST)相对于PEGA/NIPA比率的图。具体实施例方式下面针对特定实施方式并结合某些本发明，但本发明不限于此，而是由权利要求书限制。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。所述附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为说明目的，某些元件的尺寸被放大了，而不是按比例绘制。当在本说明书和权利要求书中使用术语"包含"时，并不排除其他元件或步骤。当使用不定冠词或定冠词指代单数名词时，例如"一个"或"一种"、"所述"，除非另有具体说明，包括该名词的复数。此外，在本说明书和权利要求书中的术语"第一"、"第二"、"第三"等用于区别相似元件，而不必须是用于描述相继或时间顺序。应该理解，在适宜的情况下，所用的术语可以互换，并且这里描述的本发明的实施方式能够以这里所述或所示之外的顺序进行。在本说明书中除非另有说明，术语"生物传感器"，当用于基底时，指其作用是能够通过任何适合的方法检测一种或多种目标生物化合物的存在、缺失或浓度的基底。示例性但非限制性的方法是-在所述基底中或之上的特定位置保持或固定一种或多种目标生物化合物本身(对于Western/Southern/Northern印迹法中所用的生物传感器基底就是这种情况)或一种或多种探针，每一个探针能够与一种或多种目标生物化合物的之一特异结合(在ELISA或微阵列分析中就是这种情况)，和-使一对探针/目标生物化合物的至少一个固定元件与溶液中仍然存在的这一对的互补元件特异结合，-在芯片上扩增，如PCR、rtPCR(实时)、RT-PCR(逆转录)或QPCR(定-在组合有例如激光诱发荧光(LIF)的微流体系统中电泳。在本说明书中除非另有说明，术语"微阵列分析"指如下的分析，其中被推测含有目标生物化合物的样品流体，优选生物流体样品(任选地含有悬浮在其中的微量固体或胶体颗粒)接触(即溢流(flowingover)或流经(flowingthrough))在表面上含有多个分散且孤立区域的生物传感器固体基底，所述每个区域上施用一种或多种探针，选择所述每个探针具有与目标生物化合物特异结合的能力。在本说明书中除非另有说明，术语"目标生物化合物"指被固定作为分析目标或点的生物分子化合物。它包括生物分子化合物，例如但不限于核酸和相关的化合物(例如DNA、RNA、寡核苷酸或其类似物、聚合酶链式反应(PCR)产物、基因组DNA，细菌人工染色体、质粒等)、蛋白和相关的化合物(例如多肽、肽、单克隆或多克隆抗体、可溶的或结合的受体、转录因子等)、抗原、配体、半抗原、碳水化合物和相关的化合物(例如多聚糖、低聚糖等)、细胞片断如膜片段、细胞器、完整细胞、细菌、病毒、原生动物等。在本说明书中除非另有说明，术语"探针"指当在"目标生物化合物"存在时加入或与其反应时能够特异结合所述目标生物化合物的生物试剂，并用于检测所述目标生物化合物的存在。探针包括生物分子化合物，例如但不限于，核酸和相关的化合物(例如DNA、RNA、寡核苷酸或其类似物、PCR产物、基因组DNA，细菌人工染色体、质粒等)、蛋白和相关的化合物(例如多肽、单克隆抗体、受体、转录因子等)、抗原、配体、半抗原、碳水化合物和相关的化合物(例如多聚糖、低聚糖等)、细胞器、完整细胞等。探针还可以包括特定材料，如结合目标化合物的某些生物聚合物。在本说明书中除非另有说明，术语"标记"指具有至少一种可通过适合的装置检测的物理性能(例如但不限于，放射性、光学性能、磁性)使得能够测定其空间位置和/或可检测物理性能的强度的生物或化学试剂，例如{旦不限于，发光分子(例如荧光剂、磷光剂、化学发光剂、电致发光剂、生物发光剂等)、着色分子、经反应产生颜色的分子、酶、磁珠、放射性同位素、可特异结合的配体、可通过声共振检测的微泡等。在本说明书中除非另有说明，术语"作标记"指在探针存在下带进标记的动作，或使标记与探针连接或相互作用(例如反应)的动作。在本说明书中除非另有说明，术语"水凝胶"指能够在水和其他水性介质或极性溶剂(例如烷醇类，如乙醇、甲醇或异丙醇)中溶胀并能够在溶胀状态保持大量水禾P/或溶剂(50。/。以上的水，优选70%以上的水，最优选卯％以上的水)的亲水性聚合物网络。在溶胀状态时，水凝胶由被水和/或极性溶剂分子溶剂化的聚合物链三维网络构成，其中各链相互化学或物理地连接，从而防止聚合物网络在水性或极性有机环境中溶解。在本说明书中除非另有说明，术语"交联密度"S^定义如下5X=工，其中X是多官能团i+X单体的摩尔分数，L是形成单体的直链(=非多官能团的)的摩尔分数。在直链聚合物中，&=0，在完全交联的体系中，^=1。本发明基于在传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上以一个或多个的层禾n/或斑点沉积至少一种经物理性能例如光学性能、电性能、磁性、机械力或压力或形状变化而指示温度的试剂。可以在本发明的含义内指示温度变化的光学性能变化的例子包括但不限于颜色、吸收、传播、光谱、极化、折射率、散射、测量的光强度、激励、荧光等的变化。作为任选特征，斑点可以具有1pm-lmm的较小尺寸，优选5-500pm，最优选10-300ium。作为另一种任选特征，斑点可以是圆形的、球形的、棒状的或柱状的。优选地，当具有温度指示剂的基底例如固体或水凝胶基底的温度在约2(TC-约95。C的温度范围内时，物理性能例如光学性能的这种变化是可检测的。还优选地，物理性能例如光学性能的这种变化优选在不超过约3。C，更优选不超过rc内发生。这种特征是有利的，因为允许精确地分析传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底的温度。作为任选特征，温度指示剂可以在宽的温度范围内逐渐改变其光学性能。例如，可以使用固定在基底上或之中的热响应性荧光染料。这种温度指示剂可以有利地分析宽的温度范围内的温度。作为任选特征，本发明的传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底还可以包括一种或多种探针，所述探针能够各自特异地结合一种分析物分子例如目标生物化合物。优选地，所述一种或多种探针在传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上形成探针位置阵列。这种特征是有利的，因为允许同时检测一种或多种分析物分子例如目标生物化合物。在本发明的实施方式中，可以监测和/或控制在对目标生物化合物在固定的探针上的杂交进行检测(例如在ELISA或微阵列分析的情况下)或对探针在固定的目标生物化合物上的杂交进行检测(例如在Western/Southern/Northem印迹法的情况下)时的温度。在本发明的其他实施方式中，可以监测和/或控制目标生物化合物迸行扩增(例如经PCR)期间的温度循环(即根据预定方式的温度变化)。在本发明的其他实施方式中，可以监测和/或控制制备分析物(例如分离双链DNA)和/或制备探针(例如经断裂活化蛋白探针)时的温度。样品制备中可能需要精确温度控制的其他步骤包括细胞溶解、流体混合、过滤(特别是亲和反应等)、将标记、试剂、酶、抗体、引物等连接到特定分析物的化学反应如结合、偶联或配体反应、以及分析物样品的特定组分浓度的增加或下降。当温度指示剂以一个或多个斑点沉积，并且当一种或多种探针存在时，优选地，斑点位于不同于所述一种或多种探针的位置的位置处。这是有利的，因为避免了探针被温度指示剂污染。还有利的是通过喷墨印刷方法施用一个或多个斑点，因为这允许使用一种方法在基底表面上同时沉积温度指示剂和具有目标生物化合物的探针。然而，本发明不限于喷墨印刷。还有利的是将温度指示剂连接到/固定到基底材料(例如有孔的基底材料或水凝胶)，因为可以在接近于相关位置处测量温度，并避免温度指示剂的迁移。沉积所述温度指示剂的另一种优选的方法包括光图案化步骤(优选使用经过掩模的UV照射)。例如，在第一步骤中，包括UV可接枝部分的温度指示剂的膜可被施加在生物传感器的基底上。在第二步骤中，可以通过经掩模照射uv光进行温度指示剂的光接枝。在第三步骤中，可以除去未反应的温度指示剂。此外，优选的是使用温度指示剂在所述基底中和/或之上的直接光-聚合和/或接枝(优选光-接枝)或者经含有温度指示剂的基体或胶囊的接枝而间接地光-聚合和/或接枝。作为另一种任选特征，至少一种温度指示剂包括液晶性材料。这种特征是有利的，因为液晶在液体至液晶转变温度的宽范围内是可用的和可得到的，特别是2(TC-95t:。作为另一种任选特征，一种或多种温度指示剂中的至少一种包含一种或多种具有硅氧垸聚合物主链的侧链液晶和/或一种或多种液晶性硅氧垸环。这种任选特征是有利的，因为这些物质扩散进固体或水凝胶基底中的倾向低、水吸收倾向低并且液体至液晶的转变相对尖锐。作为另一种任选特征，根据本发明的传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底可以包含一种基底材料以实现经济性，或者可以是包含第一基底材料和第二基底材料的复合基底，其中所述第二材料在第一材料上形成层。后一种特征的优点在于，两种不同基底材料的不同性能组合提供优点，例如第一材料的机械性能和第二材料的化学性能。作为另一种任选特征，传感器基底是LCST(下临界溶解温度)为20-95°C，优选30-85'C的水凝胶基底。作为另一种任选特征，一种或多种温度指示剂中的至少一种可以包含着色剂，优选荧光试剂，例如荧光染料或荧光珠。这种特征是有利的，这使得温度转变更为可见。作为另一种任选特征，生物传感器基底可以包含两种或多种温度指示剂，每一种在不同的温度范围内改变光学性能。这是有利的，因为使得在更宽的温度范围内分析基底的温度。作为另一种任选特征，一种或多种温度指示剂可以同时包含温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶以及着色剂。着色剂(例如荧光珠)例如可以包埋在温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶内，或者可以与温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶共聚合，或者可以在沉积温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶之前沉积在生物传感器基底上。这是有利的，因为这使得可以检测由温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶的温度诱发散射造成的光信号(例如荧光珠的荧光)的强度变化。本发明的另一个实施方式涉及一种传感器，特别是一种生物传感器设备，其包含-室，其包括基底如生物传感器的固体或水凝胶基底，所述基底包含一种或多种温度指示剂，每一种通过改变至少一种物理性能例如光学性能而起作用，-入口装置，用于将被推测含有一种或多种分析物分子如目标生物化合物的样品流体引入所述室中，使得所述样品流体接触所述传感器基底，例如生物传感器的固体或水凝胶基底，-用于在所述样品流体已经接触所述基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底之后分析所述传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底的装置，从而测定一种或多种分析物分子例如目标生物化合物在所述传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底上的存在和/或浓度，和-用于分析生物传感器的固体或水凝胶基底的装置，从而从一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息。作为任选特征，本发明的生物传感器设备还可以包含一种或多种探针，其中每一种探针能够特异地结合一种或多种目标生物化合物中的一种。作为另一种任选特征，当温度指示剂包含温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶时，一种或多种探针可以在温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶沉积之后沉积在所述生物传感器基底上。作为生物传感器设备的另一种任选特征，样品流体可以通过流经而接触生物传感器固体、有孔的或水凝胶基底。这种特征是有利的，因为与溢流技术(flowover)相比可以降低分析所需的时间。根据本发明的一个实施方式，用于测定一种或多种目标生物化合物存在的装置和从一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息的装置可以是相同装置。在这种情况下，这种单一装置可以是光学装置。这是有利的，因为提供了既经济又实用的生物传感器设备结构。所述单一的光学装置可以包含使用相同的发光/激励光学装置和/或相同的光学检测装置和/或同时使用相同的发光和光学检测装置(或至少一部分)的情况。作为任选特征，可以提供发光和/或激励装置。作为另一种任选特征，当提供发光和/或激励装置时，它们形成与用于测定一种或多种目标生物化合物存在的装置和从一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息的装置相同的光学设备的一部分。作为另一种任选特征，生物传感器设备还可以包含用于提高样品流体和/或生物传感器的固体或水凝胶基底的温度的加热装置(例如一种加热装置或两种或多种加热装置)。这种特征是有利的，因为不再需要外部加热装置。作为另一种任选特征，生物传感器设备还可以包含用于降低样品流体和/或生物传感器的固体或水凝胶基底的温度的冷却装置(例如一种冷却装置或两种或多种冷却装置)。这种特征是有利的，因为不再需要外部冷却装置。可以同时提供加热和/或冷却装置，例如电阻加热器或Peltier元件。所述加热/冷却装置(例如Peltier元件)可以用于在PCR反应中使DNA变性和复性。为了PCR反应的性能，优选的是，所述设备能够获得约45-100"C的精确温度。还优选的是，在约15秒或更少内可以获得达到50度的温度变化。当生物传感器设备还包含加热装置时，生物传感器设备还可以包含另一种任选特征，即用于从分析装置接收温度相关的信息和用于调节加热装置的功率输出以达到并保持预定温度的装置。当生物传感器设备还包含冷却装置时，生物传感器设备还可以包含另一种任选特征，即用于从分析装置接收温度相关的信息和用于调节冷却装置的操作以达到并保持预定温度的装置。当生物传感器设备包含冷却和/或加热装置时，生物传感器基底还可以包含两个或多个区域作为另一种任选特征，并且加热和/或冷却装置可以用于独立地控制生物传感器基底的所述两个或多个区域各自的温度。作为另一种任选特征，加热和/或冷却装置可以包含用于独立地控制基底的两个或多个区域温度的两个或多个加热装置和/或两个或多个冷却装置。这是有利的，因为某些区域可能需要或多或少的加热/冷却，以获得相同温度。因此，这样可以在生物传感器基底的全部区域中获得均匀温度，例如如果在表面上定义大量区域，则基本上是生物传感器基底的整个表面上。作为在生物传感器基底包含两个或多个区域情况下的另一种任选特征，生物传感器设备还可以包含用于从分析装置接收生物传感器基底的所述两个或多个区域的每一区域的温度相关的信息并调节加热装置和/或冷却装置的功率输出以达到并保持对于生物传感器基底的所述两个或多个区域各自的预定温度的装置。这样允许例如使生物传感器基底表面上的温度均匀化。作为另一种任选特征，生物传感器设备可以包含用于在样品流体中产生运动(例如用于从基底表面除去气泡)的装置。特别地，当存在加热和/或冷却装置时，在基底水平上的气泡可能使气泡附近的基底和/或流体的温度不同于远离该气泡处的温度。这样可能使基底表面上的温度分布不均匀。因此，有利的是提供具有用于在样品流体中产生运动和例如用于从基底表面除去气泡的装置的生物传感器设备。这种装置例如可以是泵装置或混合装置。当生物传感器设备包含用于除去气泡的装置时，该设备还可以包含作为任选特征的与用于分析生物传感器的温度的装置连接的信号装置，以用于向设备的使用者指示存在气泡诱发的温度不均匀性。作为另一种任选特征，分析装置可以与用于除去气泡的装置连接，使得当通过用于分析生物传感器基底的温度的装置检测到气泡诱发的温度不均匀性时，自动操作所述用于除去气泡的装置。相似地，用于除去气泡的装置可以与分析装置连接，使得一旦温度均匀性恢复时就停止用于在样品流体中产生运动的装置的操作。作为另一种任选特征，生物传感器设备还可以包含用于经过用于分析生物传感器基底的装置检测生物传感器基底上的温度不均匀性而中断生物传感器设备的一种或多种功能部件的操作的装置。作为另一个额外特征，所述室可以包含水凝胶。所述水凝胶是温度响应性的或包含温度指示剂。特别地，水凝胶可以存在于生物传感器基底之上，并占据整个室或其一部分。这是有利的，因为除了在生物传感器基底水平上的温度控制之外，还可以在溶液水平上监测和控制温度。通过将温度指示剂置于溶液的各点上，可以监测或控制溶液的不同点的温度。水凝胶主要由水(50-99%，优选70-97%)构成，它基本上不干扰将要进行的分析/检测、样品预处理(准备)/PCR/特定化学反应等。作为任选特征，温度指示剂可以置于1pm-lmm、优选5-500pm、最优选10-300pm的较小尺寸的体积或面积内。作为另一种任选特征，温度指示剂所占据的体积或面积(例如斑点)可以是圆形的、球形的、棒状的或柱状的。本发明的另一个实施方式涉及一种制造生物传感器的固体或水凝胶基底的方法，所述方法包括提供固体或水凝胶基底材料，并在所述固体或水凝胶基底材料中和/或表面上加入一种或多种温度指示剂，其中所述指示剂的物理性能随温度变化。例如，每一种指示剂可以通过改变其光学性能，例如一种或多种光学性能而发挥作用。作为该制造方法的任选特征，提供在所述传感器基底例如固体或水凝胶基底材料中和/或表面上加入一种或多种探针的步骤，其中每一种探针能够特异地结合一种分析物分子，例如目标生物化合物。根据该方法的这种实施方式，一种或多种探针和一种或多种温度指示剂可以有利地通过喷墨印刷施用。可以通过反应(例如聚合)实现温度指示剂与有孔的固体或水凝胶基底的连接，优选通过光反应(例如光聚合)，从而使温度指示剂进行良好限定的图案化沉积。本发明的另一个实施方式涉及一种分析被推测含有一种或多种分析物分子如目标生物化合物的样品流体的方法，所述方法包括a)分析传感器基底如生物传感器的固体或水凝胶基底，所述基底包括一种或多种探针和一种或多种温度指示剂，其中每一种探针能够特异地结合一种分析物分子例如目标生物化合物，每一种温度指示剂通过随温度改变物理性能如光学性能而操作，从而从所述一种或多种温度指示剂获得温度-相关的信息，b)使所述样品流体与所述传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底接触，和c)在接触所述样品流体之后分析所述传感器基底，例如生物传感器的固体或水凝胶基底，从而测定所述一种或多种分析物分子例如目标生物化合物的存在和/或浓度。作为任选特征，当用荧光部分标记分析物分子时，本发明的分析方法还可以包括在步骤(C)之后的另一个步骤，其中在升高温度的同时除去样品流体。在该实施方式中，随升高温度而降低的荧光信号可以提供关于特定结合的分析物浓度的额外信息。作为其他任选特征，本发明的分析方法还可以包括传感器基底例如生物传感器的固体或水凝胶基底的预加热步骤，从而将其温度升至所希望的温度，例如约20-约95'C的温度，这种预加热步骤优选在步骤(a)之前进行。这种特征是有利的，因为允许在探针和目标生物化合物之间提供较高的结合特异性的温度下进行分析方法。预加热也可以用在制备步骤中，例如当分析物包括需要在进行分析之前分离的双链DNA的情况下或者当检测过程中所用的酶需要断裂而获得其活性形式的情况下。作为另一种任选特征，本发明的分析方法还可以包括PCR步骤，其中基底的温度在步骤(a)之前循环预定次数。特别地，温度可以在94-98'C的第一温度、50-64。C的第二温度和70-74t:的第三温度之间循环。在另一个实施方式中，本发明涉及一种进行PCR的设备，所述设备包括-用于接收待扩增的生物分子种类的接收器，所述接收器包括水凝胶，所述水凝胶是温度响应性的或包括一种或多种温度指示剂，-加热和/或冷却装置，和-用于分析所述水凝胶的装置，从而从所述一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息。水凝胶可以占据整个室或其一部分。这是有利的，因为允许在溶液水平上监测和控制温度。通过将温度指示剂置于溶液的各点上，可以监测或控制这些点的温度。水凝胶主要由水构成，它不干扰将要进行的PCR扩增。为了自动化温度控制，可以进行反馈过程(如上所述)。下面，将主要针对固体或水凝胶基底描述本发明，但本发明不限于此，在其范围内包括任何适合的基底。此外，将主要结合生物目标化合物描述本发明，但本发明不限于此，而是可以包括任何适合的分析物分子。将主要结合随温度改变光学性能的试剂描述温度指示剂。然而，本发明不限于此，包括随温度改变任何适合的物理性能，如电导性、磁化率、施加机械力或压力的体积或尺寸，或者形状变化的试剂。此外，将结合微阵列分析描述本发明，但本领域技术人员应理解本发明不限于此，可以有利的适用于任何适合的感测技术，其中ELISA测试或Western/Southern/Northem印迹f去4又作为例子。在一个实施方式中，本发明涉及一种用于分析被推测含有一种或多种目标生物化合物的样品流体的生物传感器的固体或水凝胶基底，其中目标生物化合物例如但不限于如下-具有约5个氨基酸单元至约50个氨基酸单元的寡肽，-具有多于50个氨基酸单元的多肽，-包括酶的蛋白质，-寡-和多核苷酸，-抗体或其片段，-RNA，和-DNA。对于某些目标生物化合物，在分析之前的变性步骤是有利的，例如双链DNA可以分离成单链，从而允许单链与生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上的探针特异性结合。这种变性步骤可以便捷的方式实施，例如通过加热样品流体。当在这种变性步骤中加热样品流体时，可以进行任选的冷却步骤以保持链分离。目标生物化合物优选用标记作标记，从而允许它们被检测。这些标记可以是发光的(例如荧光的、磷光的、化学发光的或电致发光的)、放射性的、酶性的、比色的、声音的(例如微泡共振)或磁性的标记。可特异性结合的配体可以用于代替标记，在这种情况下，在下一步骤中用相容的带标记试剂结合配体。优选地，用于对目标生物化合物作标记的标记是光学可检测的，如发光或比色的标记。适合的荧光或磷光标记例如包括但不限于荧光素、Cy3、Cy5等。适合的化学发光标记例如包括但不限于发光氨、荧光棒(cyalume)等。适合的放射性标记例如包括但不限于同位素，如1251或3*。适合的酶性标记例如包括但不限于辣根过氧化物酶、P-半乳糖苷酶、荧光素酶、碱性磷酸酶等。适合的比色标记例如包括但不限于胶体金等。适合的声音标记例如包括但不限于微泡等。适合的磁珠例如包括但不限于DynabeadsTM等。每一目标生物化合物可以用大量标记作标记，例如高达约300个相同的标记(例如，在最终PCR扩增步骤期间)，从而提高方法的灵敏性。作为任选的步骤，在需要时，可以利用一种或多种化学和/或物理处理(例如但不限于化学PCR纯化、透析或反渗析)从样品流体中除去未加入进目标生物化合物中并仍存在于样品流体中的未结合的标记，从而减少后续测量中的任何背景信号。被推测含有一种或多种目标生物化合物的样品流体可以是工业来源或天然来源的。适于进行本发明方法的样品流体的例子可以是但不限于任何动物的体液，如唾液、血液、尿液、口水、粪便或血浆，包括哺乳动物(特别是人类)、鸟类和鱼类。其他非限制性例子包括源于植物、线虫类、细菌等的含有生物材料的流体。为了本发明方法的适合性能，优选的是所述生物材料基本上以流体形式存在，更优选液体形式，例如在适合的溶解介质中的溶液形式。本发明方法中所用的样品流体的体积不是本发明的限制参数，例如可以采用约5(il-lml之间的任何值，优选约50^1-400^1。在许多情况下，优选的是将缓冲液(例如杂交缓冲液)直接加到待分析的样品流体中或作为检测单元的集成部分(例如在生物传感器的固体或水凝胶基底之上或之下作为流体或以冻干形式加入)，从而不需要单独的杂交缓冲液贮存区。生物传感器基底可以是能够与一些生物种类特异结合的固体材料。在本说明书中，术语"固体"应被理解成相对于液态或气态而言。因此，水凝胶也可以被认为是特殊的固体形式。一些基底材料在某种程度上具有结合一种或多种生物化合物(例如尼龙对于DNA或RNA生物聚合物的亲和性)的固有能力，但是对于一种特定生物化合物的特异性经常要求基底材料的某些改进(例如通过将探针连接到材料之上或之中)。基底材料的精确性质不是本发明的限定特征，因此可以是本领域中已经描述的作为用于在基底上的生物分子固定的适合材料的任何材料。这种材料的非限制性例子通常包括-有机聚合物，如聚酰胺均聚物或共聚物(例如尼龙，如非织造尼龙)、热塑性氟化聚合物(例如聚偏二氟乙烯PVDF)、聚卤乙烯(例如聚氯乙烯PVC)、聚砜类、纤维素类材料(如纸、硝基纤维素或乙酸纤维素)、聚烯烃类、聚丙烯酰胺类，如聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)、Polyglactin910(Vicry鹏)(=乙醇酸和乳酸的共聚物)、聚葡糖酸盐(Maxon)(=聚葡糖酸盐乙醇酸交酯(90)/三亚甲基碳酸酯(10))、polydioxanone(PDS)、聚-4-羟基丁酸酯和天然来源的聚合物，如琼脂糖、透明质酸和任何比例的共混物，以及-无机材料，如玻璃、石英、二氧化硅、银、金、铝、其他含硅材料(例如氧化硅或氮化硅)、金属氧化物材料如氧化铝等。-天然材料(经过本领域技术人员公知的一些处理步骤)，如硝基纤维素膜等。对于某些特定实施方式，捕获探针与纳米或微米范围的颗粒基底相连。在这种情况下，温度传感器也应用在相同颗粒上，与捕获探针尽可能接近以原位进行测量。在一些情况下，适用的是组合多于一种的基底材料，例如通过形成层，优选在第二基底材料上形成第一基底材料的相对薄层。这种组合使得从不同性能的组合获得优点，例如同时获得第二层的机械性能和第一层的化学性能。在连接探针之前，基底材料可以是钝化的、未活化的，或者可以在其至少一部分表面上是活化的。如果被活化，则可以根据本领域中的常识标准通过化学处理和/或物理处理进行活化。适合的活化方式包括但不限于等离子体处理、电晕处理、UV处理或火焰处理和化学修饰。根据基底材料的种类，适合的化学修饰包括但不限于引入季铵离子(例如引入聚酰胺中)、溶剂分解(例如水解)、酰胺基团衍生成脒基(例如在聚酰胺中)、羟基化、羧基化或甲硅垸基化，在贵金属表面如金和银上引入硫醇，和/或在氧化表面如玻璃和氧化铝上引入官能化的硅垸。如果是钝化的，可以通过在基底材料的表面上施用阻断物质或试剂例如但不限于鲑精、脱脂乳或聚阴离子适宜地进行局部钝化。基底材料可以是无孔的或可以表现出一定程度的孔隙率。如果使用无孔材料，那么生物种类的结合是目标生物化合物从样品流体向生物传感器的固体或水凝胶基底的表面自由扩散的结果。在这种情况下，为获得充分结合可能需要几小时的杂交时间。这种技术经常称作"溢流"技术。如果基底材料是有孔的，那么目标生物化合物的结合是样品流体经过表面自由或强制流动一次或多次的结果，即从生物传感器固体基底的下表面到上表面或从上表面到下表面。该实施方式可以明显縮短进行杂交过程所需的时间。这种技术经常称作"流经"技术。为了使样品流体经基底材料流动多于一次，可以通过经生物传感器的固体或水凝胶基底重复抽吸样品流体使其循环多次。有孔的生物传感器固体基底可以包含具有多个各种形状和尺寸的孔、开口和/或通道的网络。有孔的生物传感器固体基底可以是纳米有孔的或微米有孔的，即孔、开口和/或通道的平均尺寸适宜地可以为约0.05拜至约10.0pm。在一个实施方式中，平均孔尺寸可以为O.lpm-3.0pm。在另一个实施方式中，平均孔尺寸可以为约0.2-1pm。在本发明中，术语"孔隙率"特别指或包括材料中所有孔或空隙的体积与整个材料体积之比。换句话说，孔隙率是非实心体积与材料总体积之比。在本发明中，孔隙率特别是0%-100%的分数，例如40%-98%。在本发明中，术语"开孔隙"(也称作有效孔隙率)特别指或包括发生有效流体流动的总体积分数。根据本发明实施方式，固体有孔的基底材料的内表面积比其面积大因子X，因子X〉100。根据另一个实施方式，因子X〉1000，根据可选的实施方式，X>10000，根据再一个实施方式，X>100000。生物传感器固体基底的厚度不是本发明的限定特征，可以从1纳米变化为达到约3nm以上，例如达到lmm。如果膜是自立的，例如在流经设备的情况下，厚度可以为1微米至几百微米，例如20iim-400pm，或50lam-200pm。在具有探针分子的膜的情况下，膜厚度可以低于上述规定值，例如l纳米-几百微米。在使用表面等离子共振的设备的例子中，可以是绕过设备，为了从膜的背侧读出，膜可以是极薄的银膜。基底例如膜的形状和/或尺寸不被认为是本发明的限定特征。其可以是圆形的，例如直径为约3-15mm，但是可以使用任何其他基底形状(矩形、正方形、椭圆形...:>和/或尺寸。应该适宜地选择本发明所用的探针，使其对被推测存在于待分析样品中的目标生物化合物或所述目标生物化合物的相关修饰具有亲和性。例如，如果目标生物化合物是DNA，那么探针可以是但不限于合成的寡核苷酸、其类似物或特定抗体。目标生物化合物的适合修饰的非限制性例子是生物素取代的目标生物化合物，在这种情况下，探针可以具有亲和素官能团。在本发明的特定实施方式中，几种不同的探针沉积在基底之中和/或之上。在更具体的实施方式中，多个不同的探针以阵列方式沿着所述固体基底的一个表面在物理不同的位置上形成斑点，从而允许平行地测量不同的目标生物化合物。这种实施方式经常称作微阵列。为了更易于支持后续检测和鉴定，一个或多个额外的斑点(例如用于强度校准和/或位置检测)也可以在基底材料的表面上形成斑点。可以通过本领域已知的任何方法适宜地形成斑点，例如但不限于喷墨印刷、压电形成斑点、自动接触印刷、微量吸取等。在形成斑点之后，由于基底(例如膜)固有或获得的(例如经活化)性能而自发地或通过额外的物理处理步骤(例如但不限于交联，例如通过干燥、加热或通过光源曝光)将探针固定在基底材料的表面上。一旦沉积探针在基底材料的表面上(例如经喷墨形成斑点)，就加入有效量的阻断剂以使基底未形成斑点的区域钝化，这样有助于防止目标生物化合物或未结合的标记与未形成斑点的区域(可以会导致不希望的背景信号)的非特异结合，并因此增大信/噪比。适合的阻断物质或试剂的例子通常包括但不限于鲑精、脱脂乳或聚阴离子。在本发明的另一个实施方式中，可以同时使用不同的标记，从而同时(i)来自于不同的样品流体(例如不同的样品流体如血液和唾液或源于不同位置的不同样品流体)的一种或多种目标生物化合物，或(ii)来自于多个样品流体(例如源于受治疗患者的样品相对于源于未治疗的健康患者的样品，等等)的分析物的差异表达，或(iii)来自于相同样品流体的不同种类目标生物化合物(例如血液样品流体的DNA和RNA含量分析)。在使样品流体与生物传感器固体基底接触之前，优选的是将样品流体加热到预定温度，从而通过赋予更严格的结合条件允许更精确地控制结合性能，特别是结合特异性。可以通过加热生物传感器基底(例如膜)或样品流体或加热二者来进行加热步骤。在达到所需的温度之后，使样品流体与基底接触。本发明的一个重要特征是在生物传感器的固体或水凝胶基底之中和/或之上沉积一种或多种温度指示剂，从而允许改善温度的控制和温度在固体基底表面上的均匀性。在生物传感器基底的表面上提供被温度指示剂标记的几个区域使得可以分析温度在该表面上的均匀性。获取这种信息使得可以采取适宜的措施校正温度的均匀性或者在进行分析时考虑这一点。这些一种或多种温度指示剂可以包埋在生物传感器的固体或水凝胶基底(例如在生物传感器固体基底材料制造中加入，或者如果生物传感器固体基底是有孔的基底，在生物传感器固体基底的孔中沉积)中，或者以层或斑点沉积在生物传感器基底上。如果一种或多种温度指示剂以层沉积在生物传感器基底上，从而产生连续分布，那么可以通过本领域已知的任何方法进行沉积，例如但不限于从溶液进行的溶剂浇注、旋涂、喷射、刀涂、喷漆、浸涂、丝网印刷等。如果生物传感器固体基底是无孔的，那么优选在施用探针之前沉积温度指示剂的层。如果生物传感器固体基底是有孔的，那么可以在施用探针之前或之后沉积温度指示剂的层。在有孔的生物传感器固体基底的情况下，本领域技术人员应理解温度指示剂的层可以在某种程度上在生物传感器固体基底内部扩散。如果一种或多种温度指示剂以斑点沉积在生物传感器基底上，从而产生不连续分布，那么所用的形成斑点的方法可以是本领域已知的任何形成斑点的方法，优选与形成探针斑点所用方法相同的方法。最优选地，该方法是喷墨印刷。独立于生物传感器固体基底的孔隙率，可以在施用探针之前或之后沉积斑点。在有孔的生物传感器固体基底的情况下，本领域技术人员应理解斑点可以在某种程度上在生物传感器固体基底内部扩散。本发明中使用的温度指示剂通过在约2(TC-95'C的温度范围内改变其光学性能而发挥作用。在蛋白微阵列的情况下，适用范围是35-40°C。在DNA微阵列的情况下，适用范围是42-65t:，另一个适用范围(特别是在洗涤步骤中)是60-95°C。可以根据参数选择最适宜的温度指示剂，如待分析的样品流体，特别地其中所含的目标生物化合物。光学性能的变化优选应在短的温度间隔内是可检测的，例如不超过5'C，优选不超过约3。C，更优选不超过约rc，最优选不超过0.5'C。在液晶性温度指示剂的情况下，当液晶材料的纯度较高时，这种变化经常在更尖锐的温度间隔内出现。纯度增加经常伴随着成本增加。因此，对于每种特定类型的分析必须找到成本和精度之间的平衡。通常，当达到和/或越过给定的温度范围时，观察到光学性能变化，因此，这种性能的测量使得可以测定生物传感器固体基底的温度是高于或低于该温度范围。本发明中使用的温度指示剂的非限制性例子是热变色染料、光变色染料(例如分散在聚合物基体中)、液晶(LC)和温度响应性的聚合物。热变色染料是在化学或物理环境的一定变化(通常pH变化)时表现出颜色变化的化合物(经常在无色和有色形式之间变化)。一种或多种热变色染料经常与可解离的盐、弱酸和/或适宜的溶剂一起密封在微胶囊内。使用碱代替酸的其他类型的混合物也是本领域已知的。当溶剂是固体时，即低于其熔融温度，染料以其未着色形式存在，而当溶剂熔融时，盐解离，微胶囊内的pH降低，染料被质子化，其化学结构变化，因此其吸收光谱迁移。适合的热变色染料包括但不限于螺内酯、呋喃、螺吡喃和俘精酸酐。螺内酯的例子是下示的结晶紫内酯。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>适合的弱酸包括双酚A、对羟基苯甲酸酯、1,2,3-三唑衍生物和4-羟基香豆素，并用于质子给体，从而将染料分子从它的未着色形式改变为其质子化着色形式；强酸会使变化不可逆。这些热变色染料可以与其他颜料或染料一起使用，从而在颜料或染料的基本颜色和热变色染料的质子化形式的颜色之间产生颜色变化。热变色染料在约-5t:至6(TC的整个温度范围内和宽的颜色范围内是可用的。颜色变化经常在3°C间隔内发生。第二类染料是光变色染料。对于这些染料而言，光变色过程的速率常数强烈地依赖于聚合物基体的自由体积量，因此，它们强烈地依赖于温度。对于空间位阻光变色化合物而言，聚合物基体中低于Tg的自由体积对于染料的异构化反应是不够的。高于聚合物的玻璃转变温度时，光变色过程的速率常数因自由体积增加而显著增加，并发生光变化。优选的热变色材料是液晶。在大多数情况下，液晶在高于区别转变温度时从液晶性光散射态变化为各向同性的透明态。这可以用于指示温度例如美国专利No.5,686,153中所示。低分子量液晶可以沉积在生物传感器固体基底表面之中或之上，并且当加热到高于某一温度时，可以在或多或少的透明态(依赖于生物传感器固体基底和所用液晶的各向异性相之间的折射率匹配)和散射态之间提供可观察到的转变。使用低分子量液晶的优点在于，发生相转变的温度范围相对较小。例如通过共混不同的液晶调节这种温度范围。低分子量液晶的缺点是这些液晶通过或穿过生物传感器固体基底扩散，并且这些液晶吸收一定程度的水。本发明中使用的其他温度指示剂是高分子液晶(PLC)。其优点在于，更容易在生物传感器固体基底上印刷，通过或穿过生物传感器固体基底而扩散的倾向更低，以及吸收水的倾向更低。大多数高分子液晶的缺点在于，发生相转变的温度范围比小分子量液晶大。因此，从这些聚合物获取的温度相关的信息对于某些类型的分析不够精确。在高分子液晶的种类中，具有硅氧烷聚合物主链的侧链液晶是优选的。特定例子示于图1。图1的高分子液晶是硅氧烷-聚苯乙烯嵌段共聚物，在硅氧烷链上含有提供液晶相的氰基联苯。这种特定聚合物在低于8(TC下是近晶相(即其中存在长范围取向顺序并且液晶性部分分组成层的相)，并且在5T:-8(TC内具有相对尖锐的转变，显示出从散射到透明的变化。这种聚合物是稳定的，并对水吸收具有抵抗性。例如通过选择氰基联苯部分之外的其他介晶(即诱发结构顺序的液晶性材料的基本单元)或通过改变端基或间隔基团可以调节转变温度。最适用的温度范围为20-95°C。由于液晶性硅氧烷环(图2)较窄的分子量分布，其经常具有比直链聚硅氧垸更尖锐的液态至液晶转变温度范围。在图2的例子中，这种转变在约rc的温度间隔内发生。优选的液晶性硅氧烷环系列的通式如下■2R2-O-S卜R，其中x是3或4，其中R,是垸基(如-CH3、-C2H5)、环垸基(如环己基)或苯基。介晶R2基团的非限制性例子包括但不限于以下的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage28</formula>其中x优选为2-12，以及其中n优选为l-6。在本发明的另一个实施方式中，高分子、低聚或环状液晶可以与单体共混或溶解在其中。随后，溶液或共混物沉积在生物传感器固体基底上并聚合。这使得可以避免液晶性材料和水和/或样品流体之间的任何接触。然后，体系形成所谓的聚合物分散的液晶，其以液滴或通道分布在针对样品流体形成屏障的聚合物基体中。适用于此的单体包括但不限于丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、环氧化物类和其混合物，它们可以被热固化或利用光照射固化。防止样品流体与液晶性材料接触的可选方式是在聚合物壳内包封液晶液滴。例如可以通过使聚合物、液晶性材料、和与水完全或部分混溶的有机溶剂(例如但不限于，二氯乙烷)与水的混合物乳化而得到液晶填充的聚合物胶囊。还可以加入稳定剂，如聚乙烯醇。有机溶剂在水相中溶解，随后蒸发。其结果是，乳液液滴中的聚合物和液晶不再混溶，并且在与水相的界面处形成聚合物壳。为了改善LC填充的聚合物胶囊的聚合物的混合物的尺寸分布的均匀性，LC和溶剂可以通过使用例如喷墨嘴逐滴喷射在水中。在使用喷墨嘴的情况下，胶囊直径可以为2-20微米范围。在除去水之后，胶囊可以分散在单体体系中，并可以通过使用印刷技术(例如但不限于喷墨印刷)局部地沉积形成的共混物。其后，可以通过光-聚合固化单体-体系。这种方法的优点在于，可以使用低分子量液晶，而没有水吸收危险或扩散问题。图5示出使用光学显微镜拍摄的两张照片。这两张照片代表室温下的两个LC-填充的聚合物胶囊。左面表示两个垂直偏振器之间的胶囊，右面表示两个平行偏振器之间的胶囊。这些胶囊的直径为约7pm。在高于室温的某一温度下(这里是在35。C下)，左面和右面的对比消失，胶囊成为不可见的/透明的(图5中未示)。在本发明的另一个实施方式中，通过向液晶体系中加入少量染料实现从散射态转变为各向同性态的可见性增强。应选择染料浓度，使得染料在各向同性相几乎不可见，而在散射相清楚可见。这是可能的，因为在后一种情况下光路更长。该实施方式的优点在于，可以容易地使用一种检测装置同时检测液晶至液体转变和目标生物化合物(如果那些目标生物化合物用光学可见的标记例如但不限于荧光标记作标记)的位置。在特殊设计中，可以在含有另一种具有对比色的染料的已印刷区域之上印刷染料-液晶复合物。例如，含有蓝色染料的液晶复合物可以印刷在含有红色染料的基底上。在另一个实施方式中，染料是荧光染料。在该实施方式中，当液晶性材料处于液晶性相时(例如向列相或近晶相(即没有位置顺序，但是长范围取向顺序))，荧光更强。此外，可以容易地使用一种检测装置同时检测液晶至液体转变和目标生物化合物的位置。因此，在这种优选情况下，使用也用于激励荧光目标生物化合物的光激励荧光染料，并用检测装置(例如显微镜、光检测器、光检测器阵列、照相机如CCD或CMOS照相机等)检测。在本发明的另一个实施方式中，液晶性材料本身是固有有色的或荧光性的。在另一个实施方式中，具有不同的液晶至液体转变温度的不同液晶性材料沉积在相同基底的不同位置。在该实施方式中，可以分析确切温度的更精确值，而不是仅对生物传感器固体基底在某一临界温度之下或之下的事实作推断。在本发明的另一个实施方式中，具有略微不同的温度转变的两种LC材料彼此相邻印刷。一种LC材料的转变略低于所需温度，另一种材料的转变温度略高于该温度。通过用检测装置(例如，显微镜、光检测器、CMOS或CCD照相机等)分析这两种材料，可以在这两种不同LC材料的转变温度所给出的两个极值之间精确地控制温度。此外，温度指示剂可以在生物传感器固体基底的表面上分布，以获得关于在该表面上温度分布的信息。在本发明的另一个实施方式中，胆甾液晶用作温度指示剂。胆甾液晶是具有液晶性相的棒状液晶，其中分子在层的不同系列内紧密排列，分子的轴平行于层的平面，并且相邻层中的分子取向略微旋转。因为当与下面层中存在的LC分子相比时，特定层的LC分子总是沿一个方向(例如顺时针)略微旋转，因此LC分子的每一个层间柱在垂直于分子的方向上形成螺旋。由于分子各向异性的原因，单轴光学指示线也在相同方向上形成螺旋，并且当满足布拉格条件时，发生光反射。反射波长X与如下螺距p相关，如下入=p，其中^是平均折射率。螺距p是温度相关的，因此反射波长也如此。当选择胆甾LC分子以在低于希望监测的温度下表现出近晶相时，螺距变得是特别温度敏感的。当接近转变时，近晶相打开螺旋，颜色随温度剧烈变化。通过在聚合物粘结剂如聚氨酯中分散胆甾材料或者通过使液晶微胶囊化并在聚合物粘结剂中分散胶囊，可以制造简单的热变色涂层。这些分散体可以从溶液以膜涂布在基底上，并干燥或固化。当将膜应用在黑色生物传感器固体基底上时，可以获得最佳结果。可以从反射颜色读取温度信息。在这种情况下，光谱分析将给出最佳结果。适合的分析装置例如是具有滤色阵列的CCD照相机。在本发明的另一个实施方式中，发生相转变(这包括熔化、晶体至非晶体、LCST或其他转变)的温度响应性的材料可以用作温度指示剂。例如，表现出下临界溶解温度(LCST)的(亲水性)聚合物、共聚物或水凝胶可以用作温度指示剂。这些聚合物、共聚物或水凝胶在高于LCST时从透明态转换为散射态。温度响应性的聚合物的非限制性例子包括基于一种或多种下列单体的聚合物、共聚物或水凝胶N-取代的丙烯酰胺类(如N-烷基丙烯酰胺类，如N-异丙基丙烯酰胺、二(甲)乙基丙烯酰胺、羧基异丙基丙烯酰胺、羟甲基丙基甲基丙烯酰胺等)、丙烯酰基烷基哌嗪和N-乙烯基己内酰胺，及其与亲水性单体的共聚物，例如但不限于(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸、丙烯酰胺、聚(甲基)丙烯酸乙二醇酯、N-乙烯基吡咯垸酮、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、丙烯酸二甲基氨基乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺或其混合物，和/或与疏水性单体的共聚物，例如如但不限于(甲基)丙烯酸(异)丁酯、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯或其混合物。适用的聚合物的例子是聚(iV-异丙基丙烯酰胺)(LCST=32°C)、聚(^,-二乙基-丙烯酰胺)(1^8丁=25-35°(:)和聚(->^丙烯酰基-^'-垸基哌嗪)(LCST-37t:)。N-取代的丙烯酰胺类可以与例如氧乙烯、三羟甲基丙烷二硬脂酸酯、s-己内酯和其混合物共聚。例如通过混合一种或多种7V-取代的丙烯酰胺单体与有效量的一种或多种交联剂可以制备温度响应性的水凝胶。交联剂的适合例子包括但不限于N-甲基-双丙烯酰胺和聚(乙二醇)二丙烯酸酯。单体:交联剂的摩尔比可以适宜地在1:25至1:1000的范围内。此外，可以加入引发剂(光引发剂或热引发剂)以引发聚合(例如相对于单体的比例为1-5重量％)。一种或多种单体可以与含水溶剂(通常50-90重量％的H20或&0/甲醇混合物)混合，然后例如通过喷墨印刷将混合物沉积在生物传感器基底(例如膜)上，然后聚合。优选地，在沉积之后立即进行聚合，使得混合物可以固定在生物传感器基底(例如膜)上，并且在聚合之前不会显著地扩散进生物传感器基底(例如膜)中。为了增强对比，在水凝胶沉积之前，可以沉积染料或含有染料的聚合物。根据本发明的实施方式，至少一种温度指示剂是交联密度为0.002-1，优选0.05-1的温度响应性的(亲水性)聚合物、共聚物或水凝胶。此外，可以在沉积水凝胶之前沉积输送光信号的试剂或包埋在水凝胶中。这种试剂例如可以是荧光块或荧光珠如荧光微球(例如含有染料的聚苯乙烯微球)。在这种情况下，检测温度变化的一种方式是监测当达到下临界溶解温度(LCST)时水凝胶的透明至散射转变造成的荧光强度变化。检测温度变化的另一种方式是测量光的传播、散射或反射。温度控制装置可以是任何装置，例如但不限于恒温流体浴、恒温气回路、电阻加热器、Peltier设备等。在一些实施方式中，温度控制装置可以是两个或多个温度控制装置(即两个或多个加热装置和/或冷却装置)，用于独立地控制生物传感器基底上、更特别是生物传感器基底表面上的两个或多个区域的温度。作为例子，可以在生物传感器基底之下或之上提供多个加热器和/或冷却器元件的二维阵列。这些元件各自例如可以与一个或多个控制终端连接，从而能够使有源矩阵独立地改变每个元件的状态(开或关)。使用多元或无源矩阵技术是其他选择，但不是优选的。在本发明的特定实施方式中，可以实施反馈过程，其中控制器接收相应于温度读数的信号，并调节温度控制装置的功率输出，从而保持所选温度。如果提供两个或多个加热装置和/或冷却装置以独立地控制生物传感器基底上的两个或多个区域的温度，可以实施反馈过程，其中控制器接收相应于每一区域的温度读数的信号，并调节每一区域的温度控制装置的功率输出，从而在每一区域中保持所选温度，例如在所有区域中相同的温度。在本发明方法最终步骤中的基底分析可以经过光学组件进行，光学组件包括落射荧光显微镜和CCD照相机或任何其他种类的光学检测设备，其中照相机仅是一种可能性。其他可能性包括光检测器或显微镜。在荧光或磷光标记的情况下，这种光学组件优选包括能够在各自的激励波长下激励标记的(优选UV)光源。也可使用其他检测方法。例如可以通过将适宜的反应物加到标记中并使用显微镜观察它的荧光进行化学发光标记的检测。例如通过将医用X-射线膜直接置于固体基底上进行放射性标记的检测，在暴露至标记时该膜显影，并产生相应于相关探针位置的暗区域。例如通过将适宜的基底加到标记上并观察酶催化的反应结果(例如颜色变化)进行酶性标记的检测。例如通过将适宜的反应物加到标记中并观察外观或颜色变化的结果进行比色标记的检测。例如通过使所述标记暴露至特定频率的声波并记录产生的共振进行声微泡标记的检测。例如通过使用一种或多种磁性传感器进行磁珠的检测。优选的检测方法是使用光学检测器，如CCD照相机、CMOS照相机、显微镜或光检测器等。图3示出本发明方法中使用的特定组件的方案。在壳体(10)中，样品流体(4)位于室(1)中，并在进口(3)处施加压力。压力迫使样品流体(4)向下流动通过有孔的生物传感器固体基底(2)。玻璃板(7)允许根据需要光学分析生物传感器固体基底(2)。装置(5)用于分析生物传感器固体基底(2)，从而测定一种或多种目标生物化合物的存在。装置(6)用于分析生物传感器固体基底(2)，从而获取关于生物传感器固体基底的温度的信息。虚线所指的装置(5)和(6)最终是一个装置(例如光学检测装置，如CCD照相机或任何其他种类的光学检测设备，其中照相机仅是一种可能性。其他可能性包括光检测器或显微镜)。在样品流体(4)已经通过基底(2)之后，可以使其循环回到室1。优选地，用样品流体连续或间歇但规则地润湿基底。按此方式，可以获得样品流体的代表性温度。图4示出根据本发明一个实施方式的生物传感器固体基底(2)的方案，其中在生物传感器固体基底的特定位置上已经印刷有探针(8)和温度指示剂(9)。实施例实施例1将图1的聚合物溶解在二甲苯中，并使用喷墨印刷机在尼龙生物传感器膜的特定位置处印刷。随后，蒸发溶剂。然后，使用电荷耦合器件(CCD)照相机在约8(TC下观察从散射到透明的转变温度。实施例2在另一个实施例中，混合65重量份的聚合物(由Merck以名称LCP93商购获得；聚合度n+m-40;根据Merck在97。C下近晶至各向同性转变)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage34</formula>通过喷墨嘴将生物相容的聚合物(聚-(乳酸-共-乙醇)酸，PLGA)、液晶(正戊基氰基联苯)和作为溶剂的二氯乙烷(DCE)的混合物注入水中(PLGA:LC:DCE的比例为0.05:0.20:99.75，将0.3重量％的聚乙烯醇加到H20中作为稳定剂，以防止乳液液滴凝聚)，这样得到LC-填充的聚合物胶囊。在除去7K之后，将胶囊分散在单体体系(乙氧基化的双酚-A+2重量°/。CibaSpecialtyChemicals的Irgacure651)中，并通过使用喷墨印刷将形成的共混物局部地沉积在尼龙生物传感器基底上，其后通过单体体系的光-聚合进行固化。然后，在35'c下观察从散射到透明的转变温度，并且在不超过rc的温度间隔内发生。实施例5在该实施例中，提供转变温度的中心在37"C的温度指示剂,首先，制备含有以下成分的共混物-50.3重量％的液晶混合物，-48.0重量％的反应性单体的共混物，禾口-1.75重量％的光引发剂。所用的液晶混合物含有两种材料25重量份CN75重量份.C8H17--CN反应性单体的共混物含有以下两种材料75重量份CH2=CH-C-0-CH2—CH2-0~<^J)~0-CH2-CH2-0-(!i-CH=CH225重量份QCH30CH2=CH-S-0-(!)H-CH2-0-6-CH=CH2光引发剂是来自CibaSpecialtyChemicals的Irgacure651。通过喷墨印刷涂布混合物，并通过UV光进行光聚合。在聚合之后，液晶相与聚合物基体分离，并光散射。当加热到高于37"C时，印刷的点变得高度透明，因为液晶混合物经历相转变到各向同性。实施例6进行与实施例5相同的过程，不同的是共混物还包括染料，因此含有以下成分-50.0重量°/。的相同液晶混合物-48.0重量％的相同反应性单体的共混物-1.75重量％的相同光引发剂，和-0.25重量％的染料染料是被称作Cyanine-5.18的磺化吲哚菁荧光染料(下示结构)，在667nm下发光(CH2)5COOH(CH2)5COOHCyanine-5.18当用650nm以下的光激励时，印刷的点发荧光。当加热到髙于37。C时，荧光强度突然大幅度下降，因为印刷的点变得高度透明并且不散射。实施例7在该实施例中，制备转变温度为约61'C的温度指示剂。在不超过1°C的温度间隔内出现转变。在这种情况下，选择与实施例4中相同的基本组合物。然而，用E7代替液晶，E7是含有以下材料的市售混合物51重量份的正戊基氰基联苯，25重量份的正庚基氰基联苯，16:重量份的正辛氧基氰基联苯，和8重量份的正戊基氰基三联苯。通过喷墨印刷沉积混合物，然后通过UV光进行光聚合。在聚合之后，液晶相与聚合物基体分离，并光散射。当加热到高于6rc时，印刷的点变得高度透明，因为液晶混合物经历相转变到各向同性。实施例8进行与实施例7相同的过程，不同的是共混物还包括染料，因此含有以下成分-50.0重量％的与实施例6相同的液晶混合物，-48.0重量％的与实施例6相同的反应性单体的共混物，-1.75重量％的与实施例6相同的光引发剂，和-0.25重量％的染料。染料是下式的红色荧光染料(^c630nm;Xm670nm)(记载在J.R.Fries等人，(2001)ChimicaOggi，19，18中)CH3当用630nm的光激励时，印刷的点发荧光。当加热到高于61'C时，荧光强度突然可见地下降，因为印刷的点变得高度透明并且不散射。实施例9制备49重量。/。的(N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)(单体)/二丙烯酸二乙二醇酯)和1重量％Irgacure2959+50重量％甲醇的溶液。N-异丙基丙烯酰胺二丙烯酸二乙二醇酯的摩尔比为180:1。向该溶液中加入荧光珠(直径为0.02Hm的crimsorT微球)。在尼龙生物传感器膜的特定位置处印刷该溶液，并在UV射线下聚合。在水中淋洗水凝胶之后(=除去甲醇)，通过使用电荷耦合器件(CCD)照相机记录的荧光强度变化在约32。C下观察转变温度(LCST)。实施例10按与实施例9相同的过程制备水凝胶，不同的是单体、额外的共聚单体和交联剂的性质按下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table>通过记录浊度变化测量LCST温度。实施例11制备含有250mgN-异丙基丙烯酰胺(NIPA)、5mg二丙烯酸二乙二醇酯(DEGDA)、15mglrgacure2959(光引发剂)、聚二丙烯酸乙二醇酯(PEGA)(共聚单体)和80%水的溶液。PEGA相对于NIPA的摩尔比从0%变为9%。图6示出在所述溶液聚合之后在被称作LCST的温度增加过程中观察到的光信号突然变化。通过提高PEGA的比例，LCST可以在36'C和47。C之间变化。权利要求1.无孔或有孔的生物传感器基底，其由固体或水凝胶材料制成，所述生物传感器基底包含一种或多种温度指示剂，所述一种或多种温度指示剂中的每一种通过改变其光学性能而发挥作用并以一个或多个的层和/或斑点沉积在所述生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上。2.如权利要求1所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其还包含一种或多种探针，其中所述探针能够各自特异地结合一种目标生物化合物。3.如权利要求2所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种探针形成存在于所述生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上的探针位置阵列。4.如权利要求1-3中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂的光学性能的改变在2(TC-95'C的温度下发生。5.如权利要求1-4中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂的光学性能的改变在不大于3X:的温度间隔内是可检测的。6.如权利要求1所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂以一个或多个的斑点沉积在所述生物传感器的固体基底中和/或表面上，所述生物传感器的固体基底还包含一种或多种探针，所述探针能够各自特异地结合一种目标生物化合物，其中所述一种或多种探针形成存在于所述生物传感器的固体基底中和/或表面上的探针位置阵列，并且其中所述斑点位于不同于所述一种或多种探针的位置的位置处。7.如权利要求1-6中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂中的至少一种包含液晶性材料。8.如权利要求1-7中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂中的至少一种包含一种或多种具有硅氧烷聚合物主链的侧链液晶和/或一种或多种液晶性硅氧垸环。9.如权利要求1-8中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂中的至少一种包含经加热能够发生光学性能改变的温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶。10.如权利要求9所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述改变由相转变引起。11.如权利要求9或IO所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述改变是从透明态到散射态的改变。12.如权利要求9-11中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述温度响应性聚合物、共聚物或水凝胶基于一种或多种N-取代的丙烯酰胺类。13.如权利要求1-12中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述基底包含第一基底材料和在所述第一材料上形成层的第二基底材料。14.如权利要求1-13中任一项所述的无孔或有孔的生物传感器基底，其中所述一种或多种温度指示剂中的至少一种含有着色剂或沉积在着色剂上。15.—种生物传感器设备，其包含-室(l)，其包含由固体或水凝胶材料制成的有孔或无孔的生物传感器基底(2)，所述生物传感器基底(2)包含一种或多种通过改变其光学性能而起作用的温度指示剂(9)，-入口装置(3)，用于将被推测含有一种或多种目标生物化合物的样品流体(4)引入所述室(1)中，使得所述样品流体(4)接触所述生物传感器基底(2)，-在所述样品流体(4)已经接触所述生物传感器基底(2)之后，用于分析所述生物传感器基底(2)的装置(5)，从而测定所述一种或多种目标生物化合物在所述生物传感器基底上的存在和/或浓度，禾口-用于分析所述生物传感器基底(2)的装置(6)，从而从所述一种或多种温度指示剂(9)获取温度-相关的信息。16.如权利要求15所述的生物传感器设备，其还包含一种或多种探针(8)，其中所述探针各自特异地结合所述一种或多种目标生物化合物中的一种。17.如权利要求15或16所述的生物传感器设备，其中所述样品流体(4)通过流经所述生物传感器基底(2)而接触所述生物传感器基底(2)。18.如权利要求15-17中任一项所述的生物传感器设备，其中用于测定所述一种或多种目标生物化合物存在的装置(5)和从所述一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息的装置(6)是同一装置。19.如权利要求15-18中任一项所述的生物传感器设备，其还包含用于提高所述样品流体(4)和/或所述生物传感器基底(2)的温度的加热装置和/或用于降低所述样品流体(4)和/或所述生物传感器基底(2)的温度的冷却装置。20.如权利要求19所述的生物传感器设备，其中所述生物传感器基底包含两个或多个区域，并且其中所述加热装置和/或冷却装置是用于独立地控制所述生物传感器基底(2)的所述两个或多个区域各自温度的两个或多个加热装置和/或两个或多个冷却装置。21.如权利要求15-20中任一项所述的生物传感器设备，其中所述室(l)还包含水凝胶，所述水凝胶是温度响应性的或包含一种或多种温度指示剂。22.如权利要求15-21中任一项所述的生物传感器设备，其还包含-用于接收待扩增的生物分子种类的接收器，所述接收器包含水凝胶，所述水凝胶是温度响应性的或包含一种或多种温度指示剂，和/或-包含或不包含水凝胶的预处理室，所述水凝胶是温度响应性的或包含一种或多种温度指示剂。23.如权利要求1所述的由固体或水凝胶材料制成的有孔或无孔的生物传感器基底的制备方法，所述方法包括提供固体或水凝胶基底材料，并在所述固体或水凝胶基底材料中和/或表面上加入一种或多种通过改变其光学性能而发挥作用的温度指示剂。24.被推测含有一种或多种目标生物化合物的样品流体的分析方法，所述方法包括以下步骤a)分析由固体或水凝胶材料制成的并包含一种或多种温度指示剂的有孔或无孔的生物传感器基底，所述一种或多种温度指示剂通过改变其光学性能而发挥作用，从而从所述一种或多种温度指示剂获得温度-相关的信息，b)使所述样品流体与所述生物传感器基底接触，和c)在生物传感器基底接触所述样品流体之后分析所述生物传感器基底，从而测定所述一种或多种目标生物化合物的存在和/或浓度。25.如权利要求24所述的方法，其中所述生物传感器基底在步骤(a)之前被预加热。26.如权利要求25所述的方法，其中所述生物传感器基底的温度升至20。C-95。C的温度。27.如权利要求24所述的方法，其中所述基底的温度根据进行PCR反应的预定方式而改变。28.用于进行PCR的设备，所述设备包含-用于接收待扩增的生物分子种类的接收器，所述接收器包含水凝胶，所述水凝胶是温度响应性的或包含一种或多种温度指示剂，-加热和/或冷却装置，禾口-用于分析所述水凝胶的装置，从而从所述一种或多种温度指示剂获取温度-相关的信息。全文摘要本发明提供包含一种或多种温度指示剂的生物传感器的固体或水凝胶基底，所述一种或多种温度指示剂中的每一种通过改变其光学性能而发挥作用并以一个或多个的层和/或斑点沉积在所述生物传感器的固体或水凝胶基底中和/或表面上。文档编号B01L3/00GK101460245SQ200780018720公开日2009年6月17日申请日期2007年5月22日优先权日2006年5月24日发明者A·派里克,A·科列斯尼琴科,D·J·布勒尔,E·佩特斯,H·R·施塔伯特,H·德科宁,R·库尔特,R·彭特曼申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司