专利名称：包括微流通道的免疫测定设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种免疫测定设备以及用于确定流体中是否存在相关物质的方法，并且包括，但并不完全是，生物流体中是否存在相关物质。具体而言，本发明涉及一种免疫测定设备，所述免疫测定设备中含有特别设计的微流通道或其他腔。
背景技术：
在许多医疗、生物、制造和其他系统中，需要确定流体中是否存在各种物质和/或它们的浓度，所述物质包括但不限于，诸如蛋白质、激素或DNA等分子。在正常的分析过程中，通常使用免疫测定系统来测量这些分子。此类免疫测定依赖于存在粘附或粘合到相关分子的标记抗体或探针(配体)。检测到存在标记探针，因此，检测到的探针量与所分析的分子浓度有关。常见的多用探针系统具有捕获探针或抗体以及第二标记探针或抗体，以暴露所捕获的分子。已与探针一起使用的标记是放射性标记、酶促标记、荧光标记、化学发光标 记以及分光光度标记或比色标记。因此，标记探针测量的终点可在多种系统中暴露，包括分光光度系统、电化学系统、放射性系统、比色系统、测量电流系统或电压测定系统。磁珠已在多个探针系统中用作捕获探针的固相，从而为高度移动的磁珠系统提供高表面区域，便于捕获探针附着物。随后，可在分子附着到捕获探针之后添加第二探针或抗体，而且在最常见的应用中，随后使用磁场以将磁珠吸引到一起，从而形成可测量标记水平的浓缩物(concentrate)。通常，这是通过以下方式实现的使用合适的传感电子设备来确定探针的浓度，从而确定相关分子的浓度。这可通过以下方式直接读出在探针标记集中的位置感测到磁场强度增加，如先前的第W02005/124345号申请案所述。或者，标记的其他性质可以用来使得能够测量探针浓度，例如，如果该标记是荧光标记，则可以使用光敏电子设备。也有可能间接读出探针浓度，方法是引入另一种溶液以与探针标记发生反应，从而产生可由合适的传感电子设备测量的效应(例如，通过与标记发生化学发光反应而产生光)。或者，通过对落在置于适当位置的光伏电池上的入射光进行分析来测量探针浓度。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种确定流体中是否存在相关物质的方法，借此通过使用特别设计的微流通道将流体流朝向传感区域输送而促进检测。根据本发明的第一方面，提供一种测定设备，所述测定设备包括测定条带，其具有粘接有多个磁性粒子的第一区域；微流通道或腔，其具有包括一个或多个磁性粒子捕集器的传感区域；以及磁场源，其设置成邻近所述传感区域，其中引入流体会导致所述磁性粒子附着到相关物质或由所述相关物质移位，沿着所述微流通道行进到所述传感区域，并且集中在一个或多个捕集器中，从而提供对所述流体中存在或缺少相关物质的指示。通过这种方式，本发明的测定设备可以提供存在相关物质的明确信号。理想情况下，所述测定设备适合于阈测定，或者量反应，而且使用此项技术使得能够对流体进行快速分析，并对极少量的流体进行有效分析。所述微流通道的特定设计可以适于促进含有粒子和相关物质的流体从样本应用区域朝向所述传感区域输送。所述微流通道的所述特定设计可以进一步适于促进多余的流体从所述传感区域输送到出口点。根据本发明的设备可易于并准确地再生产，以使可靠性
更佳且更一致。所述一个或多个捕集器可以由所述传感区域中通道几何形状的轮廓界定。此捕集器中的通道几何形状可由，例如，曲线(类似于U形)或聚拢的直边(如成V形)组成，或者使得能够在所述流体的流动路径中形成粒子停留/悬浮区。在所述捕集器处，所述磁场源提供局部磁场，所述局部磁场与捕集器几何形状相结合，以优先将自由移动的磁性粒子留在所述捕集器内。这会导致所述磁性粒子聚集，从而提供对存在或缺少相关物质的量化指示。所述相关物质的量化由所有所述磁性粒子捕集区中粒子的体积总和确定。如果设有多个捕集器，则这些捕集器可以随着测定的进行而按顺 序填充，从而提供对存在或缺少相关物质的进一步量化指示。所述传感区域通过合适的磁场源而具有定向的外部磁场。所述磁场源优选安装在邻近所述传感区域的表面上。所述磁场源优选包括放置在所述表面上的永磁体或电磁体。在一些实施例中，多个磁体或电磁体可以设在所述传感区域中。使用电磁体可以允许更好地控制所述磁场，这在某些情况下可能是有利的。在替代实施例中，所述磁场源可以包括设有的多个单独的永磁体或电磁体，从而可通过计算磁性粒子聚集时所邻近的永磁体或电磁体的数量来对磁性粒子的量进行粗略量化。在此类实施例中，每个永磁体或电磁体可以与一连串粒子捕集器中的特定粒子捕集器相关联，从而使得能够以量化的量来收集磁性粒子。本发明可以在传统的“移位阵列(displacement array)”或“流动移位阵列”中实施，而且所述传感区域可以位于粘接有所述磁性粒子的表面的下游。粘合到所述表面的所述磁性粒子可以释放到所述流体中，从而附着到所述相关物质或由所述相关物质移位。这种情况可以通过诸如抗体等具体的粘合物质而发生。将所述流体的样本引入到该表面，所述样本含有未知量的相关物质。所述样本中的所述相关物质对所述磁性粒子上的粘合位点的竞争会将所述磁性粒子释放到所述流体中，这种释放与所述样本中的所述相关物质的浓度成比例。固定的磁性粒子可通过任意合适的粘合物质而粘合到相关物质，多层不同的粘合物质可用来形成合适的位点，以供来自所述样本中的相关物质竞争。所述传感区域可以具有小于10μ L，优选小于5μ L的体积。或者，这种方法可以用于体积大于10 μ L的其他测定。在进一步替代实施例中，所述磁场源可以有助于捕集所述磁性粒子，方法是在所述测定条带的某些部分添加捕获分子。所述捕获分子可经放置以有助于该测定的动力学，并且增加来自电池的电信号。所捕集的磁性粒子可以采用任意合适的装置进行量化。这可包括电子部件，例如，霍尔效应传感器、电容性测量电路或磁阻器。除此之外或作为替代，所捕集的磁性粒子可以通过落在所述传感区域附近的一个或多个光伏电池上的入射光中可检测的变化来进行量化。上述流体可以是液体或气体，而且可以是生物流体，例如体液。
相关物质可以包括自然生成的物质、因化学或生物反应而产生的物质，以及引入流体样本中的物质。所述物质可以是化合物，尤其是分子，而且可为蛋白质、激素或DNA片段等。“磁性”粒子应理解成具有非零磁敏感性的粒子。所述或每个磁性粒子可以是铁磁的、抗磁的、顺磁的或超顺磁的。可以使用此类粒子的均匀或不均匀混合物。在一个实施例中，所述或每个粒子是由氧化铁形成的。可以使用大小在5纳米到100微米范围内的粒子，或者在一些实施例中，可以使用大小在5纳米到50微米范围内的粒子。“微流”通道应理解成尺寸达到几百纳米的通道。因此，此类通道同样可称作“纳米流”通道。 所述或每个粒子可以借助于另一物质而附着到相关物质，所述另一物质应称作粘合物质。所述或每个粒子可以涂有所述粘合物质。所述粘合物质可以是蛋白质，且在一些实施例中，是抗体或探针(配体)。所述或每个磁性粒子可以涂有一定材料，以促进粘合物质粘附到所述粒子。一种合适的涂料是聚苯乙烯。通过适当地选择粘合物质，有可能将磁性粒子布置成附着到多种相关物质，或者由多种相关物质移位。所述或每个磁性粒子可以布置成可只附着到单个相关物质或由所述单个相关物质移位，例如，单分子。这样，每个粒子可以具有单个抗体或捕获探针。有利的是，第二抗体捕获位点无需将磁性粒子“收集”在一起以供感测。此外，传感器与所述传感区域之间的复杂对准系统无需提供准确性和一致性。微流体经设计以将粒子导向并集中在所述传感区域，其中微流通道粒子捕集器与所施加的磁场结合作用，以集中所述传感区域中所有自由的磁性粒子。在本发明的一个特定实施例中，整个流腔在深度上可以小于500nm，以便确保流过整个微流腔的流中的单层磁性粒子。根据本发明的第二方面，提供一种确定流体中是否存在一种或多种相关物质的方法，所述方法包括以下步骤使所述流体流过粘合有一些磁性粒子的表面，响应于所述流体中存在相关物质或响应于所述流体中缺少相关物质，所述磁性粒子自由释放到溶液中；将所述流体以及释放到所述流体中的任何磁性粒子引入微流通道或腔中，所述微流通道或腔具有包括一个或多个粒子捕集器的传感区域，以及设置成邻近所述传感区域的磁场源，其中释放的磁性粒子因而集中在一个或多个捕集器中，从而提供对所述流体中存在或缺少相关物质的指不。本发明第二方面的方法可以根据需要或酌情并入针对本发明第一方面的测定设备而描述的任何或所有特征。所述传感区域中的磁性粒子的量化可以使用单个检测器的两个独立性质来确定，从而提高结果可信度。例如，霍尔传感器可在相同的电路配置中用作磁传感器和光传感器。此量化方法的优点在于，两个传感器在完全相同的样本区域进行有效“观察”。也可使用另一种双检测形式来实现量化。这涉及将来自粒子开始测试的样本区域中的减法(差值)读数与来自所述传感区域中的最终读数相结合，以确定所述捕集器中的粒子量。所述设备可以与芯片实验室技术一起使用，其中磁传感器用以提高准确性。芯片实验室技术描述了在单片基底材料上发生一系列化学或生化相互作用。基底并入了微流或纳米流区，所述微流或纳米流区可输送样本、将试剂混入、输送到检测区域，以及具有其他功能。这在相同基底上相结合，其中集成式电子设备用于激发、检测，从而使所述样本流通。此技术的主要优点在于只需少量的样本以进行测试，归因于关键元件的高度准确和重复放置而可重复进行测试，一步测试过程(例如，在特定的时间段，例如5分钟后无需添加另外的试剂)，以及可靠设备的制造成本低。
为了可以更清楚地理解本发明，现在将参考附图并通过实例来描述本发明的实施例，其中图I为用于执行本发明的测定设备的第一实施例的示意图；图2为用于执行本发明的测定设备的第一实施例的示意图；以及图3为图I和图2所示设备的截面图。
具体实施例方式本发明的测定经操作以针对是否存在相关物质的测试样本。为了便于解释，以下说明将详述一个实例，其中本发明用于确定尿样中是否存在HCG 16 (人绒毛膜促性腺激素)。高于特定阈的HCG水平可以表明样本提供者怀孕。当然，所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的测定可适于测试样本中是否存在相关的其他物质或其他类型的物质。现在参考示出了两个替代实施例的图I和图2，尿样添加到测定条带(6)的施加区域(I)。样本沿着测定条带(6)上的微流通道流动。首先，该流沿着微流通道流过含有预先沉积的HCG或HCG类似物的区域(2)。预先沉积的HCG或HCG类似物(2)标有磁性粒子，所述磁性粒子含有用于HCG分子的特殊探针。在流动过程中，通过动力学或优先粘合，磁性粒子粘合到样本中的自由HCG，以产生磁性HCG复合体，该复合体会释放到溶液中。接下来,该流沿着微流通道流过传感区域，所述传感区域包括单个磁性粒子捕集器(7)，如图I所示，或多个磁性粒子捕集器(7、8、9……)，如图2所示。在传感区域中的微流通道几何形状轮廓中，每个捕集器(7、8、9……)均包括偏离部分。在所示的特定实例中，每个捕集器(7、8、9……)均包括聚拢的直边(如成V形)，从而在流体的流动路径中形成粒子停留/悬浮区。邻近传感区域(7、8、9)的位置设有磁场源(5)。磁场源(5)通常是置于测定条带
(6)下方的永磁体或电磁体。磁场源(5)提供磁场，所述磁场用来吸引磁性复合体，使之穿过溶液而朝向磁体(5)。在捕集器(7、8、9)处，局部磁场与捕集器几何形状相结合，以优先将自由移动的磁性粒子留在捕集器(7、8、9)内。这会导致磁性粒子聚集，从而提供对存在或缺少相关物质的量化指示。流过捕集器(7、8、9……)之后，所述捕集器可设在条带内以最小化任何粒子逸出检测区域的几率，多余的样本流体随后通过毛细管作用沿着微流通道(3)流到出口点(4)。如图3所示，测定条带(6)可以具有盖(10)和底(11)。盖(10)和底(11)中的一个或两个可以由具有亲水性的塑性材料形成。在一个替代实施方案中，磁性粒子和HCG探针可能在样本流过所粘合的HCG或HCG类似物(2)之前就已经引入到尿样。通过这种方法，尚未粘合到样本中的HCG的自由磁性粒子随后将粘合到表面沉积的HCG或表面沉积的HCG类似物，并且在条带中从流中除去。在此类情况下，被吸引到磁体的复合体量与供者样本中的HCG量成比例。当然应理解，本发明并不限于仅通过实例描述的上述实施例的细节。参考I. “磁性技术在药物发现与生物医学领域的应用(Application ofmagnetictechniques in the field of drug discovery and biomedicine)，，，Z · M ·赛耳IKZMSaiye)、S · D ·特朗(SD Telang)和C · N ·拉姆什特(CN Ramchand),《生物磁研究与技术》(BioMagnetic Research and Technology),第 I 卷。·
权利要求
1.一种测定设备，其包括测定条带，其具有粘接有多个磁性粒子的第一区域；微流通道或腔，其具有包括一个或多个磁性粒子捕集器的传感区域；以及磁场源，其设置成邻近所述传感区域，其中引入流体会导致所述磁性粒子附着到相关物质或由所述相关物质移位，沿着所述微流通道行进到所述传感区域，并且集中在一个或多个捕集器中，从而提供对所述流体中存在或缺少相关物质的指示。
2.根据权利要求I所述的测定设备，其中所述微流通道的设计适于促进含有所述粒子和相关物质的所述流体从样本施加区域朝向所述传感区域输送。
3.根据权利要求2所述的测定设备，其中所述微流通道的所述设计进一步适于促进多余的流体从所述传感区域输送到出口点。
4.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述一个或多个捕集器由所述传感区域中通道几何形状的轮廓界定。
5.根据权利要求4所述的测定设备，其中所述通道几何形状经选择以在所述流体的流动路径中形成粒子停留/悬浮区。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的测定设备，其中所述通道几何形状由曲线(类似于U形)或聚拢的直边(如成V形)组成。
7.根据权利要求4到6中任一权利要求所述的测定设备，其中所述磁场源在所述或每个捕集器处提供局部磁场，所述局部磁场与捕集器几何形状相结合，以优先将自由移动的磁性粒子留在所述捕集器内。
8.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述相关物质的量化由所有磁性粒子捕集器区中粒子的体积总和确定。
9.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中存在多个捕集器，而且此类捕集器经布置以随着测定的进行而按顺序填充。
10.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述传感区域通过合适的磁场源而具有定向的外部磁场。
11.根据权利要求10所述的测定设备，其中所述磁场源安装在邻近所述传感区域的表面上。
12.根据权利要求11所述的测定设备，其中所述磁场源包括放置在所述表面上的永磁体或电磁体。
13.根据权利要求10到12中任一权利要求所述的测定设备，其包括设在所述传感区域中的多个磁体或电磁体。
14.根据权利要求10到12中任一权利要求所述的测定设备，其中所述磁场源包括设有的多个单独的永磁体或电磁体,从而可通过计算磁性粒子聚集时所邻近的永磁体或电磁体的数量来对磁性粒子的量进行粗略量化。
15.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述传感区域位于粘接有所述磁性粒子的所述第一区域的下游。
16.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述传感区域具有小于10μ L的体积。
17.根据权利要求16所述的测定设备，其中所述传感区域具有小于5μL的体积。
18.根据权利要求I到16中任一权利要求所述的测定设备，其中所述传感区域具有大于10 μ L的体积。
19.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其进一步包括位于所述测定条带的某些部分处的捕获分子，以帮助所述磁场源捕集所述磁性粒子。
20.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其进一步包括电子部件，例如，霍尔效应传感器、电容性测量电路或磁阻器，以便测量传感区域中的磁性粒子量。
21.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其进一步包括一个或多个光伏电池，以测量落在所述一个或多个光伏电池上的入射光中可检测的变化，从而对所述传感区域附近的捕集的磁性粒子进行量化。
22.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述设备适于与液体或气体一起使用。
23.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述设备旨在测量是否存在或缺少以下物质自然生成的物质；因化学或生物反应而产生的物质，例如药物副产物；或引入流体样本中的物质。
24.根据权利要求23所述的测定设备，其中所述物质是化合物，尤其是分子，而且可以是蛋白质、激素或DNA片段等。
25.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述或每个磁性粒子是铁磁的、抗磁的、顺磁的或超顺磁的。
26.根据权利要求25所述的测定设备，其中使用了此类粒子的均匀或不均匀混合物。
27.根据权利要求25或权利要求26所述的测定设备，其中所述或每个粒子是由氧化铁形成的。
28.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述磁性粒子具有在5纳米到100微米范围内的大小。
29.根据权利要求I到30中任一权利要求所述的测定设备，其中所述磁性粒子具有在5纳米到50微米范围内的大小。
30.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述或每个磁性粒子借助于另一物质而附着到相关物质，所述另一物质称作粘合物质。
31.根据权利要求30所述的测定设备，其中所述或每个粒子涂有所述粘合物质。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的测定设备，其中所述粘合物质为抗体或探针(配体)。
33.根据权利要求30到32中任一权利要求所述的测定设备，其中所述粘合物质为蛋白质。
34.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述或每个磁性粒子涂有一定材料，以促进粘合物质粘附到所述粒子。
35.根据权利要求34所述的测定设备，其中涂料为聚苯乙烯。
36.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中所述或每个磁性粒子布置成可只附着到单个相关物质或由所述单个相关物质移位，例如，单分子。
37.根据前述任一权利要求所述的测定设备，其中流腔经大小调整和配置以确保所述传感区域中的单层磁性粒子。
38.根据权利要求37所述的测定设备，其中整个微流腔在深度上小于500nm。
39.一种确定流体中是否存在一种或多种相关物质的方法，所述方法包括以下步骤 使所述流体流过粘合有一些磁性粒子的表面，响应于所述流体中存在相关物质或响应于所述流体中缺少相关物质，所述磁性粒子自由释放到溶液中； 将所述流体以及释放到所述流体中的任何磁性粒子引入微流通道或腔中，所述微流通道或腔具有包括一个或多个粒子捕集器的传感区域，以及设置成邻近所述传感区域的磁场源，其中释放的磁性粒子因而集中在一个或多个捕集器中，从而提供对所述流体中存在或缺少相关物质的指不。
40.根据权利要求39所述的方法，其根据需要或酌情并入针对根据权利要求I到38中任一权利要求所述的测定设备而描述的任何或所有特征。
全文摘要
一种具有测定条带(6)的测定装置，测定条带(6)具有包括多个附着于其上的磁性粒子的第一区域(2)。测定条带(6)也包含有微流通道(或者纳米流通道)和腔，其具有包括有一个或者多个磁性粒子捕集器(7、8、9)的传感区域，以及磁场源(5)，其设置成邻近所述传感区域。引入流体会导致所述磁粒子附着到相关物质或由所述相关物质移位，沿着所述微流通道行进到所述传感区域，并且集中在一个或者多个捕集器(7、8、9)中，从而提供对所述流体中存在或缺少相关物质的指示。或许存在多个捕集器(7、8、9)。
文档编号B01L3/00GK102905789SQ201180025701
公开日2013年1月30日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者安德鲁·米切尔, 纳瑟尔·德珍纳蒂 申请人:超微生物控股有限公司