包括梯度的人工受体的制作方法

专利名称：包括梯度的人工受体的制作方法
技术领域：
本发明涉及人工受体或结构单元的梯度，制备该梯度的方法，和使用该梯度的方法。该梯度可以包括一种或多种结构单元。所述梯度可以包括所述人工受体或结构单元的多种特性中的任一种的变化。
背景人工受体的制备是研究的活跃领域，所述人工受体以高灵敏度和特异性结合配体如蛋白质，肽，糖，微生物，污染物，药物等。常规的方法没有特别成功的，主要由于低结合亲合力而仅取得了有限的灵敏度和特异性。
抗体、酶和天然受体通常具有108-1012范围内的结合常数，其导致纳摩尔级灵敏度和靶向特异性。与此相比，常规人工受体典型地具有约103-105的结合常数，可预测的结果为毫摩尔级灵敏度和有限的特异性。
正在进行几种常规方法试图获得高灵敏和特异性的人工受体。这些方法包括，例如，亲合性分离、分子印迹，以及对合成的或半合成受体的理性(rational)和/或组合设计和合成。
这些理性或组合方法已经受较少数量的评估的受体和/或它们对仅集中在一种结构单元上的设计策略，均匀设计策略的依赖的限制。常规组合方法在标准显微镜载玻片上形成包括10,000或100,000个离散的点的微阵列。然而，这些用于组合合成的常规方法每个点提供单个分子。在每个点使用单个结构单元每个点仅提供单个可能的受体。制备数千个可能的受体将需要合成数千个结构单元。
另外，当前对导致有效结合原理的有限理解和受体的大量可能结构阻碍了这些常规方法，使该方法有问题。
仍然需要检测配体和检测破坏一个或多个结合相互作用的化合物的方法。
概述本发明涉及人工受体或结构单元的梯度，产生所述梯度的方法，和使用所述梯度的方法。所述梯度可以包括一种或多种结构单元。该梯度可以包括所述人工受体或结构单元的多种特性中的任一种的变化，包括人工受体或结构单元的浓度的变化；人工受体或结构单元的同一性的变化；人工受体或结构单元的拓扑结构(topography)的变化；人工受体或结构单元与支持体的结合模式的变化；平层或平层修饰剂(modifier)的变化；人工受体或结构单元的电荷，体积，亲脂性，或亲水性中的变化；或人工受体或结构单元的分子描述符(descriptor)中的变化。
在一个实施方案中，本发明涉及结构单元梯度。所述结构单元梯度可以包括支持体。支持体的一部分可以包括至少一种结构单元。结构单元与支持体偶联并且结构单元形成梯度。在一个实施方案中，结构梯度包括表面。该表面包括区域，该区域包括至少一种结构单元。所述结构单元与支持体偶联并且所述结构单元形成梯度。所述梯度可以包括多种结构单元。
在一个实施方案中，本发明涉及产生结构单元梯度的方法。所述方法可以包括在固体支持体上形成区域。所述区域可以包括至少一种结构单元，所述结构单元形成梯度。所述方法还包括将所述结构单元与区域中的固体支持体偶联。所述方法可以包括将多个结构单元与区域中的固体支持体进行偶联。
在一个实施方案中，本发明涉及使用结构单元(building block)梯度的方法。该方法可以包括使结构单元梯度与测试配体接触并且监视所述梯度与测试配体的结合。所述测试配体可以是蛋白质或蛋白质组。
附图简述

图1示意性地举例说明按照本发明的受体的实施方案的二维表示，所述受体使用4种不同结构单元来组成配体结合位点。
图2示意性地举例说明一种4个结构单元的分子构型的实施方案的二维和三维表示，每个结构单元包含识别元件、构架、和与支持体偶联的接头(固定/锚定)。
图3示意性地举例说明使用重排(shuffling)和交换结构单元的本发明方法和人工受体的一个实施方案。
图4示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以一个方向进行延伸的梯度。
图5示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以两个相反方向进行延伸的梯度。
图6示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以两个相反方向中的每个进行延伸的多个梯度。
图7示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同方向进行延伸的两个梯度。
图8示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同方向进行延伸的三个梯度。
图9示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同方向进行延伸的四个梯度。
图10也示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同方向进行延伸的四个梯度。
图11示意性地举例说明横跨支持体，诸如载玻片或平板延伸的分级梯度。
图12示意性地举例说明包括分级梯度A和第二梯度B的板。
图13示意性地举例说明产生和使用梯度来评价分析物或分析物的混合物的方法的实施方案。
图14示意性地举例说明按照本发明的实施方案被标记的微阵列的伪彩荧光图。
图15示意性地举例说明对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图16示意性地举例说明对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图17示意性地举例说明对于与卵清蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图18示意性地举例说明对于与卵清蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图19示意性地举例说明对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图20示意性地举例说明对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图21示意性地举例说明对于与乙酰化的辣根过氧化物酶接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图22示意性地举例说明对于与乙酰化的辣根过氧化物酶接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图23示意性地举例说明对于与辣根过氧化物酶的TCDD衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图24示意性地举例说明对于与辣根过氧化物酶的TCDD衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图25示意性地举例说明在图16中举例说明的数据的子集。
图26示意性地举例说明在图16中举例说明的数据的子集。
图27示意性地举例说明在图16中举例说明的数据的子集。
图28示意性地举例说明藻红蛋白的结合数据与组成人工受体的结构单元的logP的相关性。
图29示意性地举例说明藻红蛋白的结合数据与组成人工受体的结构单元的logP的相关性。
图30示意性地举例说明比较对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据和对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图31，32，和33示意性地举例说明分别来自图16，20，和18的数据的子集，并且证明按照本发明的人工受体的阵列产生在三种分析物，藻红蛋白，牛血清白蛋白和卵清蛋白之间区分的受体。
图34示意性地举例说明对照板扫描荧光信号的灰度图，所述对照板通过在与测试配体一起温育前用有机溶剂洗脱结构单元来进行制备。
图35示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在23℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图36示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在3℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图37示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在43℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图38-40示意性地举例说明来自在图35-37中举例说明的候选人工受体的荧光信号的标绘图。
图41示意性地举例说明，当在本发明的研究中使用的结构单元与支持体共价结合时，获自那些结构单元的组合的荧光信号的标绘图。结合在23℃下进行。
图42示意性地举例说明荧光信号的变化，所述荧光信号来自4℃、23℃或44℃下共价固定的结构单元的各种组合。
图43示意性地举例说明荧光信号的变化的曲线图，所述荧光信号来自4℃、23℃或44℃下结构单元的各种组合。
图44示意性举例说明在图42中表示的数据(用A标记的线)和在图43中表示的数据(用B标记的线)。
图45示意性地举例说明44℃的荧光信号与23℃的荧光信号相除后对获自含可逆固定受体的人工受体在23℃的结合的荧光信号的曲线图。
图46举例说明在实施例4中报道的实验中通过将霍乱毒素与本发明的候选人工受体的微阵列结合随后用缓冲液进行洗涤产生的荧光信号。
图47举例说明实施例4所报告的实验中在与GM1 OS(0.34μM)的竞争后所检测到的、由于霍乱毒素结合而产生的荧光信号。
图48举例说明在实施例4中所报道的实验中，在缺乏GM1 OS情况下结合的量与在与GM1 OS(0.34μM)竞争时结合的量的比率。
图49举例说明实施例4所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于将霍乱毒素结合于本发明的候选人工受体微阵列后用缓冲液洗涤，为了与竞争实验相比较，使用了5.1μM GM1 OS。
图50举例说明实施例4所报告的实验中在与GM1 OS(5.1μM)的竞争后所检测到的，由于霍乱毒素结合而产生的荧光信号。
图51举例说明在实施例4所报道的实验中，在缺乏GM1 OS情况下结合的量与在与GM1 OS(5.1μM)竞争后结合的量的比率。
图52举例说明在实施例5中报道的实验中通过霍乱毒素单独与候选人工受体的微阵列结合和与三种浓度的GM1的每一个竞争时所产生的荧光信号。
图53举例说明在没有GM1 OS时的结合数量与对于实施例5中所用低浓度GM1与GM1竞争时的结合数量的比率。
图54举例说明实施例6所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于不用GM1预处理时霍乱毒素与候选人工受体微阵列的结合。
图55-57举例说明在实施例6所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于经GM1预处理后(分别为100μg/ml、10μg/ml和1μg/ml的GM1)霍乱毒素与候选人工受体微阵列的结合。
图58举例说明在实施例6所报告的实验中，在1μg/ml GM1存在时的结合数量和没有GM1时的结合数量的比率。
图59表示从藻红蛋白在增加浓度的结构单元TyrA3B3的分级梯度上流动获得的图像。图60显示对于结构单元梯度的第3，第4，第5和第6梯度的荧光的增加的峰值。
图61表示从藻红蛋白在增加浓度的结构单元TyrA4B4的分级梯度上流动获得的图像。图62显示结构单元梯度的第5和第6个梯度的荧光的增加的峰值。
图63表示从藻红蛋白在增加浓度的结构单元TyrA5B5的分级梯度上流动获得的图像。图64举例说明藻红蛋白没有与该结构单元的任何梯度分级结合，没有获得荧光的峰值。
图65表示获自霍乱毒素在增加浓度的结构单元TyrA3B3的分级梯度上流动的图像。图66显示对于结构单元梯度的第2，第3，第4，第5和第6分级的荧光的增加的峰值。图67表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA4B4的分级梯度上流动的的图像。图68显示对于结构单元梯度的至少第2，第3，第4，第5和第6级，并且可能也针对第1级荧光的增加的峰值。
图69表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA5B5的分级梯度上流动的图像。图70举例说明霍乱毒素没有与任何级的该结构单元的梯度结合，没有获得荧光的峰值。
图71表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动的图像。图72显示对于结构单元梯度的第3，第4，第5和第6级的荧光的增加的峰值。
图73表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动的的图像。图74显示对于至少第6，第5，第4，第3和第2级结构单元梯度的荧光的峰值。
图75表示获自霍乱毒素和藻红蛋白的混合物在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动的图像。图76显示针对霍乱毒素(上面的线)和藻红蛋白(下面的线)获得的荧光强度。
图77表示获自霍乱毒素和藻红蛋白的混合物在增加的浓度的结构单元TyrA4B4和TyrA4B6(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动的图像。图78显示针对霍乱毒素(上面的线)和藻红蛋白(下面的线)获得的荧光强度。
图79表示获自霍乱毒素在增加浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的连续梯度上流动的荧光图像。图80举例说明增加的荧光，其显示霍乱毒素以增加的量结合到梯度的更高浓度的部分。
详细描述定义用于本文时，术语“肽”是指一种化合物，所述化合物包含两种或更多通过酰胺键相连的氨基酸残基。
用于本文时，术语“多肽”和“蛋白质”是指肽，所述肽含有约20个以上的通过肽键相连的氨基酸残基。
用于本文时，术语“蛋白质组”是指生物、组织、器官或细胞的蛋白质的表达图谱。所述蛋白质组可具体至生物、组织、器官或细胞的具体的状态(例如，发育，健康等)。
结构单元在支持体上的可逆固定将结构单元通过一种机制与支持体偶联，所述机制允许结构单元从支持体上解偶联而不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解。即，固定可被逆转而不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解。在一个实施方案中，固定可以在被逆转时仅伴随可忽略的或无效的结构单元或支持体的降解水平。可逆固定可容易地利用可逆的共价键或非共价相互作用。适宜的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢健、范德华相互作用等。易可逆的共价键是指可在不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解的条件下形成或断裂的共价键。
被固定在例如支持体上的结构单元的组合可以是候选人工受体、先导人工受体、或工作人工受体。即，载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多种结构单元可以是候选人工受体、先导人工受体、或工作人工受体。候选人工受体可以成为先导人工受体，其可以成为工作人工受体。
用于本文时，短语“候选人工受体”是指被固定的结构单元组合，所述组合能够被检测以确定特定的测试配体是否与所述组合结合。在一个实施方案中，所述组合包含一个或多个被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，候选人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多个结构单元。
用于本文时，短语“先导人工受体”是指被固定的结构单元的组合，其与测试配体在测试配体的预定浓度，例如10、1、0.1、或0.01μg/ml，或1、0.1、或0.01ng/ml下结合。在一个实施方案中，该组合包含一个或多个被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，先导人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多个结构单元。
用于本文时，短语“工作人工受体”是指结构单元的组合，其以有效分类或鉴定测试配体的选择性和/或灵敏度与测试配体结合。即，与该结构单元组合的结合表示所述测试配体属于某一类测试配体或是一种特定的测试配体。工作人工受体可以，例如，结合浓度为例如100、10、1、0.1、0.01、或0.001ng/ml的配体。在一个实施方案中，所述组合包含一种或多种被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，工作人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管、孔、载玻片、或其它支持体上或支架上的多种结构单元。
用于本文时，短语“工作人工受体复合体”是指多种人工受体，每种为结构单元的组合，其以有效分类或鉴定测试配体的选择性和/或灵敏度的模式与测试配体结合。即，与复合体几种受体的结合表示所述测试配体属于某一类测试配体或是一种特定的测试配体。复合体的各种受体可以各自以不同的浓度或不同的亲合力与所述配体结合。例如，复合体的各种受体各自以100、10、1、0.1、0.01、或0.001ng/ml的浓度与配体结合。在一个实施方案中，所述组合包含一种或多种被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，工作人工受体复合体可以是载玻片上的多个异质结构单元点或区域；每个包被有不同的结构单元组合的多个孔；或每个包被有不同的结构单元组合的多个管。
用于本文时，短语“显著数量的候选人工受体”是指对于提供发现工作人工受体、工作人工受体复合体、或先导人工受体的机会的足够多的候选人工受体。如少到约100种到约200种候选人工受体可以成为发现适于区分两种蛋白质(例如，霍乱毒素和藻红蛋白)的工作人工受体复合体的显著数量。在其它的实施方案中，候选人工受体的显著数量可包含约1,000种候选人工受体，约10,000种候选人工受体，约100,000种候选人受体，或更多。
尽管不对本发明进行限制，认为提供机会以发现工作人工受体所需的候选人工受体的显著数量可能比发现工作人工受体复合体所需的显著数量大。尽管不对本发明构成限制，认为提供机会以发现先导人工受体所需的候选人工受体的显著数量可能比发现工作人工受体所需的显著数量大。尽管不对本发明构成限制，认为提供机会以发现用于具有较少特性的测试配体的工作人工受体的机会所需的候选人工受体的显著数量可能比用于有许多特性的测试配体的多。
用于本文时，术语“结构单元”是指人工受体的分子元件，所述元件包含可以被预见的部分或包含一种或多种接头、一种或多种构架、和一种或多种识别元件的部分。在一个实施方案中，结构单元包括接头、构架、和一种或多种识别元件。在一个实施方案中，接头包含适于将结构单元可逆固定于例如支持体、表面或平层(lawn)上的部分。结构单元与配体相互作用。
用于本文时，术语“接头”是指结构单元上的一部分或官能团，其被使用于或其(例如，可逆地)，例如，通过共价连接、离子相互作用、静电相互作用或疏水相互作用，将结构单元与支持体偶联。
用于本文时，术语“构架”是指包括接头或与接头偶联和与一种或多种识别元件偶联的结构单元的一部分。
用于本文时，术语“识别元件”是指与构架偶联但不与支持体共价偶联的结构单元的一部分。尽管不对本发明限制，识别元件可以提供或形成一种或多种与配体相互作用的基团，表面，或空间。
用于本文时，短语“多种结构单元”是指在混合物，试剂盒中，或在支持体或支架(scaffold)上的两种或多种不同结构的结构单元。每种结构单元具有特定结构，且复合的结构单元，或多种结构单元的使用是指多于一种的这些特定结构。结构单元或多种结构单元不是意指各自具有相同结构的多个分子。
用于本文时，短语“结构单元组合”是指一起在点，区域或候选人工受体、先导人工受体或工作人工受体中的多个结构单元。结构单元组合可以是一组结构单元的子集。例如，结构单元的组合可以是一组N(例如N＝10-200)个结构单元中的2，3，4，5，或6个结构单元的可能组合中的一种。
用于本文时，短语“同质固定结构单元”和“多个同质固定结构单元”是指其上或内部仅已经固定单一一种结构单元的支持体或点。
用于本文时，短语“活化的结构单元”是指例如在支持体上活化使其容易与官能团形成共价键的结构单元。可以将包括羧基的结构单元转化为包括活化的酯基的结构单元，其为活化的结构单元。包括活化酯基的活化结构单元可以例如与胺反应形成共价键。
用于本文时，关于一种或多种结构单元的术语“首次用于实验的(naive)”是指之前从未被确定或已知与感兴趣的测试配体结合的结构单元。例如，在首次用于实验的结构单元上的识别元件先前从未被确定或已知与感兴趣的测试配体结合。本身就是或包含对于感兴趣(例如，霍乱毒素)的特定蛋白质(测试配体)的已知配体(例如，GM1)的结构单元不是关于所述蛋白质(配体)首次用于实验的。
用于本文时，关于与支持体偶联的结构单元所用的术语“固定的”是指被稳定定位在支持体上以致它们在支持体上不迁移或不从支持体上释放的结构单元。可以通过共价偶联，通过离子相互作用，或通过静电相互作用，如离子配对或通过疏水相互作用诸如范德华相互作用将结构单元进行固定。
用于本文时，支持体，管，孔，或表面的“区域”是指支持体，管，孔，或表面的连续部分。与区域偶联的结构单元可以指在该区域彼此接近的结构单元。
用于本文时，分子上的“大(bulky)”基团大于包括7或8个碳原子的部分。
用于本文时，分子上的“小”基团是氢，甲基，或另一小于包括4个碳原子的部分的基团。
用于本文时，术语“平层(lawn)”是指支持体上官能团的层，点，或区域，其密度为例如，足以将偶联的结构单元彼此接近地放置。官能团可以包括能与结构单元形成共价的、离子的、静电的或疏水相互作用的基团。
如本文所用，术语“烷基”是指饱和脂族基团，包括直链烷基，支链烷基，环烷(脂环)基，烷基取代的环烷基，和环烷基取代的烷基。在某些实施方案中，直链或支链烷基在它的主链中含有30个或更少的碳原子(例如对于直链C1-C12，对于支链C1-C6)。同样，环烷基在它们的环结构中可以含有3-10个碳原子，例如在环结构中含有5，6，或7个碳。
本文所用的术语“烷基”是指“未取代的烷基”和“取代的烷基”，后者是指含有取代基的烷基部分，所述取代基替代烃主链的一个或多个碳上的氢。这些取代基可以包括例如卤素，羟基，羰基(诸如羧基，酯，甲酰基，或酮)，硫代羰基(如硫酯，硫代乙酸酯，或硫代甲酸酯)，烷氧基，磷酰基，磷酸酯，亚膦酸酯(phosphinate)，氨基，酰氨基，脒，亚胺，氰基，硝基，叠氮基，硫羟基，烷硫基，硫酸酯，磺酸酯，氨磺酰基，亚磺酰氨基，磺酰基，杂环基，芳烷基，或芳族或杂芳族部分。如果合适，在烃链上取代的部分本身可以被取代。例如，取代烷基的取代基可以包括取代和未取代形式的上面所列的基团。
用于本文时，术语“芳烷基”是指用芳基(例如芳基或杂芳基)取代的烷基。
用于本文时，术语“链烯基”和“炔基”是指不饱和脂族基，其在长度和任选的取代方面类似于上述烷基，但分别包含至少一个双键或三键。
本文所用的术语“芳基”包括5-，6-和7-元单环芳基，其可以包括0-4个杂原子，例如苯，吡咯，呋喃，噻吩，咪唑，噁唑，噻唑，三唑，吡唑，吡啶，吡嗪，哒嗪和嘧啶等。那些在环结构中含有杂原子的芳基也可以称为“芳杂环化合物”或“杂芳族化合物”。芳环可以在一个或多个环位点被诸如上述关于烷基的这些取代基所取代。术语“芳基”还包括含有两个或多个环状环的多核环系统，其中两个或更多碳为两个邻接环所共有(环为“稠合环”)，其中至少一个环是芳环，例如，另一环状环可以是环烷基，环烯基，环炔基，芳基和/或杂环基。
用于本文时，术语“杂环”或“杂环基”是指3-12元环状结构，例如3-7元环，其环状结构包括1-4个杂原子。杂环基包括，例如噻吩、噻蒽、呋喃、吡喃、异苯并呋喃、苯并吡喃、夹氧杂蒽、氧硫杂环己二烯、吡咯、咪唑、吡唑、异噻唑、异噁唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、中氮茚、异吲哚、吲哚、吲唑、嘌呤、喹嗪、异喹啉、喹啉、酞嗪、1，5-二氮杂萘、喹喔啉、喹唑啉、噌啉、蝶啶、咔唑、咔啉、菲啶、吖啶、嘧啶、菲咯啉、吩嗪、吩吡嗪、吩噻嗪、呋咱、吩噁嗪、吡咯烷、oxolane、thiolane、噁唑、哌啶、哌嗪、吗啉、内酯、内酰胺如β-丙内酰胺和吡咯烷酮、磺内酰胺、磺酸内酯等。杂环可以在一个或多个位点被诸如关于烷基所述的这些取代基取代。
用于本文时，此处所用的术语“杂原子”是指除了碳或氢以外的任何元素的原子，如氮，氧，硫和磷。
人工受体总述图1示意性地举例说明了一个实施方案，其在微阵列上的点中使用4个不同的结构单元来构成配体结合位点。此图举例说明一组处于形成单元格子(unit cell)的正方形角上的4个结构单元。一组四个结构单元可被视为任何四边形的顶点。图1举例说明结构单元的多个点或区域可被视为多种单元格子，在此例中是正方形单元格子。也可在支持体上形成其它四边形形状的四结构单元的单元格子组。
每个被固定的构件分子可提供从“构架”上伸出的一条或多条“臂”并且每条可包含与配体或另一个被固定的结构单元的部分相互作用的基团。图2举例说明四结构单元的组合，每个结构单元包含有两条臂(称为“识别元件”)的构架，为结构单元提供一个形成配体结合位点的分子构型。由象那些下面例举的结构单元形成的这样的位点可以结合小分子，如药物、代谢物、污染物、或类似物质，和/或可以结合更大的配体如大分子或微生物。
本发明的人工受体可包含被可逆固定于支持体或表面上的结构单元。逆转结构单元的固定可允许结构单元移动到支持体或表面的不同位置，或将结构单元交换到表面上和从表面上交换下来。例如，当可逆地偶联于或固定于支持体上时，结构单元的组合可与配体结合。逆转结构单元的偶联或固定提供了重排这些结构单元的机会，这可以促进对配体的结合。另外，本发明可允许加入额外的或不同的结构单元，这可进一步提高对配体的结合。
图3示意性地举例说明一个实施方案，利用在表面上有四个不同的结构单元的初始人工受体表面(A)，所述结构单元用阴影形状表示。这个初始人工受体表面(A)经历(1)将配体与人工受体的结合和(2)重排受体表面上的结构单元以产生先导人工受体(B)。重排是指逆转结构单元的偶联或固定并允许它们在受体表面上重新排列。形成先导人工受体后，另外的结构单元可被(3)交换到受体表面上和/或从表面上交换下来(C)。交换是指结构单元离开表面而进入与所述表面接触的溶液中和/或结构单元离开与所述表面接触的溶液而成为人工受体的一部分。另外的结构单元可为了结构多样性而被选择(例如，随机地)或基于先导人工受体中结构单元的结构而被选择以提供促进结合的另外方法。然后，原始的和另外的结构单元可被(4)重排和交换以在表面上提供更高亲合力的人工受体(D)。
人工受体和结构单元的梯度本发明包括作为在支持体上的梯度被配置的人工受体，结构单元或结构单元的组合。所述梯度可以由人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化组成。所述梯度可以由人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化组成。所述梯度可以由人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化组成。所述梯度可以由人工受体或结构单元与支持体的结合方式(例如，不可逆或可逆)的变化组成。所述梯度可以由平层或平层修饰剂的变化组成。所述梯度可以是多种类型的梯度，诸如分级的(step)，连续的等的任何一种。
可以将一种或多种按照本发明的结构单元固定在区域中的支持体上。这些区域可以在不同亚区域中包括不同浓度的一种或多种结构单元。例如，一种或多种结构单元可以以不同浓度在区域之上或贯穿区域的带中。例如，一种或多种结构单元可以以在区域的一侧(例如，边缘或角)从0或低浓度到该区域的相对侧(例如，边缘或角)的更高浓度的梯度存在。这些区域可以在不同的亚区域中包括不同的结构单元或结构单元的组合。例如，一种或多种结构单元可以在一个亚区域中而不在另一个亚区域中。例如，一种或多种结构单元可以在一个亚区域中是第一浓度，在另一个亚区域中是另一个(例如，第二)浓度。例如，一种或多种结构单元可以在每个亚区域中。例如，一种或多种结构单元可以仅在亚区域的一个子集中。
图4到9举例说明包括人工受体或结构单元的梯度的支持体或区域的实施方案。图4到6一般涉及在支持体上在单一维度(即，沿线)上的梯度的数量和方向。图7到9一般涉及支持体上两个维度的梯度的方向。当然，具有在图7-9中显示的方向的每个梯度可以具有在图4-6中举例说明的数量和方向上的变化。另外，尽管一般举例说明梯度为直线，按照本发明的梯度可以沿多种轨道中的任一种变化。沿所述梯度发生的变化可以发生为从梯度的开始或沿梯度的点开始的距离的线性或其它函数。例如，浓度可以作为从该梯度的开始的距离的线性或指数函数而变化。
图4示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以一个方向延伸的梯度。如上所述，这样的梯度可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；人工受体或结构单元与支持体的结合方式(例如，不可逆或可逆)的变化；和平层或平层修饰剂的变化。所述梯度可以提供或由在人工受体或结构单元的多种特性中的至少一个的变化组成，所述特性诸如电荷，体积，亲脂性，亲水性。所述梯度可以通过在人工受体或结构单元的多种分子描述符中的至少一个的变化进行描述或由其组成。
图5示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以两个相反的方向延伸的梯度。梯度A可以如上关于图4所述。梯度B可以由在关于图4所述的特性的变化的任一种组成。梯度B将一般不被选择成与梯度A相同而是与其方向相反的梯度，这将正好导致取消其它的一个梯度并且产生一般均一的受体表面。在一个实施方案中，梯度B可以被选择成具有不同于梯度A的特性。
例如，如果梯度A由第一人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成第二人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；人工受体或结构单元与支持体结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化；和平层或平层修饰剂的变化。
例如，如果梯度A由第一人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；第二人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；人工受体或结构单元与支持体结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化；和平层或平层修饰剂的变化。
例如，如果梯度A由第一人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；第二人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；人工受体或结构单元与支持体结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化；和平层或平层修饰剂的变化。
例如，如果梯度A由第一人工受体或结构单元与支持体的结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；第二人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；第二人工受体或结构单元与支持体结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化；和平层或平层修饰剂的变化。
例如，如果梯度A由平层或平层修饰剂的第一次变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的浓度(例如，密度)的变化；人工受体或结构单元的同一性(例如，结构)的变化；第二人工受体或结构单元的拓扑结构(例如，大小，形状或柔性)的变化；第二人工受体或结构单元与支持体结合方式(例如，不可逆的或可逆的)的变化；和平层或平层修饰剂中的第二次变化。
例如，如果梯度A由人工受体或结构单元中的电荷的第一次变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的电荷的第二次变化；人工受体或结构单元的体积的变化；人工受体或结构单元的亲脂性的变化；或人工受体或结构单元的亲水性的变化。
例如，如果梯度A由人工受体或结构单元中的体积的第一次变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的电荷的变化；人工受体或结构单元的体积的第二次变化；人工受体或结构单元的亲脂性的变化；或人工受体或结构单元的亲水性的变化。
例如，如果梯度A由人工受体或结构单元中的亲脂性的第一次变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的电荷的变化；人工受体或结构单元的体积的变化；人工受体或结构单元的亲脂性的第二次变化；或人工受体或结构单元的亲水性的变化。
例如，如果梯度A由人工受体或结构单元的亲水性的第一次变化组成，那么梯度B可以由下列至少一个组成人工受体或结构单元的电荷的变化；人工受体或结构单元的体积的变化；人工受体或结构单元的亲脂性的变化；或人工受体或结构单元的亲水性的第二次变化。
例如，如果梯度A由人工受体或结构单元的第一分子描述符的变化组成，那么梯度B可以由人工受体或结构单元的第二分子描述符的变化组成。
图6示意性地举例说明沿支持体，诸如载玻片或平板以两个相反方向的每个延伸的多个梯度。多个梯度的每个可以是参考图4和5如上所述的。在图6中举例说明的第一个梯度可以以上述梯度A和B的关系的方式与第二个梯度相关。例如，梯度AA可以以图5中的梯度B与图5中的梯度A相关的方式与梯度A相关。梯度n可以以图5中的梯度B与梯度A相关的方式与梯度A相关。一般而言，梯度n将不与梯度A相同，因为这将只是导致梯度A的另外的增加。在一个实施方案中，梯度B可以被选择具有不同于梯度A的特性。使用在图6中的AA...nn和A...n每个都描述了多个梯度。
图7示意性地举例说明在支持体诸如载玻片或平板上以不同的方向延伸的两个梯度。梯度A和B的每个可以是参考图4和5的如上所述的。典型地，梯度A将在特性上不同于梯度B，如参考图5上述。可以将如上所述的梯度A和B的不同特性的实例应用于图7中的梯度A和B，其在定向上不同，但不是必须在方向上相反。梯度A和B的任一或两者可以由如上所述参考图6的多个梯度组成。例如，在图7中的梯度A可以是或包括梯度A-n。例如，图7中的梯度B可以是或包括梯度AA到nn。图7中显示的人工受体或结构单元的梯度的方向可以被视为提供与2-维电泳相似的方法的支持。
图8示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同的方向延伸的三个梯度。梯度A，B，C的每个可以是参考图4和5如上所述的。可以将如上所述在图5的实施方案的描述中的梯度A和B的不同特性的实例应用于图8中的梯度A，B，和C，其定向不同，但是不是必须以相反的方向。典型地，梯度A将在特性上不同于梯度B，梯度A将在特性上不同于梯度C，并且梯度B将在特性上不同于梯度C，如上关于在图5中的梯度A和B所述。梯度A，B或C的一个或多个可以由如上参考图6所述的多个梯度组成。例如，图8中的梯度A，B或C可以是或包括梯度A到n或梯度AA到nn。图8中显示的人工受体或结构单元的梯度的定向可以被视为提供对于与2维电泳类似的方法的支持，但是该方法包括以三个方向提供分析物的表征的三个特征的梯度。
图9示意性地举例说明在支持体，诸如载玻片或平板上以不同的方向延伸的四个梯度。梯度A，B，C和D的每个可以是如上参考图4和5所述的。可以将如上所述在图5的实施方案的描述中的梯度A和B的不同特性的实例应用于图9中的梯度A，B，C和D，其定向不同，但是不是必须以相反的方向。典型地，梯度A将在特性上不同于梯度B，梯度A将在特性上不同于梯度C，梯度A将在特性上不同于梯度D，梯度B将在特性上不同于梯度C，梯度B将在特性上不同于梯度D，并且梯度C将在特性上不同于梯度D，如上关于在5中的梯度A和B所述。梯度A，B，C或D的一个或多个可以由如上参考图6所述的多个梯度组成。例如，图9中的梯度A，B，C或D可以是或包括梯度A到n或梯度AA到nn。图9中显示的人工受体或结构单元的梯度的定向可以被视为提供对于与2维电泳类似、但是包括以四个方向提供分析物的表征的四个特征的梯度的方法的支持。
图10也示意性地举例说明在支持体诸如载玻片或平板上以不同方向延伸的四个梯度。梯度A，B，C和D的每个可以是如上关于图9所述的。在该实施方案中，梯度A和B以相反的方向定向，梯度C和D也是如此。在一个实施方案中，图10可以示意性地举例说明具有1，2，3，4或更多结构单元的直角板，其梯度从多到所述板的边缘的每个到相对边缘。
在一个实施方案中，按照本发明的结构单元的个体或组合可以被固定在区域中的支持体上。每个区域可以包括每个在单一浓度上的一种或多种结构单元。所述浓度随区域不同而不同。在一个实施方案中，当区域变得与边缘或起点更远时，结构单元的浓度可以增加。所述区域可以彼此邻近或彼此分开。在分开的结构单元之间的区域可以包括，例如，平层或修饰的平层。可以将这种结构单元的梯度视为在不同的亚区域中包括不同浓度的一种或多种结构单元的区域。例如，一种或多种结构单元可以在区域之上或穿过区域的带中以不同浓度存在。例如，一种或多种结构单元可以在区域的在一个边缘以0或低浓度存在，在所述区域的相对边缘以较高浓度存在。
图11示意性地举例说明跨越支持体，诸如载玻片或平板延伸的分级梯度。分级梯度A包括a-i梯级。所述分级可以是连续的或是被平层或修饰的平层分开的。梯度A可以如关于上面图4所述。分级梯度还可以按照上面关于图5-10的任一个所述进行配置。
图12示意性地举例说明包括分级梯度A和第二梯度B的板。分级梯度A包括a-j梯级。分级可以是连续的或被平层或修饰的平层所分开。梯度B可以是分级梯度，连续的梯度，或任何其它类型的梯度。梯度A和B可以独立地如上关于图4所述。梯度A和B还可以独立地按照上面关于图5-10的任一个所述进行配置。在一个实施方案中，图12的板可以在沿着，例如区域的一个边缘的带中包括不同的结构单元或不同浓度的结构单元。所述区域的第二维度可以特征在于浓度的梯度或结构单元的同一性。
产生结构单元的表面-结合的分子梯度的方法本发明涉及产生结构单元的表面结合的分子梯度的方法。在一个实施方案中，该方法包括在支持体上制备点或区域，所述点或区域包括多个以梯度被固定在支持体上的结构单元。所述方法可以包括在固体支持体上形成多个点或区域，每个点或区域包括多个被固定的结构单元，其中结构单元的密度，浓度，和数量横跨支持体而变化。在一个实施方案中，结构单元的浓度穿过支持体上的区域或在固体支持体上的多个点或区域之间变化。
在一个实施方案中，结构单元的梯度通过本文描述的固定反应的动力学而在支持体上形成。固定化的动力学可以被许多变量所影响，所述变量包括，但不限于改变结构单元的浓度；改变在表面、支持体或平层上的点或区域内或之间的反应位点的浓度；和改变反应时间。另外的因素，诸如温度，pH，溶剂化作用和催化作用也可以用于影响固定化条件(例如，固定的比率)和固定的结构单元或平层修饰剂的密度。
在一个实施方案中，可以将一种方法用于产生固体支持体，所述固体支持体在其表面上具有多个区域或点，每个区域或点包括结构单元的不同浓度或同一性并且形成横跨固体支持体的梯度。在一个实施方案中，所述固体支持体以受控的比率与结构单元接触。在一个实施方案中，所述固体支持体具有反应基团(例如，胺类)的平层以固定结构单元。
在一个实施方案中，将所述固体支持体非水平地(例如，以大于0°的角，典型地在约30°和90°之间的角放置)放置在容器中从而使支持体的一个末端放靠着容器(例如，烧杯)的壁上。包含一种或多种结构单元的组合物(例如，溶液)以预定的速度被递送到容器中。例如，使用滴定管或泵可以将所述溶液引入。在一个实施方案中，在被递送的组合物中的结构单元的同一性随时间而变化。在一个实施方案中，被递送的组合物中的结构单元的浓度随时间而变化。当溶液达到固体支持体的顶部时，溶液的流动停止并且随后固体支持体被从与溶液的接触中移开。在一个实施方案中，冲洗固体支持体从而去除任何残余的游离结构单元。在一个实施方案中，任选地将猝灭剂或终止剂应用于固体支持体以限制进一步的固定。
在一个实施方案中，接近容器的底部的固体支持体的部分具有与结构单元溶液反应的最长的时间，并且因此具有固定的结构单元的最高浓度或密度。接近固体支持体的顶部的固体支持体的部分将具有最少的反应时间，并且因此具有较低浓度或密度的被固定的结构单元。溶液暴露的时间结合固定反应的速度决定了被固定在跨过固体支持体的区域或点内的结构单元的浓度或密度。
在一个实施方案中，结构单元溶液的持续流动产生横跨固体支持体的线性密度梯度。在一个实施方案中，流动速率可以变化由此改变梯度的斜率。在一个实施方案中，通过及时指数地改变流动速率，或简单地通过使用，例如锥形瓶容纳组合物中的支持体来产生指数梯度。锥形瓶越到顶部越窄从而使溶液接触固体支持体的次数从底部到顶部指数性减少。在一个实施方案中，例如，将支持体关于第一梯度转过90°或180°，并重复步骤产生了2维或多方向的梯度。
可以将多种已知方法的任一种用于产生穿过在支持体，诸如板或载玻片的表面上的区域的结构单元的梯度。例如，一种或多种结构单元可以穿过所述区域流出或扩散从而形成梯度。例如，一种或多种结构单元可以使用移动的筛子进行施用以形成梯度。例如，一种或多种结构单元可以被倾入区域的中心并且穿过区域流出或扩散从而形成梯度。在一个实施方案中，结构单元的溶液可以通过液体或蒸气相扩散来穿过固体基底进行分散。在一个实施方案中，结构单元可以通过经过基质扩散穿过固体表面进行分布。
在一个实施方案中，可以使用能量催化(例如，辐射催化或引发)的化学原理来将结构单元固定在表面，支持体或平层上来形成表面结合的分子梯度。在一个实施方案中，表面可以接触游离的结构单元(例如，在溶液中)。接着，表面可以接触能量源从而催化固定反应。在一个实施方案中，游离结构单元的溶液或表面的任一包括能量活化的反应物(例如，可见光，UV引发剂)。
在一个实施方案中，能量可以非均一地进行施加以产生横跨(across)表面的梯度(例如，高能量到低能量)。差异能量暴露可以例如，通过相对于样品的来源定位或通过使用掩蔽物(静止的或移动的)来获得。可以使用的多种能源包括，但不限于UV，IR，可见光，电晕放电，等离子处理，射频辉光放电，和具有增加的电流的离子沉积。已知化学原理和能源的各种组合。
在一个实施方案中，引发剂与支持体，表面或平层相关。在另外的实施方案中，能量-活化的反应物(例如，UV引发剂)以跨过固体支持体的浓度梯度存在。当能量活化的反应物以浓度梯度存在时，固体支持体与能源均一地接触。在另外的实施方案中，能量活化的反应物以浓度梯度存在并且所述能量非均一地施加从而产生1D或2D梯度。
使用人工受体或结构单元的梯度的方法本发明人工受体或结构单元的梯度可以通过多种已知方法的任一种来与分析物或分析物的混合物接触。例如，分析物或分析物的混合物可以穿过支持体流动。例如，分析物或分析物的混合物可以被放置与支持体的边缘接触并且扩散可以将分析物或混合物吸引到支持体和/或梯度之中，之上和/或横跨支持体和/或梯度。在与分析物或分析物的混合物接触的过程中或之后，一种或多种LE wins可以流动或扩散到支持体和/或梯度之中或之上和/或横跨支持体/或梯度。
可以将本发明的人工受体或结构单元的梯度用于以横跨板或载玻片的多种方向的任一种来分离分析物诸如蛋白质，核酸，天然产物，或类似物。可以将本发明的人工受体或结构单元的梯度用于分离或表征蛋白质的混合物，诸如蛋白质组，例如血浆蛋白质组。
在一个实施方案中，本发明可以包括结合或检测蛋白质，多种蛋白质的一种或多种，或蛋白质组的方法和/或梯度。检测的方法和系统可以包括用于临床化学，环境分析，诊断测定和蛋白质组分析的方法和系统。例如，梯度可以与包括至少一种蛋白质或一种蛋白质组的样品接触。组成人工受体的结构单元可以对于测试配体是首次用于实验的。接着，可以检测一种或多种蛋白质与人工受体的结合。接下来，可以解释结合的结果从而提供关于样品，例如蛋白质组的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中的蛋白质的方法，所述方法包括将适合于表征蛋白质的梯度与被怀疑含有所述蛋白质的样品接触。所述方法还可以包括检测或量化蛋白质与梯度的结合。
图13示意性地举例说明制备和使用评价分析物或分析物的混合物的梯度的方法的实施方案。该方法可以包括用已知包含目标分析物或分析物的混合物的样品探测受体阵列。分析物或其混合物可以是蛋白质或蛋白质的混合物。探测后可以选择适合于结合目的分析物或在目的分析物的混合物中进行区分的受体。可以将来自选定的受体的结构单元用于产生在支持体上的一种或多种梯度。在一个实施方案中，支持体上的第一梯度可以是分级梯度。在一个实施方案中，每一级可以是适合于结合特定分析物或目标分析物的受体表面。在一个实施方案中，第二梯度可以一般与第一梯度成直角。所述第二梯度可以包括在结构单元的特性上的变化诸如上面关于图4-9所述。接着，支持体上的梯度可以被探测以检测结合于梯度的一种或多种分析物。
在一个实施方案中，每种分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)可以提供与梯度结合的模式。结合的模式可以是分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)或包括分析物或分析物(例如，蛋白质或蛋白质组)的混合物的样品的特性。所述方法可以包括将结合模式的表示储存为图像或数据结构。结合模式的表示可以通过操作或数据处理系统来进行评价。所述方法可以包括这样的评价。来自未知样品的结合模式与特定蛋白质的结合模式匹配则可表征该未知样品包含分析物或分析物的混合物(蛋白质或蛋白质组)。来自未知样品的结合模式与特定蛋白质组的结合模式匹配则可鉴定该未知样品包括或是该蛋白质组或包括或是具有该蛋白质组的生物或细胞。类似地，来自未知样品的结合模式可以针对多种特定分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)的模式进行评价并且所述样品可以被表征为包含一种或多种分析物(例如，蛋白质或蛋白质组)。可以将多种结合模式存储为数据。
举例说明的方法的一个实施方案可以包括产生梯度。该实施方案还可以包括通过，例如用多种单个分析物(例如，蛋白质或蛋白质组)探测阵列来编译特定分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)的结合模式。使阵列与未鉴定的分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)接触可以产生测试结合模式。接着，所述方法可以比较测试结合模式与数据库已知分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)的结合模式从而表征或分类未鉴定的分析物，蛋白质或蛋白质组，或细胞或生物。在一个实施方案中，已经构建了数据库和梯度并且所述方法包括用未知的分析物或分析物的混合物(例如，蛋白质或蛋白质组)探测该梯度从而产生测试结合模式，并接着比较该结合模式与在数据库中的结合模式从而表征或分类未鉴定的分析物，蛋白质，蛋白质组，或细胞或生物。
蛋白质组梯度可以与来自目标生物，细胞，或组织的样品接触。结合蛋白质组梯度的蛋白质可以鉴定或检测生物，细胞或组织；可以指示由生物所导致的或影响细胞或组织的疾病；可以指示由生物导致或影响细胞或组织的疾病的成功治疗；表征疾病过程；鉴定治疗先导或策略；等。
分子描述符可以将多种分子描述符的任一种用于描述或表征组成梯度的变化。适合的分子描述符包括构造描述符，静电学描述符，几何描述符，物理化学描述符，拓扑学描述符等。已知这些描述符并且可以使用商购软件包对其进行计算。
适合的构造描述符包括形式电荷，可旋转键的分数，分子式，分子量，芳香键的数量，双键的数量，h-键受体的数量，h-键供体的数量，可带负电荷基团的数量，带负电荷基团的数量，可带正电荷基团的数量，带正电荷基团的数量，刚性键的数量，环的数量，可旋转键的数量，单键的数量，总原子数，三键的数量，供体与受体的比率，带负电荷基团的数量，可带正电荷基团的数量，带正电荷基团的数量，官能团。已知这些描述符并且可以使用商购软件包进行计算。
适合的静电学描述符包括电荷极性，局部偶极指数，最大负电荷，最大正电荷，最大正氢电荷，极性参数，相对负电荷，相对正电荷，总绝对原子电荷，总负电荷，总正电荷，电荷部分表面积描述符。这些描述符是已知的并且可以使用可商购的软件包对其进行计算。
适合的电荷部分表面积描述符包括ACGD，在受体原子上的电荷第一型(CHAA1)，在受体原子上的电荷第二型(CHAA2)，在受体原子上的电荷第三型(CHAA3)，在可供氢上的电荷第一型(CHDH1)，在可供氢上的电荷第二型(CHDH2)，在可供氢上的电荷第三型(CHDH3)，CHGD，在带电荷的部分表面积中的差异(DPSA1)，在总电荷加权表面积中的差异(DPSA2)，在原子电荷加权(weithed)表面积中的差异(DPSA3)，带分数电荷的部分负表面积第一型(FNSA1)，带分数电荷的部分负表面积第二型(FNSA2)，带分数电荷的部分负表面积第三型(FNSA3)，带分数电荷的部分正表面积第一型(FPSA1)，带分数电荷的部分正表面积第二型(FPSA2)，带分数电荷的部分正表面积第三型(FPSA3)，HRNCG，HRNCS，HRPCG，HRPCS，疏水SA-MPEOE，带负电荷的极性SA？MPEOE，部分负表面积第一型(PNSA1)，部分负表面积第二型(PNSA2)，部分负表面积第三型(PNSA3)，带正电荷的极性SA-MPEOE，部分正表面积第一型(PPSA1)，部分正表面积第二型(PPSA2)，部分正表面积第三型(PPSA3)，相对负电荷表面积(RNCS)，相对正电荷表面积(RPCS)，在受体原子上的表面积第一型(SAAA1)，在受体原子上的表面积第二型(SAAA2)，在受体原子上的表面积第三型(SAAA3)，在供体氢上的表面积第1型(SADH1)，在供体氢上的表面积第2型(SADH2)，在供体氢上的表面积第3型(SADH3)，在受体原子上的表面加权带电区域第一型(SCAA1)，在受体原子上的表面加权带电区域第二型(SCAA2)，在受体原子上的表面加权带电区域第三型(SCAA3)，在供体氢上的表面加权带电区域第一型(SCDH1)，在供体氢上的表面加权带电区域第二型(SCDH2)，在供体氢上的表面加权带电区域第三型(SCDH3)，在受体原子上的表面加权带电区域第一型(SCAA1)，在受体原子上的表面加权带电区域第二型(SCAA2)，在受体原子上的表面加权带电区域第三型(SCAA3)，在供体氢上的表面加权带电区域第一型(SCDH1)，在供体氢上的表面加权带电区域第二型(SCDH2)，在供体氢上的表面加权带电区域第三型(SCDH3)，表面加权带电荷部分负表面积第一型(WNSA1)，表面加权带电荷部分负表面积第二型(WNSA2)，表面加权带电荷部分负表面积第三型(WNSA3)，表面加权带电荷部分正表面积第一型(WPSA1)，表面加权带电荷部分正表面积第二型(WPSA2)，表面加权带电荷部分正表面积第三型(WPSA3)。已知这些描述符并且可以使用商购的软件包对其进行计算。
适合的几何学描述符包括2D范德华表面积(VSA)，2D范德华体积，2D-VSA可带电基团的分数，2D-VSA疏水性的分数，2D-VSA极性的分数，拓扑结构极性表面积，2D范德华化学特征表面积。已知这些描述符并且可以使用商购软件包对其进行计算。
适合的2D范德华化学特征表面积描述符包括2D-VSA氢键受体，2D-VSA氢键全部，2D-VSA氢键供体，2D-VSA疏水性，2D-VSA疏水性sat，2D-VSA疏水性unsat，2D-VSA可带负电荷的基团，2D-VSA其它，2D-VSA极性，2D-VSA可带正电荷的基团。已知这些描述符并且可以使用商购软件包对其进行计算。
适合的物理化学描述符包括AlogP98值，AMR值，缓冲溶解度，可极化性_Miller，可极化性_MPEOE，SK_BP，SK_MP，SKlogP值，SklogPvp，SklogS值，SKlogS_缓冲，溶剂化自由能量，蒸汽压，水溶解度，AlogP98原子类型。已知这些描述符并且可以使用商购软件包对其进行计算。
适合的拓扑学描述符包括自相关描述符(AlogP98)(例如，ATSGeary 1～10 AlogP98，ATS Moran 0～10 AlogP98，ATS Moreau-Bruto 0～10AlogP98，ATS Moreau-Bruto 0～10 AlogP98平均)；自相关描述符(质量)(例如，ATS Geary 1～10质量，ATS Moran 0～10质量，ATS Moreau-Bruto0～10质量，ATS Moreau-Bruto 0～10质量平均)；自相关描述符(可极化性)(例如，ATS Geary 1～10可极化性，ATS Moran 0～10可极化性，ATSMoreau-Bruto 0～10可极化性，ATS Moreau-Bruto 0～10可极化性平均)；基于邻接和距离矩阵的描述符(例如，第一Zagreb，2-MTI，2-MTI prime，第二Zagreb，Balaban指数JX，Balaban指数JY，集中_距离_矩阵，复杂度，分散_距离_矩阵，偏心邻接指数，偏心连接指数，边缘连接指数，边缘Gutman MTI，边缘Hyper Wiener指数，边缘MTI，边缘Wiener指数，Graph直径，Graph距离复杂性，Graph距离指数，Graph Petitjean，Graph半径，Graph顶点复杂性，Gutman MTI，Harary指数Hyper Wiener指数，平均值距离偏差，平均值平方距离指数，奇数-偶数指数，Platt数量，Pogliani指数，Quadratic指数，分歧指数，环程度-距离指数，Rouvray指数，Superpendentic指数，单极性_距离_矩阵，变化_距离_矩阵，顶点程度-距离指数，Wiener指数，Xu)；原子类型电拓扑结构状态指数，E-状态；原子-类型AI拓扑结构指数(AI)；自相关描述符(电荷)(例如，ATSGeary 1～10电荷，ATS Moran 0～10电荷，ATS Moreau-Bruto 0～10电荷，ATS Moreau-Bruto 0～10电荷平均)；自相关描述符(电负性)(例如，ATSGeary 1～10电负性，ATS Moran 0～10电负性，ATS Moreau-Bruto 0～10电负性，ATS Moreau-Bruto 0～10电负性平均)；自相关描述符(E-状态)(例如，ATS Geary 1～10 E-状态ATS Moran 0～10 E-状态ATS Moreau-Bruto0～10 E-状态ATS Moreau-Bruto 0～10E-状态平均)；自相关描述符(VDW半径)(例如，ATS Geary 1～10VDW半径ATS Moran 0～10 VDW半径ATS Moreau-Bruto 0～10 VDW半径ATS Moreau-Bruto 0～10 VDW半径平均)；BCUT描述符(电荷)(例如，BCUT最高特征值1～5MPEOE电荷BCUT最低特征值1～5MPEOE电荷)；BCUT描述符(电负性)(例如，BCUT最高特征值，1～5电负性，BCUT最低特征值1～5电负性)；BCUT描述符(AlogP98)(例如，BCUT最高特征值1～5 AlogP98，BCUT最低特征值1～5 AlogP98)；BCUT描述符(质量)(例如，BCUT最高特征值1～5质量BCUT最低特征值1～5质量)；BCUT描述符(可极化性)(例如，BCUT最高特征值1～5可极化性，BCUT最低特征值1～5可极化性)；BCUT描述符(VDW半径)(例如，BCUT最高特征值1～5 VDW半径，BCUT最低特征值1～5 VDW半径)；BCUT描述符(E-状态)(例如，BCUT最高特征值1～5 E-状态，BCUT最低特征值1～5 E-状态)；δ连接指数(例如，δChi 0，δChi 1，δChi 2，δChi 3簇，δChi 3路径，δChi 4簇，δChi 4路径，δChi 4路径/簇，δChi 5路径)；差异连接指数(例如，差异chi 0，差异chi 1，差异chi 2，差异chi 3，差异chi 4，差异chi 5)；Galvez拓扑结构电荷指数(例如，结合电荷指数0～10，电荷指数0～10，电荷转移指数代数，整体拓扑结构电荷指数，化合价结合电荷指数0～10，化合价电荷指数0～10)；原子类型氢电拓扑结构状态指数，HE-状态；信息内容相关描述符(例如，BIC，CIC，I_adj_deg_equ，I_adj_deg_mag，I_adj_equ，I_adj_mag，I_dist_equ，I_dist_mag，I_edge_adj_deg_equ，I_edge_adj_deg_mag，I_edge_adj_equ，I_edge_adj_mag，I_edge_dist_equ，I_edge_dist_mag，总IAC，IC，SIC)；Kappa指数(例如，Kierα1，Kieα2，Kierα3，Kier柔性，Kier形状1，Kier形状2，Kier形状3，Kier位阻描述符，Kier对称指数)；Kier & Hall分子连接指数(例如，Chi 0，Chi 1，Chi 2，Chi 3簇，Chi 3路径，Chi 4簇，Chi 4路径，Chi 4路径/簇，Chi 5路径，总结构连接指数)；Kier & Hall化合价连接指数(例如，VChi 0，VChi 1，VChi 2，VChi 3簇，VChi 3路径，VChi 4簇，VChi 4路径，VChi 4路径/簇，VChi 5路径)；分子步道计数(例如，分子步道计数2分子步道计数3分子步道计数4分子步道计数5路径/步道2路径/步道3路径/步道4路径/步道5)；Narumi拓扑结构指数(例如，NarumiATI，Narumi GTI，Narumi HTI)；Subgraph计数指数(例如，SC-0，SC-1，SC-10路径，SC-2，SC-3簇，SC-3路径，SC-4簇，SC-4路径，SC-4路径/簇，SC-5路径，SC-6路径，SC-7路径，SC-8路径，SC-9路径)；溶剂化分子连接指数(例如，溶剂化作用chi 0，溶剂化作用chi 1，溶剂化作用chi 2，溶剂化作用chi 3簇，溶剂化作用chi 3路径，溶剂化作用chi 4簇，溶剂化作用chi 4路径，溶剂化作用chi 4路径/簇，溶剂化作用chi 5路径)；价电子层计数(例如，VS-0，VS-1，VS-2，VS-3，VS-4，VS-5)。这些描述符是已知的并且可以使用商购的软件包对其进行计算。
检测方法使人工受体或结构单元的梯度与测试配体接触可以鉴定或表征测试配体。测试配体与梯度的结合可以产生可检测的信号。可检测的信号可以例如通过，机制和性质诸如散射，吸收或发射光，产生或猝灭荧光或发光，产生或猝灭电信号等来产生。光谱检测方法包括使用标记或酶来产生光以用于通过光学传感器或光学传感器梯度进行检测。所述光可以是紫外线，可见光或红外光，其可以通过荧光，荧光偏振，化学发光，生物发光，或化学生物发光来产生和/或检测。
检测电导和电导变化的系统和方法包括椭圆光度法，表面等离子共振，电容法，电导测定法，表面声波，石英晶体微量天平，勒夫波法，红外衰减波，电化学检测酶标法，纳米线场效应晶体管，MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管，CHEMFETS-有机膜金属氧化物半导体场效应晶体管，ICP-内导聚合物，FRET-荧光共振能量转移。
可以检测这种与梯度的结合或梯度的信号的仪器包括UV，可见的、或红外的光谱仪，荧光或发光光谱仪，表面等离子共振，表面声波或石英晶体微量天平检测器，pH，电压计或电流计，放射性同位素检测仪等。
可检测的信号可以起源自，例如，结合到梯度中的信号传导部分或被添加到梯度的信号传导部分。所述信号也可以是对于梯度或对于测试配体所固有的。信号可以来自，例如测试配体与梯度的相互作用或测试配体与已经结合到梯度中的发信号部分的相互作用。在一个实施方案中，本发明的方法可以包括选择梯度，对于所述梯度结合诱导在来自发信号部分，例如，荧光部分的信号的变化。这样的变化可以显示与梯度的结合。
本发明的梯度可以是用于下列用途的产品的部分分析基因组和/或蛋白质组；药物开发；对于测试配体的任一种的检测器；滥用药物的诊断或治疗；危险废弃物分析或补救；毒性试剂预警或干涉；疾病诊断或治疗；癌症诊断或治疗；食物链污染分析或补救；等。
测试配体测试配体可以是与阵列或表面的结合可以被检测的任何配体。测试配体可以是纯化合物，混合物，或包含天然产物或污染物的“污”混合物。这些污混合物可以是组织匀浆，生物流体，土壤样品，水样，等。
测试配体包括前列腺特异性抗原，其它癌症标记，胰岛素，华法林，其它抗凝剂，可卡因，其它滥用药，大肠杆菌(E.coli)标记，沙门氏菌属(Salmonella sp.)标记，其它食媒(food-borne)毒素标记，食媒毒素，天花病毒标记，炭疽标记，其它可能的有毒生物试剂的标记，药物和药品，污染物和有害废物的化学物，有毒化学试剂，疾病标记，药物，污染物，生物学上重要的阳离子(例如，钾或钙离子)，多核苷酸，肽，碳水化合物，酶，细菌，病毒，它们的混合物等。在某些实施方案中，测试配体可以是至少一种小有机分子、无机/有机复合物、金属离子、蛋白质混合物、蛋白质、核酸、核酸混合物，它们的混合物等。
适合的测试配体包括本文其它地方所述作为测试配体的任何化合物或化合物类别，包括，例如，前文所述的微生物、蛋白、癌细胞、滥用药等。
制备人工受体的方法本发明涉及制备人工受体或被固定的结构单元的组合的方法。在一个实施方案中，该方法包括在支持体上制备点或区域，所述点或区域包括多种固定在支持体上的结构单元。所述方法可以包括在固体支持体上形成多个区域，每个区域包括多个结构单元，并在每个区域中将多个结构单元固定(例如，可逆地)在固体支持体上。
所述方法可以包括混合多个结构单元并将混合物用于形成区域。或者，所述方法可以包括将各个结构单元固定(例如，可逆地)在支持体上。将结构单元偶联于支持体可以采用共价键合或非共价相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢键、范德华相互作用等。在一个实施方案，所述支持体可以被能参与共价键合或非共价相互作用的部分所官能化。形成区域可以产生异质结构单元组合的梯度。所述方法可以以2、3、4、或更多结构单元的组合形式将结构单元涂布或点到支持体上。
在一个实施方案中，本发明的方法可以被用于产生在其表面上有多个区域的固体支持体，每个区域包含多种结构单元。例如，所述方法可以包括将多种结构单元固定在载玻片上多个区域的每个中。可以将这些区域当作包括异质结构单元。
在一个实施方案中，本发明方法包括制备受体表面。制备受体表面可以包括在固体支持体上形成区域，所述区域包括多个结构单元，和在区域内将所述多个结构单元固定(例如，可逆地)在固体支持体上。所述方法可以包括混合多个结构单元并将混合物用于形成一个或多个区域。或者，所述方法可以包括将单个结构单元用于支持体上的区域。例如通过用结构单元溶液浸渍支持体的一部分可以完成在支持体上形成区域。所得到的含有结构单元的涂层可被称为含有异质结构单元。
包含多个结构单元的区域可以独立于和区别于其它包含多个结构单元的区域。在一个实施方案中，一个或多个包含多个结构单元的区域可以重叠以产生包含合并的多个结构单元的区域。在一个实施方案中，包含有单个结构单元的两个或更多区域可以重叠以形成一个或多个区域，每个区域都含有多个结构单元。重叠的区域可以被想象为，例如，Ven氏图表中的重叠部分，或方格花纹或斜纹软呢样图案中的重叠部分。
在一个实施方案中，所述方法产生具有一定密度的结构单元的点或表面，所述密度足以提供多于一个的结构单元和配体相互作用。即，所述结构单元可以是互相接近的。不同结构单元的接近可以通过测定测试配体与含多个结构单元的点或表面相对于与只含一个结构单元的点或表面的不同(例如，更大的)结合而检测。
在一个实施方案中，该方法包括形成包含一个或多个区域的阵列，其功能是作为确认或评价与本发明的梯度的结合的对照。在一个实施方案中，该方法包括形成一个或多个区域，其功能是作为确认或评价与本发明的梯度的结合的对照。这种对照区域可以不包括结构单元，只包括单个结构单元，只包括官能化平层，或只包括其组合。
所述方法可以采用已知的方法将结构单元固定(例如，可逆地)在支持体上，所述方法用于固定被用作结构单元的类型的化合物。将结构单元偶联于支持体可以采用共价键合或非共价相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢键、范德华相互作用等。在一个实施方案中，所述支持体可以被能参与可逆共价键合的部分、能参与非共价相互作用的部分、这些部分的混合物，等所官能化。
在一个实施方案中，可以用能参与共价键合，例如可逆共价键合的部分使支持体官能化。本发明可以应用多种大量已知官能团、试剂、和反应中的任何一种来形成可逆共价键。适合的用于形成可逆共价键的试剂包括在Green，TW；Wuts，PGM(1999)，Protective Groups in Organic SynthesisThird Edition，Wiley-Interscience，New York，779 pp.中描述的那些。例如，支持体可以包括官能团如羰基，羧基，硅烷基，硼酸或酯，胺基(例如，伯、仲或叔胺，羟胺，肼，等)，硫羟基，醇基(例如伯、仲或叔醇)，二醇基(例如，1，2二醇或1，3二醇)，酚基，邻苯二酚基等。这些官能团可以形成含可逆共价键的基团，如醚(例如烷基醚，甲硅烷基醚，硫醚等)，酯(例如，烷基酯，酚酯，环状酯，硫酯等)，缩醛(例如，环状缩醛)，缩酮(例如，环状酮)，甲硅烷基衍生物(例如，甲硅烷基醚)，硼酸酯(如环状硼酸酯)，酰胺，肼，亚胺，氨基甲酸酯等。这样的官能团可以被称为共价键合部分，例如，第一共价键合部分。
支持体上的羰基和结构单元上的胺基可形成亚胺或席夫碱。这对支持体上的胺基和结构单元上的羰基也同样正确。支持体上的羰基和结构单元上的醇基可形成缩醛或缩酮。这对支持体上的醇基和结构单元上的羰基也同样正确。支持体上的硫羟基(例如，第一硫羟基)和结构单元上的硫羟基(例如，第二硫羟基)可形成二硫化物。
支持体上的羧基和结构单元上的醇基可形成酯。这对支持体上的醇基和结构单元上的羧基也同样正确。多种醇类和羧酸中的任何一种都能形成提供共价键合的酯，所述共价键合可以在本发明的背景中可以被逆转。例如，可逆酯键可形成于醇类，如芳环上有吸电子基团的酚类，其它有在羟基碳上起作用的吸电子基团的醇类，其它醇类等；和/或羧基基团，如有在酰基碳上起作用的吸电子基团的那些(例如，硝基苄酸，R-CF2-COOH，R-CCl2-COOH等)，其它羧酸等。
在一个实施方案中，可以用能参与非共价相互作用的部分来使支持体、基质或平层官能化。例如，所述支持体可以包含官能团，诸如离子基团、能氢键键合的基团或能参与范德华相互作用或其它疏水相互作用的基团。这类官能团可以包括阳离子基团、阴离子基团、脂族基团、两性基团等。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包括带电荷部分(例如，第一带电部分)。适合的带电部分包括带正电的部分和带负电的部分。适合的带正电的部分(例如，在中性pH的水性组合物中)包括胺，季铵部分，二茂铁等。适合的带负电的部分(例如，在中性pH的水性组合物中)包括羧酸盐，被强吸电子基团取代的酚类(例如，四氯酚)，磷酸盐，膦酸盐，亚膦酸盐，硫酸盐，磺酸盐，硫代羧酸盐，异羟肟酸或类似物。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包含能形成氢键的基团(例如，第一氢键基团)，所述基团作为供体或是受体。所述支持体、基质或平层可包含能形成氢键键合的基团的表面或区域。例如，所述支持体、基质或平层可以包括含有一个或多个羧基、胺基、羟基、羰基等的表面或区域。离子基团还可以参与氢键键合。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包含亲脂部分(例如，第一亲脂部分)。适合的亲脂部分包括支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基，等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，具有例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳烃部分；环烷或取代环烷部分，其具有如关于链所述数目的碳；其组合或混合物；等。所述烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸酯等；等等。所述亲脂部分如季铵亲脂部分也可以包含正电荷。
人工受体候选人工受体、先导人工受体或工作人工受体包括固定(例如，可逆地)在例如支持体上的结构单元的组合。单个的人工受体可以是载玻片上的异质结构单元区域或被包被于载玻片、管或孔上的多个结构单元。可以通过多种相互作用诸如共价的、静电的或疏水的相互作用的任何一种来固定结构单元。例如，所述结构单元和支持体或平层可以每个都包含一个或多个能形成共价的、静电的、氢键键合、范德华或类似相互作用的官能团或部分。
候选人工受体的梯度可以是出售给某些团体的商品化的产品，所述团体对将这些梯度作为开发用于检测或表征目标测试配体的方法中的用具感兴趣。在一个实施方案中，有用的候选人工受体的梯度包括至少一个玻璃载玻片，所述至少一个玻璃载玻片包括包含梯度的区域。
可以从多种候选人工受体中开发一种或多种先导人工受体。在一个实施方案中，一种先导人工受体包含结构单元的组合并在暴露于例如几个皮摩尔的测试配体下时与可检测数量的测试配体结合，所述测试配体的浓度在1、0.1、或0.01μg/ml，或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体；在0.01μg/ml，或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体；或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体。
在一个实施方案中，按照本发明的梯度包括结构单元的组合，并且在暴露于例如几个皮摩尔的测试配体下时与分类或鉴定数量的测试配体结合，所述测试配体的浓度是100、10、1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体，或10、1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体；或1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体。
人工受体，特别是候选或先导人工受体，可以是人工受体的阵列的形式。每个点是候选人工受体和结构单元的组合。所述阵列还可以被构建从而包括先导人工受体。例如，人工受体的阵列可以包括更少结构单元的组合和/或结构单元的子集。在一个实施方案中，候选人工受体的阵列包含通式2(如下所示)的结构单元，其中RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或B9(如下所示)并且其中RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或A9(如下所示)。在一个实施方案中，所述构架是酪氨酸。
在一个实施方案中，本发明的人工受体包含多种偶联于支持体的结构单元。在一个实施方案中，多种结构单元可以包含或本身就是式2的结构单元(下面显示)。包含接头、酪氨酸构架和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。在一个实施方案中，候选人工受体可以包含下式结构单元的组合TyrA1B1，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA3B3，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA5B5，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA7B7，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6或TyrA8B8。
本发明的人工受体可以使用多种支持体中的任何一种，结构单元或其它阵列物质可以被偶联于所述支持体上。例如，所述支持体可以是玻璃的或塑料的；载玻片，管或孔；光纤，等。
本发明包括使用按照本发明的梯度获得结果，传递或传送该结果。此外，可以配置获自可以被处理的梯度的结果从而提供模式或结论。传递或传送这些模式或结论也是本发明的部分。传递或传送可以包括在第一和第二位置之间的传送或传递，它们可以彼此远离。传送和传递可以包括发送和/或接收。在一个实施方案中，本发明包括将获自使用按照本发明的梯度，结构单元或人工受体的方法的结果传送到远距离位置。在一个实施方案中，本发明包括传递代表使用按照本发明的梯度，结构单元，或人工受体获得的结果或读物的数据。
远距离目标可以被分开，例如，在两个不同的结构单元之间，一英里或更多英里的间隔，10英里或更多英里的间隔，或100英里或更多英里的间隔。传递可以包括传递数据或其它信息，例如作为在多种传递系统的任一种中的电信号。传送可以包括改变项目诸如数据或其它信息从一个位置到另一个位置的位置的任何机制。传递可以包括物理运输或传递项目，数据或信息。
结构单元本发明涉及制备或形成候选人工受体的结构单元。设计，制备和选择结构单元以在少量化合物之间提供多种结构特性。结构单元可以提供一种或多种结构特性，如正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。结构单元可以是庞大的或者它可以是小的。
结构单元可以视为包括数个元件，如一个或多个构架，一个或多个接头，和/或一个或多个识别元件。构架可以与其它结构单元组件中的每一个共价偶联。所述接头可以与构架共价偶联。所述接头可以通过共价，静电，氢键键合，范德华，或类似的相互作用的一种或多种而偶联于支持体。识别元件可以与构架共价偶联。在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，和识别元件。在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，和两个识别元件。
关于多种结构单元一般性的和特异性的特征和功能以及它们的合成的描述可见于共同未决的提交于2002年9月16日的美国专利申请号10/244,727，和提交于2004年3月29日的10/813,568，以及提交于2003年2月19日的申请号PCT/US03/05328，其每个都题为“ARTIFICIALRECEPTORS，BUILDING BLOCKS，AND METHODS”；每个都提交于2004年3月29日并且每个都题为“ARTIFICIAL RECEPTORSINCLUDING REVERSIBLY IMMOBILIZED BUILDING BLOCKS，THEBUILDING BLOCKS，AND METHODS”的美国专利申请号10/812,850和10/813,612，以及申请号PCT/US2004/009649；和提交于2003年9月3日的美国临时专利申请号60/499,965和提交于2003年12月2日的60/526,699，其每个都题为BUILDING BLOCKS FOR ARTIFICIALRECEPTORS。这些专利文档包含，特别地，详细的书面描述关于结构单元、构架部分、识别元件的功能、结构和构型，结构单元的合成，结构单元的具体实施方案，识别元件的具体实施方案，和结构单元组。
结构单元的实施方案结构单元可包含一个或多个形成识别部分的官能团、结构特征，或部分。例如，结构单元可包含一个或多个羧基、胺、羟基、酚、羰基和硫羟基团，它们可以成为一个识别部分。例如，结构单元可包含一个或多个部分，它们具有正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。结构单元可包含两个、三个或四个这样的官能团，结构特性，或部分。
结构单元可包含一个或多个形成全部或部分连接部分的官能团，结构特征，或部分。例如，结构单元可包含一个或多个羧基、胺、羟基、酚、羰基和硫羟基团，它们可以成为一个连接部分。例如，结构单元可包含一个或多个部分，它们具有正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。连接部分是为偶联(例如，可逆地)到支持体上而配置的。
结构单元可以是或可以包含任何的多种化合物或亚结构。例如，结构单元可以是或可以包含氨基酸(天然的或合成的)、二肽、单糖、二糖、另一糖类、它们的混合物或组合等；催化部分例如辅酶、金属、金属络合物等；大至2000个碳原子(例如，多至48个碳原子)的聚合物，例如，聚醚、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、或类似的聚合物；α-羟酸，硫代酸；酶抑制剂(例如，蛋白酶抑制剂(如胃蛋白酶抑制剂)、抑制素等)，受体拮抗剂(例如，苯并二氮杂)，受体激动剂，药物，肽激素；天然产物，代谢途径(例如，糖酵解、柠檬酸循环、光合作用、糖生成、线粒体电子转运、氧化磷酸化、生物合成途径、分解代谢途径等)的初始原料、中间产物或终产物；它们的混合物或组合等。结构单元可以是天然存在的或合成的化合物；可以是外消旋，旋光的，或手性的；可以包括任何被明确描述过的结构的位置异构体；或可以包含在构象上被限制的官能团。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种单糖。任何多种天然存在或合成的单糖都可被用作结构单元。适合的单糖包括吡喃糖和呋喃糖，如葡萄糖、果糖、核酮糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖等；赤癣糖，苏糖等；肌醇等；氨基糖，如鼠李糖、岩藻糖、葡糖胺、半乳糖胺等；醛糖酸和糖醛酸，如葡糖酸、葡糖醛酸、葡糖二酸等；包含这些单糖的糖苷；包含这些单糖的二糖或寡糖，如蔗糖、棉子糖、龙胆三糖、纤维二糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、龙胆二糖、meliobiose等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种二糖。多种天然存在或合成的二糖中的任一种都可被用作结构单元。适合的二糖包括含有以上所列单糖的二糖或寡糖。这些二糖包括蔗糖、棉子糖、龙胆三糖、纤维二糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、龙胆二糖、meliobiose等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种糖类。多种天然存在或合成的糖的任一种都可被用作结构单元。适合的糖包括纤维素、几丁质、淀粉、糖原、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质、肝素、糖蛋白等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一个催化部分。多种天然存在或合成的催化部分的任一种都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的催化部分包括辅酶、金属、金属络合物、原亲核体、原亲电子体、原还原剂、原氧化剂、普通酸性催化剂、普通碱性催化剂，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含一个与金属结合或络合的部分。任何多种天然存在或合成的与金属结合或络合的部分都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的与金属结合或络合的部分包括合成的和天然存在的卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素和正铁血红素)、粪卟啉、四苯卟啉、八乙基卟啉等)，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，硒代半胱氨酸，硒代甲硫氨酸，铁蛋白；天然存在或合成的镁、锌、铜、铬、铁、钴、铝(例如，Al3+)、钛(例如，Ti4+)等的复合物；它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含辅酶(也可以称为辅基或辅因子)。多种天然存在或合成的辅酶的任一种都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的辅酶包括烟酰胺辅酶(例如，NAD、NADH、NADP、NADPH等)，黄素化合物(例如，FAD、FADH2、FMN、FMNH2)，硫辛酸(例如，氧化的或还原的硫辛酸)，谷胱甘肽(例如，氧化的或还原的谷胱甘肽)，抗坏血酸，醌(例如，泛醌、维生素K等)，卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素或正铁血红素)、粪卟啉等)，核苷(例如，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶)，核苷酸(例如AMP、ADP、ATP、GMP、GDP、GTP、CMP、CDP、CTP、TMP、TDP、TTP、UMP、UDP、UTP)，磷酸甘油酯，生物素(例如，生物素或羧基生物素)，吡哆醛(例如磷酸吡哆醛、吡哆醛、吡哆胺、磷酸吡哆胺或它们的希夫碱)，氧代戊二酸(例如，2-氧代戊二酸)，辅酶A，肉碱，叶酸(例如，四氢叶酸、5-甲酰四氢叶酸、10-甲酰四氢叶酸、5，10-次甲基四氢叶酸、5，10-亚甲基四氢叶酸、5-羟甲基四氢叶酸、5-亚胺甲基四氢叶酸等)，腺苷高半胱氨酸，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，3’，5’-二磷酸腺苷，二磷酸硫胺素，铁蛋白，它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含多至2000碳原子(例如，多至48碳原子)的聚合物。这样的聚合物可以是天然存在的或合成的。适合的聚合物包括聚醚或类似聚合物，诸如PEG、聚乙烯亚胺、聚丙烯酸酯(例如，取代的聚丙烯酸酯)，它们的盐，它们的混合物或组合等。适合的PEGs包括PEG 1500直至PEG 20,000，例如，PEG 1450、PEG 3350、PEG 4500、PEG 8000、PEG 20,000等。
在一个实施方案中，本发明的结构单元可以是或可以包含亲脂部分。适合的亲脂部分包括一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，它们含有，例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，它们含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳烃部分；环烷或取代烷部分，其所含碳原子数如链中所述；它们的组合或混合物等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸盐(酯)等；或类似物质。
适合的结构单元包括羧酸(例如，单羧酸盐(酯)和二羧酸盐(酯))，其羧酸盐(酯)附加在亲脂部分，如一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，它们含有，例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，它们含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；或类似物质。这些羧酸包括花生四烯酸、亚油酸、亚麻酸、油酸等。这些羧酸可通过之间的共价键合或静电相互作用而固定于支持体上。
适合的结构单元包括羧酸(例如，单羧酸盐(酯)和二羧酸盐(酯))，其羧酸盐(酯)添加在有机基上，如一个或多个支链或直链C2-8烷基、芳烷基、链烯基、炔基等。这些羧酸可包含取代的芳基部分(例如苯基或萘基部分)。这些羧酸包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、苯甲酸等。这些羧酸可通过羧酸(盐/酯)与支持体或平层之间的共价键合或静电相互作用而固定于支持体上。
在一个实施方案中，结构单元是或包含氨基酸。适合的氨基酸包括天然或合成的氨基酸。氨基酸包括羧基和胺官能团。在它们的侧链上，氨基酸还可以包含一个部分，所述部分具有正电荷、负电荷、酸、碱、电子受体、电子供体、氢键供体、氢键受体、自由电子对、π电子、电荷极化、亲水性、或疏水性中的一个或多个。适合的氨基酸包括侧链上有官能团的那些。侧链官能团可包括，对于天然氨基酸，胺(例如，烷基胺、杂芳胺)、羟基、酚、羧基、硫羟基、硫醚基或脒基基团。
任何天然氨基酸都可被用作结构单元。天然氨基酸包括脂族氨基酸(例如，丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、和异亮氨酸)，羟基氨基酸(例如，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸)，二羧酸(例如，谷氨酸和天冬氨酸)，酰胺(例如，谷氨酰胺和天冬酰胺)，具有碱性侧链的氨基酸(例如赖氨酸、羟赖氨酸、组氨酸、和精氨酸)，芳香族氨基酸(例如，组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、和四碘甲腺原氨酸)，含硫氨基酸(例如，半胱氨酸、胱氨酸和甲硫氨酸)，亚氨基酸(例如脯氨酸和羟脯氨酸)。适合用作结构单元的天然氨基酸包括，例如，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。
合成的氨基酸可包括天然存在的侧链官能团或合成的侧链官能团，后者用烷基、取代烷基、环烷基、杂环、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基和类似部分和羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟官能团来修饰或延伸天然氨基酸。适合的合成氨基酸包括N-取代的甘氨酸和N-取代甘氨酸的低聚物。适合的合成氨基酸包括β-氨基酸和天然氨基酸的同型(homo)或β相似物。
在一个实施方案中，结构单元是或包含二肽。以任意顺序含有20种天然氨基酸的400个二肽的任一种都可用作结构单元。适合的二肽包括胞壁酰二肽等。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含治疗性或药理学活性剂。适合的治疗性或药理学活性剂包括硝酸盐、氧化氮、氧化氮促进剂、氧化氮供体、双嘧达莫、或另一种血管舒张剂；HYTRIN或另一种抗高血压剂；糖蛋白IIb/IIIa抑制剂(阿昔单抗)或另一种表面糖蛋白受体抑制剂；阿斯匹林，噻氯匹定，氯吡格雷或另一种抗血小板剂；秋水仙素或另一种抗有丝分裂剂或另一种微管抑制剂；类视黄醇或另一种抗分泌剂；松胞素或另一种肌动蛋白抑制剂；甲氨喋呤或另一种抗代谢或抗增殖剂；柠檬酸他莫昔芬，TAXOL，紫杉醇，或其衍生物，雷帕霉素，长春碱，长春新碱，长春瑞滨，鬼臼乙叉甙，替尼泊苷(tenopiside)，更生霉素(放线菌素D)，柔红霉素，多柔比星，伊达比星，蒽环霉素，米托蒽醌，博来霉素，普卡霉素(普卡霉素)，丝裂霉素，氮芥，环磷酰胺及其相似物，苯丁酸氮芥，氮丙定，甲基密胺，烷基磺酸盐(例如，白消安)，亚硝基脲(卡莫司汀等)，链佐星，甲氨喋呤(用于许多适应征)，氟尿嘧啶，5-氟脱氧尿苷，阿糖胞苷，巯嘌呤，硫鸟嘌呤，喷司他丁，2-氯脱氧腺苷，顺铂，卡铂，丙卡巴肼，羟基脲，或其它抗癌化疗剂；环孢菌素，他克莫司(FK-506)，硫唑嘌呤，麦考酚酸莫酯，mTOR抑制剂，或其它免疫抑制剂；氢化可的松，可的松，地塞米松，地塞米松磷酸钠，醋酸地塞米松，地塞米松衍生物，倍他米松，氟氢可的松，泼尼松，泼尼松龙，6U-甲泼尼龙，曲安西龙(例如曲安奈德)，或另一种类固醇药剂；曲匹地尔(PDGF拮抗剂)；多巴胺，甲磺酸溴隐亭，甲磺酸培高利特，或另一种多巴胺激动剂；卡托普利，依那普利或另一种血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂；血管紧张素受体阻断剂；抗坏血酸，α生育酚，去铁胺，21-氨基类固醇(lasaroid)或另一种自由基清除剂，铁螯合剂或抗氧化剂；雌激素或另一种性激素；AZT或另一种抗聚合酶；阿昔洛韦，泛昔洛韦，盐酸金刚乙胺，更昔洛韦钠，诺韦，佳西患，α-甲基-1-金刚烷甲胺，羟基-乙氧基甲基鸟嘌呤，金刚烷胺，5-碘代-2’-脱氧尿苷，三氟胸苷，阿糖腺苷，或另一种抗病毒剂；5-氨基乙酰丙酸，间-四羟基苯基二氢卟酚，十六氟锌酞菁，四甲基血卟啉，罗丹明123或其它光动力学治疗剂；PROSCAR，HYTRIN或其它治疗良性前列腺增生(BHP)的试剂；米托坦，氨鲁米特，breveldin，乙酰氨基苯酚，依托度酸(etodalac)，托美丁，酮咯酸，布洛芬及衍生物，甲芬那酸，甲氯芬那酸，吡罗昔康，替诺昔康，保泰松，羟布宗，萘丁美酮，金诺芬，金硫葡糖，金硫丁二钠，这些中任何的混合物，或这些中任何的衍生物。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含抗生素。抗生素的实例包括青霉素，四环素，氯霉素，二甲胺四环素，多西环素，万古霉素，杆菌肽，卡那霉素，新霉素，庆大霉素，红霉素和头孢菌素类。头孢菌素类的实例包括头孢噻吩，头孢匹林，头孢唑林，头孢氨苄，头孢拉定，头孢羟氨苄，头孢孟多，头孢西丁，头孢克洛，头孢呋辛，头孢尼西，头孢雷特，头孢噻肟，拉氧头孢，头孢唑肟，头孢曲松，和头孢哌酮。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含酶抑制剂。适合的酶抑制剂包括依酚氯铵，N-甲基毒扁豆碱，溴新斯的明，硫酸毒扁豆碱，盐酸他克林，他克林，1-羟基马来酸盐(酯)，碘代杀结核菌素，对-溴四咪唑，10-(α-二乙基氨基丙酰)-吩噻嗪盐酸盐，卡米达佐氯，宓胆碱-3，3，5二硝基邻苯二酚-1，二酰基甘油激酶抑制剂I，二酰基甘油激酶抑制剂II，3-苯基炔丙基胺(aminie)，N-一甲基-L-醋酸精氨酸，卡比多巴，3-羟基苄基肼盐酸，盐酸肼屈嗪，盐酸氯吉兰，L(-)盐酸司来吉兰，D(+)盐酸司来吉兰，盐酸羟胺，磷酸异丙烟肼，6-MeO-四氢-9H-吡啶并-吲哚，尼亚拉胺，盐酸帕吉林，盐酸米帕林，盐酸氨基脲，盐酸反苯环丙胺，N，N-二乙基氨基乙基-2，2-二-苯基戊酸盐(酯)盐酸盐，3-异丁基-1-甲基苍耳烷(xanthne)，盐酸罂粟碱，吲哚美辛(indomethacind)，2-环辛基-2-羟乙胺盐酸盐，2，3-二氯-α-甲基苄胺(DCMB)，8，9-二氯-2，3，4，5-四氢-1H-2-苯并氮杂盐酸盐，p-氨鲁米特，p-氨鲁米特酒石酸盐R(+)，p-氨鲁米特酒石酸盐S(-)，3-碘代酪氨酸，α-甲基酪氨酸L(-)，α-甲基酪氨酸D(-)，cetazolamide，双氯非那胺，6-羟基-2-苯并噻唑氨磺酰，别嘌呤醇等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含信号元件，该信号元件在测试配体与受体结合时产生可检测的信号。在一个实施方案中，信号元件可产生光信号或电化学信号。适合的光信号包括化学发光或荧光。该信号元件可以是荧光部分。荧光分子可以是通过结合人工受体而被猝灭的荧光分子。例如，信号元件可以是只有当结合发生时才发荧光的分子。适合的电化学信号元件包括产生电流或电压的那些。适合的电化学信号元件包括酚类和苯胺类，如相互间邻位或对位定向取代的那些，多核芳烃，硫化物-二硫化物，硫化物-亚砜-砜，多烯，聚烯炔等。适合的电化学信号元件包括醌类和二茂铁类。
在一个实施方案中，结构单元包含提供正电荷(例如，在中性pH下在水性组合物中)的部分或被该部分取代。适合的带正电的部分包括一个或多个基团如胺、季铵部分，锍，磷鎓，二茂铁等。适合的胺包括烷基胺，烷基二胺，杂烷胺，芳胺，杂芳胺，芳烷胺，吡啶，杂环胺(饱和的或不饱和的，环上有氮或无)，脒类，肼类等。烷基胺通常有1-12个碳原子，优选1-8个，环类可以有3-12个碳原子，优选3-8个。任何一种胺都作为季铵化合物而被应用。另外适合的季铵部分包括三甲基烷基季铵部分，二甲基乙基烷基季铵部分，二甲基烷基季铵部分，芳基烷基季铵部分，吡啶鎓季铵部分等。
在一个实施方案中，结构单元包含提供负电荷(例如，在中性pH下在水性组合物中)的部分或被该部分取代。适合的带负电部分包括一个或多个基团如羧酸盐(酯)，被强吸电子基团取代的酚类(例如，取代的四氯酚)，磷酸盐(酯)类，膦酸盐(酯)类，亚膦酸盐(酯)类，硫酸盐(酯)类，磺酸盐(酯)类，硫代羧酸盐(酯)类和异羟肟酸类等。适合的羧酸盐(酯)包括烷基羧酸盐(酯)，芳基羧酸盐(酯)，和芳烷基羧酸盐(酯)。适合的磷酸酯包括磷酸单-、二-、和三-酯，和磷酸单-、二-、三-酰胺。适合的膦酸酯包括膦酸单-和二-酯，和膦酸单-和二-酰胺(例如，膦酸酰胺)。适合的亚膦酸酯包括亚膦酸酯类和酰胺类。
在一个实施方案中，结构单元包含提供负电荷和正电荷(例如，在中性pH下在水性组合物中)的部分或被该部分取代，如亚砜、甜菜碱和氧化胺。
在一个实施方案中，结构单元包含酸性部分或被该部分取代。适合的酸性部分包括一个或多个基团如羧酸盐(酯)，磷酸盐(酯)，硫酸盐(酯)，和酚类。适合的酸性羧酸盐(酯)包括硫代羧酸盐(酯)。适合的酸性磷酸盐(酯)包括以上所列的盐(酯)。
在一个实施方案中，结构单元包含碱性部分或被该部分取代。适合的碱性部分包括一个或多个基团如胺类。适合的碱性胺类包括烷基胺类，芳基胺类，芳烷基胺类，吡啶类，杂环胺类(饱和的或不饱和的，环上有氮或没有)，脒类，和任何以上所列其它胺类。
在一个实施方案中，结构单元包含氢键供体或被该氢键供体取代。适合的氢键供体包括一个或多个基团如胺类，酰胺类，羧基类，质子化磷酸盐(酯)，质子化膦酸盐(酯)，质子化亚膦酸盐(酯)，质子化硫酸盐(酯)，质子化亚硫酸盐(酯)，醇类，和硫羟。适合的胺类包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环胺(饱和的或不饱和的，环上有或没有氮)，脒类，尿素，和以上所列任何其它胺类。适合的质子化羧酸盐(酯)、质子化磷酸盐(酯)包括以上所列的那些。适合的醇类包括伯醇、仲醇、叔醇，和芳香醇(例如，酚类)。
在一个实施方案中，结构单元包含氢键受体或具有一个或多个自由电子对的部分，或被该氢键受体或该部分取代。适合的基团可以包括一个或多个基团如胺类，酰胺类，羧酸盐(酯)类，羧基，磷酸盐(酯)类，膦酸盐(酯)类，亚膦酸盐(酯)类，硫酸盐(酯)类，磺酸盐(酯)类，醇类，醚类，硫醇类和硫醚类。适合的胺类包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环胺(饱和的或不饱和的，环上有或没有氮)，脒类，尿素，和如上所列的胺类。适合的羧酸盐(酯)类包括以上所列的那些。适合的磷酸盐(酯)类、膦酸盐(酯)类和亚膦酸盐(酯)类包括以上所列的那些。适合的醇类包括伯醇、仲醇、叔醇，芳香醇和以上所列那些。适合的醚类包括烷基醚类，芳烷基醚类。
在一个实施方案中，结构单元包含不带电的极性或亲水基团或被该不带电的极性或亲水基团所取代。适合的基团包括一个或多个基团如酰胺类，醇类，醚类，硫醇类，硫醚类，酯类，硫酯类，硼烷类，硼酸盐(酯)，和金属络合物。适合的醇类包括伯醇、仲醇、叔醇，芳香醇和以上所列那些。适合的醚类包括以上所列的那些。
在一个实施方案中，结构单元包含不带电的疏水基团或被该疏水基团取代。适合的基团包括一个或多个基团如烷基(取代的和未取代的)，烯烃(共轭的和非共轭的)，炔(共轭的和非共轭的)，芳烃。适合的烷基基团包括低级烷基，取代烷基，环烷基，芳烷基和杂芳烷基。适合的烯基包括低级烯烃和芳基烯烃。适合的芳香族基团包括未取代的芳基，杂芳基，取代的芳基，芳烷基，杂芳烷基，烷基取代的芳基，和聚芳烃类。
在一个实施方案中，结构单元包含间隔基(例如，小的)部分或被该部分取代，所述间隔基部分诸如氢、甲基、乙基等。
构架可以选择构架以用于官能团，其提供与识别部分偶联和与连接部分偶联或为连接部分。所述构架可以作为人工受体的部分与配体相互作用。在一个实施方案中，所述构架包括多个反应位点，具有正交和可靠的官能团及可控立体化学。具有正交和可靠化学原理的适当官能团包括例如，羧基，胺，羟基，酚，羰基，和硫羟基，其可以单独被保护，脱保护，和衍生化。在一个实施方案中，所述构架含有两个，三个，或四个具有正交和可靠化学原理的官能团。在一个实施方案中，所述构架具有三个官能团。在这样的实施方案中，所述三个官能团可以独立地选择自，例如，羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟基。所述构架可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，和类似部分。
含三个官能团的构架的一般结构可通过式1a表示 含四个官能团的构架的一般结构可通过式1b表示 在这些通式中R1可以是1-12、1-6或1-4个碳的烷基、取代烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、或类似的基团；并且F1、F2、F3或F4可以独立地是羧基、胺、羟基、酚、羰基、或硫羟基。F1、F2、F3或F4可以独立地是1-12、1-6或1-4个碳的烷基、取代的烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基，或被羧基、胺、羟基、酚、羰基、或硫羟基基团取代的无机基团。F3和/或F4可以缺失。
多种化合物符合描述构架的式和结构，包括氨基酸，和天然存在或合成化合物，这些化合物包括，例如，氧和硫官能团。所述化合物可以是外消旋的，旋光的或手性的。例如，所述化合物可以是天然的或合成的氨基酸，α-羟酸，硫代酸等。
用作构架的适合的分子包括天然或合成氨基酸，特别是在其侧链上具有官能团(例如，第三官能团)的氨基酸。氨基酸包括羧基和胺官能团。对于天然氨基酸而言，侧链官能团可以包括胺(例如，烷基胺，杂芳基胺)，羟基，酚，羧基，硫羟基，硫醚，或脒基基团。适合于用作构架的天然氨基酸包括，例如，丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸，天冬氨酸，谷氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺，半胱氨酸，赖氨酸，精氨酸，组氨酸。合成的氨基酸可包括天然存在的侧链官能团或合成的侧链官能团，其用烷基、取代的烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基和类似部分作为构架和用羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟基官能团来修饰或延伸天然氨基酸。适合的合成氨基酸包括β-氨基酸和天然氨基酸的同型(homo)或β相似物。在一个实施方案中，所述构架氨基酸可以是丝氨酸，苏氨酸，或酪氨酸，例如，丝氨酸或酪氨酸，例如酪氨酸。
尽管不对本发明构成限制，一个构架氨基酸，如丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸，和一个接头和两个识别元件可被看作，相对于构架的延伸碳链，一个识别元件在垂直方向而另一个在平伏方向。
所有天然存在和许多合成的氨基酸是可商购的。另外，这些氨基酸衍生化或被保护以适于与识别元件和/或接头偶联的反应的形式可以购买或通过已知方法制备(参见例如，Green，TW；Wuts，PGM(1999)，ProtectiveGroups in Organic Synthesis Third Edition，Wiley-Interscience，纽约，第779页；Bodanszky，M.；Bodanszky，A.(1994)，The Practice of Peptide Synthesis第二版，Springer-Verlag，纽约，第217页)。
构架的实施方案构架可以是或可以包含多种化合物或亚结构的任一种。例如，构架可以是或可以包含氨基酸(天然的或合成的)、二肽、单糖、二糖、另一糖类、它们的混合物或组合等；催化部分诸如辅酶、金属、金属络合物等；多至2000个碳原子(例如，多至48个碳原子)的聚合物，例如，聚醚、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、或类似的聚合物；α-羟酸，硫代酸；酶抑制剂(例如，蛋白酶抑制剂(诸如胃蛋白酶抑制剂)、抑制素等)，受体拮抗剂(例如，苯二氮杂)，受体激动剂，药物，肽激素；天然产物，代谢途径(例如，糖酵解、柠檬酸循环、光合作用、糖生成、线粒体电子转运、氧化磷酸化、生物合成途径、分解代谢途径等)的初始原料、中间产物或终产物；它们的混合物或组合等。构架可以是天然存在的或合成的化合物；可以是外消旋的，旋光的，或手性的；可以包括任何被明确描述过的结构的位置异构体；或可以包含在构象上被限制的官能团。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种单糖。任何多种天然存在或合成的单糖都可被用作结构单元。适合的单糖包括吡喃糖和呋喃糖，如葡萄糖、果糖、核酮糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖等；赤癣糖，苏糖等；肌醇等；氨基糖，如鼠李糖、岩藻糖、葡糖胺、半乳糖胺等；醛糖酸和糖醛酸，如葡糖酸、葡糖醛酸、葡糖二酸等；包含这些单糖的糖苷；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种二糖。多种天然存在或合成的二糖中的任一种都可被用作结构单元。适合的二糖包括含有以上所列单糖的二糖或寡糖。这些二糖包括蔗糖、棉子糖、龙胆三糖、纤维二糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、龙胆二糖、meliobiose等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一种糖类。多种天然存在或合成的糖的任一种都可被用作结构单元。适合的糖包括纤维素、几丁质、淀粉、糖原、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质、肝素、糖蛋白等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或其包含一个催化部分。多种天然存在或合成的催化部分的任一种都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的催化部分包括辅酶、金属、金属络合物、原亲核体、原亲电子体、原还原剂、原氧化剂、普通酸性催化剂、普通碱性催化剂，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含一个与金属结合或络合的部分。任何多种天然存在或合成的与金属结合或络合的部分都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的与金属结合或络合的部分包括合成的和天然存在的卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素和正铁血红素)、粪卟啉、四苯卟啉、八乙基卟啉等)，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，硒代半胱氨酸，硒代甲硫氨酸，铁蛋白；天然存在或合成的镁、锌、铜、铬、铁、钴、铝(例如，Al3+)、钛(例如，Ti4+)等的复合物；它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含辅酶(也可以称为辅基或辅因子)。多种天然存在或合成的辅酶的任一种都可被用作结构单元或可以是结构单元上的一部分。适合的辅酶包括烟酰胺辅酶(例如，NAD、NADH、NADP、NADPH等)，黄素化合物(例如，FAD、FADH2、FMN、FMNH2)，硫辛酸(例如，氧化的或还原的硫辛酸)，谷胱甘肽(例如，氧化的或还原的谷胱甘肽)，抗坏血酸，醌(例如，泛醌、维生素K等)，卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素或正铁血红素)、粪卟啉等)，核苷(例如，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶)，核苷酸(例如AMP、ADP、ATP、GMP、GDP、GTP、CMP、CDP、CTP、TMP、TDP、TTP、UMP、UDP、UTP)，磷酸甘油酯，生物素(例如，生物素或羧基生物素)，吡哆醛(例如磷酸吡哆醛、吡哆醛、吡哆胺、磷酸吡哆胺或它们的希夫碱)，氧代戊二酸(例如，2-氧代戊二酸)，辅酶A，肉碱，叶酸(例如，四氢叶酸、5-甲酰四氢叶酸、10-甲酰四氢叶酸、5，10-次甲基四氢叶酸、5，10-亚甲基四氢叶酸、5-羟甲基四氢叶酸、5-亚胺甲基四氢叶酸等)，腺苷高半胱氨酸，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，3’，5’-二磷酸腺苷，二磷酸硫胺素，铁蛋白，它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含多至2000个碳原子(例如，多至48个碳原子)的聚合物。这样的聚合物可以是天然存在的或合成的。适合的聚合物包括聚醚或类似聚合物，诸如PEG、聚乙烯亚胺、聚丙烯酸酯(例如，取代的聚丙烯酸酯)，它们的盐，它们的混合物或组合等。适合的PEGs包括PEG 1500直至PEG 20,000，例如，PEG 1450、PEG 3350、PEG 4500、PEG 8000、PEG 20,000等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含二肽。以任意顺序含有20种天然氨基酸的400个二肽的任一种都可用作结构单元。适合的二肽包括胞壁酰二肽等。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含治疗性或药理学活性剂。适合的治疗性或药理学活性剂包括硝酸盐、氧化氮、氧化氮促进剂、氧化氮供体、双嘧达莫、或另一种血管舒张剂；HYTRIN或另一种抗高血压剂；糖蛋白IIb/IIIa抑制剂(阿昔单抗)或另一种表面糖蛋白受体抑制剂；阿斯匹林，噻氯匹定，氯吡格雷或另一种抗血小板剂；秋水仙素或另一种抗有丝分裂剂或另一种微管抑制剂；类视黄醇或另一种抗分泌剂；松胞素或另一种肌动蛋白抑制剂；甲氨喋呤或另一种抗代谢或抗增殖剂；柠檬酸他莫昔芬，TAXOL，紫杉醇，或其衍生物，雷帕霉素，长春碱，长春新碱，长春瑞滨，鬼臼乙叉甙，替尼泊苷(tenopiside)，更生霉素(放线菌素D)，柔红霉素，多柔比星，伊达比星，蒽环霉素，米托蒽醌，博来霉素，普卡霉素(普卡霉素)，丝裂霉素，氮芥，环磷酰胺及其相似物，苯丁酸氮芥，氮丙定，甲基密胺，烷基磺酸盐(例如，白消安)，亚硝基脲(卡莫司汀等)，链佐星，甲氨喋呤(用于许多适应征)，氟尿嘧啶，5-氟脱氧尿苷，阿糖胞苷，巯嘌呤，硫鸟嘌呤，喷司他丁，2-氯脱氧腺苷，顺铂，卡铂，丙卡巴肼，羟基脲，或其它抗癌化疗剂；环孢菌素，他克莫司(FK-506)，硫唑嘌呤，麦考酚酸莫酯，mTOR抑制剂，或其它免疫抑制剂；氢化可的松，可的松，地塞米松，地塞米松磷酸钠，醋酸地塞米松，地塞米松衍生物，倍他米松，氟氢可的松，泼尼松，泼尼松龙，6U-甲泼尼龙，曲安西龙(例如曲安奈德)，或另一种类固醇药剂；曲匹地尔(PDGF拮抗剂)；多巴胺，甲磺酸溴隐亭，甲磺酸培高利特，或另一种多巴胺激动剂；卡托普利，依那普利或另一种血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂；血管紧张素受体阻断剂；抗坏血酸，α生育酚，去铁胺，21-氨基类固醇(lasaroid)或另一种自由基清除剂，铁螯合剂或抗氧化剂；雌激素或另一种性激素；AZT或另一种抗聚合酶；阿昔洛韦，泛昔洛韦，盐酸金刚乙胺，更昔洛韦钠，诺韦，佳西患，α-甲基-1-金刚烷甲胺，羟基-乙氧基甲基鸟嘌呤，金刚烷胺，5-碘代-2’-脱氧尿苷，三氟胸苷，阿糖腺苷，或另一种抗病毒剂；5-氨基乙酰丙酸，间-四羟基苯基二氢卟酚，十六氟锌酞菁，四甲基血卟啉，罗丹明123或其它光动力学治疗剂；PROSCAR，HYTRIN或其它治疗良性前列腺增生(BHP)的试剂；米托坦，氨鲁米特，breveldin，乙酰氨基苯酚，依托度酸(etodalac)，托美丁，酮咯酸，布洛芬及衍生物，甲芬那酸，甲氯芬那酸，吡罗昔康，替诺昔康，保泰松，羟布宗，萘丁美酮，金诺芬，金硫葡糖，金硫丁二钠，这些中任何的混合物，或这些中任何的衍生物。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含抗生素。抗生素的实例包括青霉素，四环素，氯霉素，二甲胺四环素，多西环素，万古霉素，杆菌肽，卡那霉素，新霉素，庆大霉素，红霉素和头孢菌素类。头孢菌素类的实例包括头孢噻吩，头孢匹林，头孢唑林，头孢氨苄，头孢拉定，头孢羟氨苄，头孢孟多，头孢西丁，头孢克洛，头孢呋辛，头孢尼西，头孢雷特，头孢噻肟，拉氧头孢，头孢唑肟，头孢曲松，和头孢哌酮。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含酶抑制剂。适合的酶抑制剂包括依酚氯铵，N-甲基毒扁豆碱，溴新斯的明，硫酸毒扁豆碱，盐酸他克林，他克林，1-羟基马来酸盐(酯)，碘代杀结核菌素，对-溴四咪唑，10-(α-二乙基氨基丙酰)-吩噻嗪盐酸盐，卡米达佐氯，宓胆碱-3，3，5二硝基邻苯二酚-1，二酰基甘油激酶抑制剂I，二酰基甘油激酶抑制剂II，3-苯基炔丙基胺(aminie)，N-一甲基-L-醋酸精氨酸，卡比多巴，3-羟基苄基肼盐酸，盐酸肼屈嗪，盐酸氯吉兰，L(-)盐酸司来吉兰，D(+)盐酸司来吉兰，盐酸羟胺，磷酸异丙烟肼，6-MeO-四氢-9H-吡啶并-吲哚，尼亚拉胺，盐酸帕吉林，盐酸米帕林，盐酸氨基脲，盐酸反苯环丙胺，N，N-二乙基氨基乙基-2，2-二-苯基戊酸盐(酯)盐酸盐，3-异丁基-1-甲基苍耳烷(xanthne)，盐酸罂粟碱，吲哚美辛(indomethacind)，2-环辛基-2-羟乙胺盐酸盐，2，3-二氯-α-甲基苄胺(DCMB)，8，9-二氯-2，3，4，5-四氢-1H-2-苯并氮杂盐酸盐，p-氨鲁米特，p-氨鲁米特酒石酸盐R(+)，p-氨鲁米特酒石酸盐S(-)，3-碘代酪氨酸，α-甲基酪氨酸L(-)，α-甲基酪氨酸D(-)，cetazolamide，双氯非那胺，6-羟基-2-苯并噻唑氨磺酰，别嘌呤醇等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含信号元件，该信号元件在测试配体与受体结合时产生可检测的信号。在一个实施方案中，信号元件可产生光信号或电化学信号。适合的光信号包括化学发光或荧光。该信号元件可以是荧光部分。荧光分子可以是通过结合人工受体而被猝灭的荧光分子。例如，信号元件可以是只有当结合发生时才发荧光的分子。适合的电化学信号元件包括产生电流或电压的那些。适合的电化学信号元件包括酚类和苯胺类，如相互间邻位或对位定向取代的那些，多核芳烃，硫化物-二硫化物，硫化物-亚砜-砜，多烯，聚烯炔等。适合的电化学信号元件包括醌类和二茂铁类。
识别元件可以选择识别元件以便为结构单元提供一种或多种结构特性。识别元件作为人工受体一部分可以与配体相互作用。例如，所述识别元件可以提供一种或多种结构特性，如正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。识别元件可以是小基团或者它可以是庞大的。
在一个实施方案中，识别元件可以是1-12，1-6，或1-4个碳原子的烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基或类似基团。所述识别元件可以被包括或赋予正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等的基团取代。
识别元件的实施方案(例如，在水性组合物中的中性pH下)具有正电荷的识别元件包括胺类，季铵部分，锍，磷鎓，二茂铁等。适当的胺包括烷基胺，烷基二胺，杂烷基胺，芳基胺，杂芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，肼等。烷基胺通常含有1-12个碳，优选1-8个，环可以含有3-12个碳，优选3-8个。适当的烷基胺包括式B9的烷基胺。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。任何一种胺可以用作季铵化合物。另外的适当的季铵部分包括三甲基烷基季铵部分，二甲基乙基烷基季铵部分，二甲基烷基季铵部分，芳烷基季铵部分，吡啶鎓季铵部分等。
(例如在水性组合物中的中性pH下)具有负电荷的识别元件包括羧酸酯，被强吸电子基团取代的酚类(例如，取代的四氯酚)，磷酸酯，膦酸酯，亚膦酸酯，硫酸酯，磺酸酯，硫代羧酸酯和异羟肟酸。适当的羧酸酯包括羧酸烷基酯，羧酸芳基酯，和羧酸芳烷基酯。适当的磷酸酯包括磷酸单、二和三酯，和磷酸单、二和三酰胺。适当的膦酸酯包括膦酸单和二酯，和膦酸单和二酰胺(例如膦酸酰胺)。适当的亚膦酸酯包括亚膦酸酯和酰胺。
(在水性组合物中的中性pH下)具有负电荷和正电荷的识别元件包括亚砜，甜菜碱，和氧化胺。
酸性识别元件可以包括羧酸酯，磷酸酯，硫酸酯，和酚类。适当的酸性羧酸酯包括硫代羧酸酯。适当的酸性磷酸酯包括以上所列磷酸酯。
碱性识别元件包括胺类。适当的碱性胺类包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，和以上所列的任何另外的胺。适当的烷基胺包括式B9的烷基胺。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。
包括氢键供体的识别元件包括胺类，酰胺，羧基，质子化的磷酸酯，质子化的膦酸酯，质子化的亚膦酸酯，质子化的硫酸酯，质子化的亚磺酸酯，醇类和硫醇类。适当的胺包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，脲和以上所列的任何其它胺。适当的烷基胺包括式B9的那些。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。适当的质子化的羧酸酯，质子化的磷酸酯包括以上所列那些。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇(例如酚类)。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。
包括氢键受体或一个或多个自由电子对的识别元件包括胺类，酰胺，羧酸酯，羧基，磷酸酯，膦酸酯，亚膦酸酯，硫酸酯，磺酸酯，醇类，醚类，硫醇类和硫醚。适当的胺包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，脲和以上所列胺。适当的烷基胺包括式B9的那些。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。适当的羧酸酯包括以上所列那些。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的磷酸酯，膦酸酯和亚膦酸酯包括以上所列的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇，和以上所列的那些。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。适当的醚包括烷基醚，芳烷基醚。适当的烷基醚包括式A6的那些。适当的芳烷基醚包括式A4的那些。适当的硫醚包括式B6的那些。
包括不带电的极性或亲水基团的识别元件包括酰胺类，醇类，醚类，硫醇类，硫醚类，酯类，硫酯类，硼烷类，硼酸盐，和金属络合物。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇，和以上所列的那些。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。适当的醚包括上述所列的那些。适当的醚包括式A6的那些。适当的芳烷基醚包括式A4的那些。
包括不带电的疏水基团的识别元件包括烷基(取代和未取代的)，链烯烃(共轭和非共轭)，炔烃(共轭和非共轭)，芳香族。适当的烷基包括低级烷基，取代烷基，环烷基，芳烷基，和杂芳烷基。适当的低级烷基包括式A1，A3，A3a和B1的那些。适当的芳烷基包括式A3，A3a，A4，B3，B3a和B4的那些。适当的烷基环烷基包括式B2的那些。适当的链烯基包括低级链烯基和芳基链烯基。适当的芳基链烯基包括式B4的那些。适当的芳族基团包括未取代的芳基，杂芳基，取代的芳基，芳烷基，杂芳烷基，烷基取代的芳基，和多芳香烃。适当的芳烷基包括式A3，A3a和B4的那些。适当的烷基杂芳基包括式A5和B5的那些。
间隔(例如，小)识别元件包括氢，甲基，乙基等。大体积的识别元件包括7个或更多碳或杂原子。
式A1-A9和B1-B9为CH2CH3A1CH2CH(CH3)2A2
CH2CH2-O-CH3A6CH2CH2-OH A7CH2CH2-NH-C(O)CH3A8 CH3B1
CH2-S-CH3B6CH2CH(OH)CH3B7CH2CH2C(O)-NH2B8CH2CH2CH2-N-(CH3)2B9按照标准参考，这些A和B识别元件可以称为以下各项的衍生物A1，乙胺；A2，异丁胺；A3，苯乙胺；A4，4-甲氧基苯乙胺；A5，2-(2-氨乙基)吡啶；A6，2-甲氧基乙胺；A7，乙醇胺；A8，N-乙酰基乙二胺；A9，1-(2-氨乙基)吡咯烷；B1，乙酸，B2，环戊基丙酸；B3，3-氯苯乙酸；B4，肉桂酸；B5，3-吡啶丙酸；B6，(甲硫基)乙酸；B7，3-羟丁酸；B8，琥珀酰胺酸；和B9，4-(二甲氨基)丁酸。
在一个实施方案中，识别元件包括一种或多种由式A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，和/或A9(A识别元件)和/或B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，和/或B9(B识别元件)表示的结构。在一个实施方案中，每个结构单元包括A识别元件和B识别元件。在一个实施方案中，一组81个这种结构单元包括81种A识别元件与B识别元件独特的(unique)组合的每一个。在一个实施方案中，A识别元件在悬垂位置与构架连接。在一个实施方案中，B识别元件在平伏位置与构架连接。在一个实施方案中，A识别元件在悬垂位置与构架连接，B识别元件在平伏位置与构架连接。
尽管不对本发明限制，认为A和B识别元件代表多肽受体所采用的官能团和几何构型的分类。尽管不对本发明限制，认为A识别元件代表6个有利的官能团或构型，将官能团增加至数个芳基增加了可能的结合相互作用的范围。尽管不对本发明限制，认为B识别元件代表6个有利的官能团，但处于不同于A识别元件所采用的构型。尽管不对本发明限制，另外认为这增加了结合相互作用的范围和进一步扩展了结构单元分子构型所用的官能团和构型的范围。
在一个实施方案中，包括A和B识别元件的结构单元可以视为占有由亲脂性/亲水性和体积限定的结合空间。对于每个包括不同A和B识别元件的结构单元可以(使用已知方法)计算体积。对于包括不同A和B识别元件的每个结构单元可以(使用已知方法)计算亲脂性/亲水性(logP)的大小。LogP负值显示对水的亲合性优于非极性有机溶剂，显示亲水的性质。然后将体积对logP作图可以显示结构单元在整个由大小和亲脂性/亲水性限定的结合空间内的分布。
形成许多识别元件的试剂可商购。例如，形成识别元件A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，A9B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，和B9的试剂可商购。
识别元件的另外的实施方案识别元件可以是或可以包含多种化合物或亚结构的任一种。例如，识别元件可以是或可以包含氨基酸(天然的或合成的)、二肽、单糖、二糖、另一糖类、它们的混合物或组合等；催化部分诸如辅酶、金属、金属络合物等；多至2000个碳原子(例如，多至48个碳原子)的聚合物，例如，聚醚、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、或类似的聚合物；α-羟酸，硫代酸；酶抑制剂(例如，蛋白酶抑制剂(如胃蛋白酶抑制剂)、抑制素等)，受体拮抗剂(例如，苯并二氮杂)，受体激动剂，药物，肽激素；天然产物，代谢途径(例如，糖酵解、柠檬酸循环、光合作用、糖生成、线粒体电子转运、氧化磷酸化、生物合成途径、分解代谢途径等)的初始原料、中间产物或终产物；它们的混合物或组合等。结构单元可以是天然存在的或合成的化合物；可以是外消旋的，旋光的，或非手性的；可以包括任何被明确描述过的结构的位置异构体；或可以包含构象限制性官能团。
在一个实施方案中，识别元件是或包含一种单糖。多种天然存在或合成的单糖的任一种都可被用作识别元件。适合的单糖包括吡喃糖和呋喃糖，如葡萄糖、果糖、核酮糖、阿洛糖、阿卓糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、塔罗糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖等；赤癣糖，苏糖等；肌醇等；氨基糖，如鼠李糖、岩藻糖、葡糖胺、半乳糖胺等；醛糖酸和糖醛酸，如葡糖酸、葡糖醛酸、葡糖二酸等；包含这些单糖的糖苷；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，识别元件是或其包含二糖。多种天然存在或合成的二糖中的任一种都可被用作结构单元。适合的二糖包括含有以上所列单糖的二糖或寡糖。这些二糖包括蔗糖、棉子糖、龙胆三糖、纤维二糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖、龙胆二糖、meliobiose；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，识别元件是或其包含糖类。多种天然存在或合成的糖的任一种都可被用作识别元件。适合的糖包括纤维素、几丁质、淀粉、糖原、透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质、肝素、糖蛋白等；它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，识别元件是或包含催化部分。多种天然存在或合成的催化部分的任一种都可被用作识别元件或可以是识别元件上的一部分。适合的催化部分包括辅酶、金属、金属络合物、原亲核体、原亲电子体、原还原剂、原氧化剂、普通酸性催化剂、普通碱性催化剂，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，识别元件是或包含与金属结合或络合的部分。多种天然存在或合成的与金属结合或络合的部分的任一种都可被用作识别元件或可以是识别元件上的一部分。适合的与金属结合或络合的部分包括合成的和天然存在的卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素或正铁血红素)、粪卟啉、四苯卟啉、八乙基卟啉等)，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，硒代半胱氨酸，硒代甲硫氨酸，铁蛋白；天然存在或合成的镁、锌、铜、铬、铁、钴、铝(例如，Al3+)、钛(例如，Ti4+)等的络合物；它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，识别元件是或包含辅酶(也可以称为辅基或辅因子)。多种天然存在或合成的辅酶的任一种都可被用作识别元件或可以是识别元件上的一部分。适合的辅酶包括烟酰胺辅酶(例如，NAD、NADH、NADP、NADPH等)，黄素化合物(例如，FAD、FADH2、FMN、FMNH2)，硫辛酸(例如，氧化的或还原的硫辛酸)，谷胱甘肽(例如，氧化的或还原的谷胱甘肽)，抗坏血酸，醌(例如，泛醌、维生素K等)，卟啉(例如，本卟啉、中卟啉、原卟啉(例如，血红素或正铁血红素)、粪卟啉等)，核苷(例如，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶)，核苷酸(例如AMP、ADP、ATP、GMP、GDP、GTP、CMP、CDP、CTP、TMP、TDP、TTP、UMP、UDP、UTP)，磷酸甘油酯，生物素(例如，生物素或羧基生物素)，吡哆醛(例如磷酸吡哆醛、吡哆醛、吡哆胺、磷酸吡哆胺或它们的希夫碱)，氧代戊二酸(例如，2-氧代戊二酸)，辅酶A，肉碱，叶酸(例如，四氢叶酸、5-甲酰四氢叶酸、10-甲酰四氢叶酸、5，10-次甲基四氢叶酸、5，10-亚甲基四氢叶酸、5-羟甲基四氢叶酸、5-亚胺甲基四氢叶酸等)，腺苷高半胱氨酸，钴胺辅酶(例如，辅酶B12、钴胺素诸如甲基钴胺素，或类似物质)，3，5-二磷酸腺苷，二磷酸硫胺素，铁蛋白，它们的盐，它们的混合物或组合等。
在一个实施方案中，本发明的识别元件可以是或可以包含亲脂部分。适合的亲脂部分包括一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，它们含有，例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，它们含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳香烃部分；环烷或取代烷部分，其所含碳原子数如链中所述；它们的组合或混合物等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸盐(酯)等；或类似物质。
适合的识别元件包括羧酸(例如，单羧酸盐(酯)和二羧酸盐(酯))，其羧酸盐(酯)添加在亲脂部分，如一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，它们含有，例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，它们含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；或类似物质。这些羧酸包括花生四烯酸、亚油酸、亚麻酸、油酸等。这些羧酸可通过与支持体之间的共价键合或静电相互作用而固定于支持体上。
适合的识别元件包括羧酸(例如，单羧酸盐(酯)和二羧酸盐(酯))，其羧酸盐(酯)添加在有机基上，如一个或多个支链或直链C2-8烷基、芳烷基、链烯基、炔基等。这些羧酸可包含取代的芳基部分(例如苯基或萘基部分)。这些羧酸包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、苯甲酸等。这些羧酸可通过羧酸(盐/酯)与支持体或平层之间的共价键合或静电相互作用而固定于支持体上。
在一个实施方案中，识别元件是或包含氨基酸。适合的氨基酸包括天然或合成的氨基酸。氨基酸包括羧基和胺官能团。在它们的侧链上，氨基酸还可以包含一个部分，所述部分具有正电荷、负电荷、酸、碱、电子受体、电子供体、氢键供体、氢键受体、自由电子对、π电子、电荷极化、亲水性、或疏水性中的一个或多个。适合的氨基酸包括侧链上有官能团的那些。侧链官能团可包括，对于天然氨基酸而言，胺(例如，烷基胺、杂芳胺)、羟基、酚、羧基、硫羟基、硫醚基或脒基基团。
任何天然氨基酸都可被用作识别元件。天然氨基酸包括脂族氨基酸(例如，丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、和异亮氨酸)，羟基氨基酸(例如，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸)，二羧酸(例如，谷氨酸和天冬氨酸)，酰胺(例如谷氨酰胺和天冬酰胺)，具有碱性侧链的氨基酸(例如赖氨酸、羟赖氨酸、组氨酸、和精氨酸)，芳香族氨基酸(例如，组氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、和四碘甲腺原氨酸)，含硫氨基酸(例如，半胱氨酸、胱氨酸和甲硫氨酸)，亚氨基酸(例如脯氨酸和羟脯氨酸)。适合用作识别元件的天然氨基酸包括，例如，丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、半胱氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸。
合成的氨基酸可包括天然存在的侧链官能团或合成的侧链官能团，后者用作为构架的烷基、取代烷基、环烷基、杂环、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基和类似部分和羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟官能团来修饰或延伸天然氨基酸。优选的合成氨基酸包括β-氨基酸和天然氨基酸的同型或β相似物。
在一个实施方案中，结构单元是或包含二肽。以任意顺序含有20种天然氨基酸的400个二肽的任一种都可用作结构单元。适合的二肽包括胞壁酰二肽等。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含治疗性或药理学活性剂。适合的治疗性或药理学活性剂包括硝酸盐、氧化氮、氧化氮促进剂、氧化氮供体、双嘧达莫、或另一种血管舒张剂；HYTRIN或另一种抗高血压剂；糖蛋白IIb/IIIa抑制剂(阿昔单抗)或另一种表面糖蛋白受体抑制剂；阿斯匹林，噻氯匹定，氯吡格雷或另一种抗血小板剂；秋水仙素或另一种抗有丝分裂剂或另一种微管抑制剂；类视黄醇或另一种抗分泌剂；松胞素或另一种肌动蛋白抑制剂；甲氨喋呤或另一种抗代谢或抗增殖剂；柠檬酸他莫昔芬，TAXOL，紫杉醇，或其衍生物，雷帕霉素，长春碱，长春新碱，长春瑞滨，鬼臼乙叉甙，替尼泊苷(tenopiside)，更生霉素(放线菌素D)，柔红霉素，多柔比星，伊达比星，蒽环霉素，米托蒽醌，博来霉素，普卡霉素(普卡霉素)，丝裂霉素，氮芥，环磷酰胺及其相似物，苯丁酸氮芥，氮丙定，甲基密胺，烷基磺酸盐(例如，白消安)，亚硝基脲(卡莫司汀等)，链佐星，甲氨喋呤(用于许多适应征)，氟尿嘧啶，5-氟脱氧尿苷，阿糖胞苷，巯嘌呤，硫鸟嘌呤，喷司他丁，2-氯脱氧腺苷，顺铂，卡铂，丙卡巴肼，羟基脲，或其它抗癌化疗剂；环孢菌素，他克莫司(FK-506)，硫唑嘌呤，麦考酚酸莫酯，mTOR抑制剂，或其它免疫抑制剂；氢化可的松，可的松，地塞米松，地塞米松磷酸钠，醋酸地塞米松，地塞米松衍生物，倍他米松，氟氢可的松，泼尼松，泼尼松龙，6U-甲泼尼龙，曲安西龙(例如曲安奈德)，或另一种类固醇药剂；曲匹地尔(PDGF拮抗剂)；多巴胺，甲磺酸溴隐亭，甲磺酸培高利特，或另一种多巴胺激动剂；卡托普利，依那普利或另一种血管紧张素转化酶(ACE)抑制剂；血管紧张素受体阻断剂；抗坏血酸，α生育酚，去铁胺，21-氨基类固醇(lasaroid)或另一种自由基清除剂，铁螯合剂或抗氧化剂；雌激素或另一种性激素；AZT或另一种抗聚合酶；阿昔洛韦，泛昔洛韦，盐酸金刚乙胺，更昔洛韦钠，诺韦，佳西患，α-甲基-1-金刚烷甲胺，羟基-乙氧基甲基鸟嘌呤，金刚烷胺，5-碘代-2’-脱氧尿苷，三氟胸苷，阿糖腺苷，或另一种抗病毒剂；5-氨基乙酰丙酸，间-四羟基苯基二氢卟酚，十六氟锌酞菁，四甲基血卟啉，罗丹明123或其它光动力学治疗剂；PROSCAR，HYTRIN或其它治疗良性前列腺增生(BHP)的试剂；米托坦，氨鲁米特，breveldin，乙酰氨基苯酚，依托度酸(etodalac)，托美丁，酮咯酸，布洛芬及衍生物，甲芬那酸，甲氯芬那酸，吡罗昔康，替诺昔康，保泰松，羟布宗，萘丁美酮，金诺芬，金硫葡糖，金硫丁二钠，这些中任何的混合物，或这些中任何的衍生物。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含抗生素。抗生素的实例包括青霉素，四环素，氯霉素，二甲胺四环素，多西环素，万古霉素，杆菌肽，卡那霉素，新霉素，庆大霉素，红霉素和头孢菌素类。头孢菌素类的实例包括头孢噻吩，头孢匹林，头孢唑林，头孢氨苄，头孢拉定，头孢羟氨苄，头孢孟多，头孢西丁，头孢克洛，头孢呋辛，头孢尼西，头孢雷特，头孢噻肟，拉氧头孢，头孢唑肟，头孢曲松，和头孢哌酮。
在一个实施方案中，结构单元可以是或可以包含酶抑制剂。适合的酶抑制剂包括依酚氯铵，N-甲基毒扁豆碱，溴新斯的明，硫酸毒扁豆碱，盐酸他克林，他克林，1-羟基马来酸盐(酯)，碘代杀结核菌素，对-溴四咪唑，10-(α-二乙基氨基丙酰)-吩噻嗪盐酸盐，卡米达佐氯，宓胆碱-3，3，5二硝基邻苯二酚-1，二酰基甘油激酶抑制剂I，二酰基甘油激酶抑制剂II，3-苯基炔丙基胺(aminie)，N-一甲基-L-醋酸精氨酸，卡比多巴，3-羟基苄基肼盐酸，盐酸肼屈嗪，盐酸氯吉兰，L(-)盐酸司来吉兰，D(+)盐酸司来吉兰，盐酸羟胺，磷酸异丙烟肼，6-MeO-四氢-9H-吡啶并-吲哚，尼亚拉胺，盐酸帕吉林，盐酸米帕林，盐酸氨基脲，盐酸反苯环丙胺，N，N-二乙基氨基乙基-2，2-二-苯基戊酸盐(酯)盐酸盐，3-异丁基-1-甲基苍耳烷(xanthne)，盐酸罂粟碱，吲哚美辛(indomethacind)，2-环辛基-2-羟乙胺盐酸盐，2，3-二氯-α-甲基苄胺(DCMB)，8，9-二氯-2，3，4，5-四氢-1H-2-苯并氮杂盐酸盐，p-氨鲁米特，p-氨鲁米特酒石酸盐R(+)，p-氨鲁米特酒石酸盐S(-)，3-碘代酪氨酸，α-甲基酪氨酸L(-)，α-甲基酪氨酸D(-)，cetazolamide，双氯非那胺，6-羟基-2-苯并噻唑氨磺酰，别嘌呤醇等。
在一个实施方案中，结构单元是或包含信号元件，该信号元件在测试配体与受体结合时产生可检测的信号。在一个实施方案中，信号元件可产生光信号或电化学信号。适合的光信号包括化学发光或荧光。该信号元件可以是荧光部分。荧光分子可以是通过结合人工受体而被猝灭的荧光分子。例如，信号元件可以是只有当结合发生时才发荧光的分子。适合的电化学信号元件包括产生电流或电压的那些。适合的电化学信号元件包括酚类和苯胺类，如相互间邻位或对位定向取代的那些，多核芳烃，硫化物-二硫化物，硫化物-亚砜-砜，多烯，聚烯炔等。适合的电化学信号元件包括醌类和二茂铁类。
接头选择接头以提供结构单元与支持体的适合偶联。构架可以作为人工受体的部分与配体相互作用。接头还可以提供体积，距支持体的距离，疏水性，亲水性，和类似结构特性给结构单元。将结构单元与支持体偶联可以采用共价结合或非共价相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间的相互作用，氢键键合，范德华相互作用等。在一个实施方案中，所述接头包括可以参与共价键合或非共价相互作用的部分。在一个实施方案中，所述接头包括可以参与共价键合的部分。适合的用于形成共价键和可逆的共价键的基团在上文描述。
用于可逆地固定结构单元的接头可以选择接头以提供支持体或平层上结构单元的适合的可逆的固定。在一个实施方案中，接头与构架上的官能团形成共价键。在一个实施方案中，接头还包含能够例如，通过可逆共价键合或非共价相互作用，可逆地与支持体或平层相互作用的官能团。
在一个实施方案中，所述接头包含一个或多个能参与可逆共价键合的部分。对于可逆共价键合的适合基团包括以上所述的那些。人工受体可以包含通过，例如，亚胺、乙缩醛、缩酮、二硫化物、酯或类似的键可逆固定于支持体或平层上的结构单元。这些官能团能够参与可逆的共价键合。这些官能团可称作共价键合部分，例如，第二共价键合部分。
在一个实施方案中，所述接头可以被能参与非共价相互作用的部分所官能化。例如，所述接头可以包含官能团诸如离子基团、能形成氢键的基团、或能参与范德华或其它疏水相互作用的基团。这些官能团可以包括阳离子基团、阴离子基团、脂族基团、两性基团等。
在一个实施方案中，本发明的方法和组合物可以应用含带电荷部分(例如，第二带电荷部分)的接头。适合的带电荷部分包括带正电荷的部分和带负电荷的部分。适合的带正电荷的部分包括胺、季铵部分，锍，磷鎓，二茂铁等。适合的带负电荷的部分(例如，在中性pH下的水性组合物中)包括羧酸盐，被强吸电子基团取代的酚(例如，四氯酚)，磷酸盐，膦酸盐，亚膦酸盐，硫酸根，磺酸酯，硫代羧酸酯和异羟肟酸。
在一个实施方案中，本发明的方法和组成可应用含可以进行氢键结合的基团(例如，第二氢键结合基团)作为供体或受体的接头。例如，所述接头可以包含一个或多个羧基、胺基、羟基、羰基，等。离子基团也可参与氢键结合。
在一个实施方案中，本发明的方法和组成可以应用包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)的接头。适合的亲脂部分包括一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，含有例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，含有例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基)；聚芳烃部分；环烷或取代烷部分，其所含碳原子数如对于链所述；它们的组合或混合物；等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸酯等；等等。在一个实施方案中，所述接头包括或就是脂质，诸如磷脂。在一个实施方案中，亲脂部分包括或就是12个碳原子的脂族部分。
在一个实施方案中，接头包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)和共价键合部分(例如，第二共价键合部分)。在一个实施方案中，接头包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)和带电荷部分(例如，第二带电荷部分)。
在一个实施方案中，所述接头与构架上的醇、酚、硫羟基、胺、羰基或类似基团形成或被视作形成共价键。在与构架结合的键和参与与支持体或平层可逆相互作用的或由其形成的基团之间，接头可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环基，取代的杂环基，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
例如，适合的接头可以包括参与和构架结合的键或由其形成的官能团，参与和支持体或平层可逆相互作用的或由其形成的官能团或基团，和接头主链部分。所述接头主链部分可以包含约4到约48个碳或杂原子，约8到约14个碳或杂原子，约12到约24个碳或杂原子，约16到约18个碳或杂原子，约4到12个碳或杂原子，约4到约8个碳或杂原子，等。接头主链可以包含烷基、取代烷基、环烷基、杂环、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、乙氧或丙氧低聚物、糖苷、它们的混合物或类似部分。
在一个实施方案中，接头包含亲脂部分，参与和构架结合的键或由其形成的官能团，和任选地，一个或多个形成可逆共价键、氢键、或离子相互作用的部分。在这样的实施方案中，所述亲脂部分可以含有约4到约48个碳原子、约8到约14个碳原子、约12到约24个碳原子、约16到约18个碳原子等。在这样的实施方案中，接头可以包含约1到约8个可逆的键/相互作用部分或约2到约4个可逆的键/相互作用部分。适合的接头具有如(CH2)nCOOH的结构，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
接头的另外的实施方案可以选择接头以提供结构单元与支持体的适当共价偶联。构架作为人工受体一部分可以与配体相互作用。接头还可以为结构单元提供体积、与支持体的距离、疏水性、亲水性和类似的结构特性。在一个实施方案中，所述接头与构架上的官能团形成共价键。在一个实施方案中，在与支持体连接之前，所述接头还包括可以激活与或将与支持体上官能团反应的官能团。在一个实施方案中，一旦连接到支持体上，接头与支持体和构架形成共价键。
在一个实施方案中，接头与构架上的醇，酚，硫羟基，胺，羰基或类似基团形成或可以视为形成共价键。接头可以包括羧基，醇，酚，硫羟基，胺，羰基，马来酰亚胺，或，类似基团，其可以与支持体反应或被活化与支持体反应。在与构架结合的键和通过与支持体连接形成的基团之间，所述接头可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
所述接头可以包括良好的离去基团，其例如与烷基或芳基结合。所述离去基团足够“良好”而被构架上的醇，酚，硫羟基，胺，羰基，或类似基团所替代。这样的接头可以包括由式R-X表示的部分，其中X为离去基团，如卤素(例如，-Cl，-Br或-I)，甲苯磺酸盐(酯)，甲磺酸盐(酯)，三氟甲磺酸盐(酯)，且R为烷基，取代的烷基，环烷基，杂环基，取代的杂环基，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
适合的接头基团包括式(CH2)nCOOH的那些，其中n＝1-16，n＝2-8，n＝2-6，n＝3。形成适当接头的试剂可商购并包括多种具有正交官能度的试剂中的任何一种。
结构单元的另外的实施方案在一个实施方案中，结构单元可以由式2表示 其中RE1是识别元件1，RE2是识别元件2，而L是接头。X是缺失的，C＝O，CH2，NR，NR2，NH，NHCONH，SCONH，CH＝N，或OCH2NH。在某些实施方案中，X是缺失的或C＝O。Y是缺失的，NH，O，CH2，或NRCO。在某些实施方案中，Y是NH或O。在一个实施方案中，Y是NH。Z1和Z2可以独立地是CH2，O，NH，S，CO，NR，NR2，NHCONH，SCONH，CH＝N或OCH2NH。在一个实施方案中，Z1和/或Z2可以独立地是O。Z2是任选的。R2是H，CH3，或另一个能给予结构单元手性且大小与甲基相似或比其小的基团。R3是CH2；CH2-苯基；CHCH3；(CH2)n其中n＝2-3；或环烷基，其含有3-8个碳，例如，5-6个碳，苯基，萘基。在某些实施方案中，R3是CH2或CH2-苯基。
RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，B9，A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在某些实施方案中，RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，A9，B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。在某些实施方案中，RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在一个实施方案中，RE1可以是B2，B3a，B4，B5，B6，B7，或者B8。在一个实施方案中，RE2可以是A2，A3a，A4，A5，A6，A7，或者A8。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)，参与和构架或平层可逆相互作用或由其形成的官能团或基团(本文描述了这样的基团)，和接头主链部分。在一个实施方案中，接头主链部分是约4到约48个碳或杂原子的烷基、取代烷基、环烷基、杂环的、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、乙氧或丙氧低聚物、糖苷、或其混合物；或约8到约14个碳或杂原子，约12到约24个碳或杂原子，约16到约18个碳或杂原子，约4到12个碳或杂原子，约4到约8个碳或杂原子。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)和约4到约48个碳原子、约8到约14个碳原子、约12到约24个碳原子、约16到约18个碳原子的亲脂部分(本文描述了这样的基团)。在一个实施方案中，L还包含约1到约8个可逆的键/相互作用部分(本文描述了这样的基团)或约2到约4个可逆的键/相互作用部分。在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝1-16，n＝2-8，n＝4-6，或n＝3。
可以通过一般方案1所举例说明的方法来制备包含A和/或B识别元件，接头和氨基酸构架的结构单元。
包括系链(tether)的结构单元可将结构单元视为包括数种组分，诸如一种或多种构架，一种或多种接头，一种或多种识别元件，和/或一种或多种系链。所述构架可以共价偶联于其它结构单元组分的每一个。所述接头可以共价偶联于构架。所述接头可以通过共价，静电，氢键结合，范德华或类似相互作用的一个或多个偶联于支持体。识别元件可以共价偶联于构架。系链可以共价偶联于接头和构架。
在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，识别元件和系链。在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，系链和两种识别元件。可以选择构架用于官能团，其提供偶联于识别部分和偶联于或作为系链和/或接头部分。
在一个实施方案中，本发明涉及包括系链部分的结构单元。所述系链可以包括构架。所述系链部分可以提供在识别元件和固定结构单元的支持体或支架之间的间隔或距离。系链部分可以具有多种特性或性质中的任一种，所述特性或性质包括柔性，刚性或劲度，与另一个系链部分结合的能力等。所述系链部分可以包括接头。所述构架部分可以被想象为形成系链部分的全部或部分。
适合的系链部分可以包括聚乙二醇，聚酰胺，线性聚合物，肽，多肽，寡糖，多糖，半官能化的寡或聚甘氨酸。在一个实施方案中，所述系链是或包括多至2000个碳原子(例如，多至48个碳原子)的聚合物。这种聚合物可以是天然存在的或合成的。适合的聚合物包括聚醚或类似聚合物，诸如PEG，聚乙烯亚胺，聚丙烯酸酯(例如，取代的聚丙烯酸酯)，其盐，其混合物或组合等。适合的PEGs包括PEG 1500直至PEG 20,000，例如，PEG 1450，PEG 3350，PEG 4500，PEG 8000，PEG 20,000，等。
适合的系链部分可以包括一种或多种支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，含有例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，含有例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳香烃部分；环烷或取代的烷部分，其所含碳原子数如对于链所述；它们的组合或混合物；等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸盐(酯)等；等等。在一个实施方案中，亲脂部分包括或就是12个碳原子的脂族部分。
刚性系链部分可以包括构象限制性基团诸如亚胺，芳香族和聚芳香族基团。刚性系链部分可以包括一种或多种支链或直链C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，其含有例如，2到8个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，其含有例如，1到8个三键；含3到8个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳香烃部分；等。链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸盐(酯)等；等。刚性系链部分可以包括甾族化合物部分，诸如胆甾醇，咕啉或另一种卟啉，聚核芳香族部分，以金属离子固定的极性聚合物，等。
在一个实施方案中，刚性系链部分可以包括超过一种系链部分。例如，刚性系链部分可以包括多个疏水链，诸如在上面的段落和下面的段落中描述的那些。疏水链如果在支持体或支架上保持足够接近将，在疏水溶剂中，形成足够刚性的组以将一个或多个组的识别元件保持在适当的位置。在另一个实施方案中，刚性系链部分可以或者包括多种彼此交联的柔性系链部分。所述交联可以包括，例如共价结合，静电相互作用，氢键结合，或疏水相互作用。用于形成这些相互作用的基团在本文进行了公开。
柔性系链部分可以包括一种或多种支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，其含有例如，1到2个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，其含有例如，1到2个三键；含1到2个双键或三键的链；包含1-2个芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；环烷或取代的烷部分，其所含碳原子数如对于链所述；它们的组合或混合物；等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸盐(酯)等；等。在一个实施方案中，亲脂部分包括或就是12个碳原子的脂族部分。
在一个实施方案中，系链与构架上的醇，酚，硫羟基，胺，羰基，或类似基团形成或可以被视为形成共价键。在与构架结合的键和参与或通过与支持体或平层的相互作用形成的基团之间，所述接头可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷或类似部分。
适合的系链可以包括，例如参与或通过与构架的结合形成的官能团，官能团或参与或通过与支持体或平层的相互作用形成的基团，和系链主链部分。系链主链部分可以包括约8到约200个碳或杂原子，约12到约150个碳或杂原子，约16到约100个碳或杂原子，约16到约50个碳或杂原子，等。系链主链可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，其混合物，或类似部分。适合的系链具有结构诸如(CH2)nCOOH，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
系链可以作为人工受体的部分与配体相互作用。系链还可以提供体积，距支持体的距离，疏水性，亲水性，和类似结构特性给结构单元。在一个实施方案中，系链形成与构架上的官能团之间的共价键。在一个实施方案中，所述系链还包括可以，例如通过共价结合或非共价相互作用与系链或支持体或平层偶联的官能团。
在一个实施方案中，所述系链包括一种或多种用于与，例如另一个系链部分形成可逆共价键，氢键或离子相互作用的部分。例如，所述系链可以包括约1到约20个可逆键合/相互作用的部分或约2-约10个可逆键合/相互作用的部分。
在一个实施方案中，所述系链包括一种或多种可以参与可逆共价键合的部分。用于可逆共价键合的适合基团包括上面描述的那些。用于可逆共价键合的这些基团可以是在系链部分之间的连接的部分。所述系链-系链连接可以包括，例如，亚胺，缩醛，缩酮，二硫化物，酯或类似键。这些官能团可以参与可逆共价键合。这些官能团可以被称为共价键合部分。
在一个实施方案中，所述系链可以用可以参与非共价相互作用的部分进行官能化。例如，所述系链可以包括官能团诸如离子基团，可以氢键键合的基团，或可以参与范德华或其它疏水相互作用的基团。这些官能团可以包括阳离子基团，阴离子基团，亲脂性基团，两亲性基团等。
在一个实施方案中，本发明的方法和组合物可以使用包含带电部分的系链。适合的带电部分包括带正电荷的部分和带负电荷的部分。适合的带正电荷的部分包括质子化的胺，季铵部分，锍，氧化锍，磷鎓，二茂铁等。适合的带负电荷的部分(例如，在中性pH在水性组合物中)包括糖，用强吸电子基团取代的酚(例如，四氯酚)，磷酸盐，膦酸盐，亚磷酸盐，硫酸盐，磺酸盐，硫代羧酸盐和异羟肟酸。
在一个实施方案中，本发明的方法和组合物可以使用包含可以氢键键合的基团的系链，作为供体或受体(例如，第二氢键键合基团)。例如，所述系链可以包括一个或多个羧基基团，胺基团，羟基基团，羰基基团，等。离子基团还可以参与氢键键合。
在一个实施方案中，结构单元可以由式3表示 其中RE1是识别元件1，RE2是识别元件2，T是任选的系链，而L是接头。X是缺失的，C＝O，CH2，NR，NR2，NH，NHCONH，SCONH，CH＝N，或OCH2NH。在某些实施方案中，X是缺失的或C＝O。Y是缺失的，NH，O，CH2，或NRCO。在某些实施方案中，Y是NH或O。在一个实施方案中，Y是NH。Z1和Z2可以独立地是CH2，O，NH，S，CO，NR，NR2，NHCONH，SCONH，CH＝N或OCH2NH。在一个实施方案中，Z1和/或Z2可以独立地是O。Z2是任选的。R2是H，CH3，或另一个能给予结构单元手性且大小与甲基相似或比其小的基团。R3是CH2；CH2-苯基；CHCH3；(CH2)n其中n＝2-3；或环烷基，其含有3-8个碳，例如，5-6个碳，苯基，萘基。在某些实施方案中，R3是CH2或CH2-苯基。
RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，B9，A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在某些实施方案中，RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，A9，B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。在某些实施方案中，RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在一个实施方案中，RE1可以是B2，B3a，B4，B5，B6，B7，或者B8。在一个实施方案中，RE2可以是A2，A3a，A4，A5，A6，A7，或者A8。
T可以是上面描述的系链部分的任一种。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)，参与和支持体或平层可逆相互作用或由其形成的官能团或基团(本文描述了这样的基团)，和接头主链部分。在一个实施方案中，接头主链部分是约4到约48个碳或杂原子的烷基、取代烷基、环烷基、杂环的、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、乙氧或丙氧低聚物、糖苷、或其混合物；或约8到约14个碳或杂原子，约12到约24个碳或杂原子，约16到约18个碳或杂原子，约4到12个碳或杂原子，约4到约8个碳或杂原子。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)和约4到约48个碳原子、约8到约14个碳原子、约12到约24个碳原子、约16到约18个碳原子的亲脂部分(本文描述了这样的基团)。在一个实施方案中，该L还包含约1到约8个可逆的键/相互作用部分(本文描述了这样的基团)或约2到约4个可逆的键/相互作用部分。在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝1-16，n＝2-8，n＝4-6，或n＝3。
可以通过一般方案1所举例说明的方法来制备包含A和/或B识别元件，接头和氨基酸构架的结构单元。
参考下列实施例可以更好地理解本发明。这些实施例意味着本发明具体实施方案的体现，但不意味着限制本发明的范围。
实施例实施例1-结构单元的合成合成了代表结构单元实施方案的烷基-芳族-极性范围的选定的结构单元，并证明了这些结构单元在制备候选人工受体中的有效性。这些结构单元是基于可以由酪氨酸代表的构架而制备的，并包括大量识别元件对。这些识别元件对包括从烷基到芳族、到极性的足够范围，以代表一整组81个这样的结构单元的显著程度的相互作用和官能团。
合成结构单元的合成采用图解1所概述的通用方法进行，其特别地举例说明了结构单元在具有识别元件对A4B4的酪氨酸构架上的合成。该通用方法用于合成结构单元，所述结构单元分别包括TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6，TyrA8B8，和TyrA9B9。
图解1结果所需结构单元的合成证明通常是简单直接的。这些合成说明，一旦具有相应识别元件(例如A2B2，A4B4，等)的结构单元已经通过它们的XBOC中间体制备，制备含2个具有不同结构特性或结构(例如A4B2，A6B3等)的识别元件的结构单元相对简单。
可以通过使活化的结构单元与例如十二烷基胺反应来实现这些结构单元之一向含亲脂性接头的结构单元的转化。
实施例2-候选人工受体微阵列的制备和评价制备候选人工受体微阵列并评价其与几个蛋白质配体的结合。所得结果表明1)候选人工受体微阵列可以被制备的简单性，2)结合亲合力和结合模式的可重现性，3)与各自同质对照相比，对于结构单元异质受体环境的结合的显著改善，和4)配体区别性结合模式(例如，工作受体复合体)。
材料与方法如实施例1所述合成并活化结构单元。该实施例所用结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA6B2，TyrA6B4，和TyrA6B6。包含接头、酪氨酸构架、和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
通过对已知方法的改进，如下制备用于评价130n＝2和n＝3，和273n＝2，n＝3，和n＝4，候选受体环境的微阵列。用于本文时，“n”是用在受体环境中的不同结构单元的数目。简而言之胺修饰的(胺“平层”；超级胺微阵列板)微阵列板购自Telechem Inc.，Sunnyvale，CA(www.arrayit.com)。按照制造商，这些板是为微阵列制备而特别制造的并具有每平方纳米2-4个胺的标称胺载量。CAM微阵列是用Telechem Inc.(SpotBotTM Arrayer)的针式微阵列点样仪(spotter)仪器制备的，所述仪器典型地具有来自Telechem Inc.(Stealth Micro Spotting Pins，SMP6)的200μm直径点样针和400-420μm点样间距。
如上所述在水性二甲基甲酰胺(DMF)溶液中活化这9个结构单元。对于制备384-孔供应板(feed plate)，用DMF/H2O/PEG400(90/10/10，v/v/v；PEG400是标称400FW的聚乙二醇，Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)溶液将活化的结构单元溶液稀释10倍。把这些贮存液等分(10μl/份)到384-孔微孔板(Telechem Inc.)的孔中。通过用10μl或20μl活化的[1-1]溶液等分10μl结构单元来制备单独的对照系列。用铝箔覆盖所述板并将其置于旋转摇床上，1,000RPM，15分钟。当不使用时用铝箔覆盖这块样板并储存于-20℃。
对于制备384孔SpotBotTM板，用4μl移液器执行从供应板向第二块384孔板的孔到孔转移(例如，A-1到A-1，A-2到A-2，等)。当不用时，这块板用铝箔牢固覆盖保存于-20℃。SpotBotTM用于用4μl微孔板制备每轮多达13个微阵列板。对SpotBotTM编程从每个微孔中以4次重复点样。SpotBotTM上的洗涤工作站使用EtOH/H2O(20/80，v/v)洗涤溶液。所述洗涤溶液还被用于SpotBotTM打印过程完成后来漂洗所述微阵列。用去离子(DI)水对所述板进行最后的洗涤，用压缩气流干燥，并将其贮存于室温。
通过用琥珀酐与残留的胺反应以形成羧酸酯平层代替胺平层而对某些微阵列作进一步修饰。
下列测试配体和标记物被用于这些实验1)r-藻红蛋白，一种可商购的和内在荧光蛋白，FW为2,000,000。
2)用AlexaTM荧光团(Molecular Probes Inc.，Eugene，OR)标记的卵清蛋白。
3)BSA，牛血清白蛋白，使用已知的活化羧基方法用活化的罗丹明(Pierce Chemical，Rockford，IL)标记。BSA具68,000的FW；用于本研究的材料每BSA含大约1.0罗丹明。
4)可通过已知方法得到辣根过氧化物酶(HRP)，其用过量的胺进行修饰或被标记为乙酰胺衍生物，或用2，3，7，8-四氯二苯并二噁烯(dioxin)衍生物进行修饰。这些HRP缀合物的荧光检测基于可购自Molecular Probes，Eugene，OR的Alexa 647-酪酰胺(tyramide)试剂盒进行。
5)用AlexaTM荧光团标记的霍乱毒素(Molecular Probes Inc.，Eugene，OR)。
如下进行微阵列的温育和分析对于测试配体与微阵列温育，将10，1.0和0.1μg/ml的典型浓度的在PBS-T(含20μl/L吐温-20的PBS)中的靶蛋白溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应，例如，30分钟。用PBS-T和DI水漂洗微阵列并用压缩气流进行干燥。
用Axon Model 4200A荧光微阵列扫描仪(Axon Instruments，Union City，CA)扫描温育后的微阵列。Axon扫描仪和其关联软件产生该板荧光密度的伪彩16位图像。用Axon软件整合该16位数据以给出微阵列上每个点的荧光单位值(范围0-65,536)。接着该数据被导出到Excel文档(微软)作进一步分析，所述分析包括平均值、标准偏差和变化系数的计算。
结果使用微阵列格式已经证明了CARATM组合的人工受体阵列TM的概念。制备基于N＝9结构单元的CARA微阵列并评价其与几个蛋白质和被取代蛋白质配体的结合。该微阵列包含144个候选受体(18个n＝1对照加6个空白；36个n＝2候选受体；84个n＝3候选受体)。该微阵列表明1)CARA微阵列制备的简单性，2)结合亲合性和结合模式的可重现性，3)与各自的同质对照相比，对于结构单元异质受体环境结合的显著改善，和4)配体区别性结合模式。
阅读阵列图14显示了与2.0μg/ml r-藻红蛋白共同温育的微阵列的典型伪彩/灰度图像。该图像说明制备微阵列并用蛋白质测试配体探测微阵列的过程产生了预期的结合范围，正如从暗点到亮点的相对荧光可见范围中所见到的。
数据分析中的起始点为取这些点的阵列的整合的荧光单位数据并将其相对于[1-1]结构单元对照所观察到的值进行标准化。随后的分析包括平均值、标准偏差和变化系数计算。另外，从结构单元加上[1-1]数据获得同质结构单元的对照值。
第一组实验评价了下列蛋白质配体对微阵列中候选人工受体的结合。所得荧光单位相对于候选受体环境的数据以2D和3D形式给出，其中在2D形式中候选受体沿X轴排列而荧光单位显示于Y轴上，在3D形式中候选受体以X-Y形式排列并且荧光单位显示于Z轴。形成了每个点组成的特征(key)(未显示)。还形成了结果的每个2D和3D表示中结构单元的特征。给出的数据针对1-2μg/ml的蛋白质浓度。
图15和16显示了对r-藻红蛋白(固有荧光)的结合数据。图17和18显示了对卵清蛋白(具有荧光标记的可商购产品)的结合数据。图19和20显示了对牛血清白蛋白(罗丹明标记)的结合数据。图21和22显示了对HRP-NH-Ac(荧光酪酰胺读出)的结合数据。图23和24显示了对HRP-NH-TCDD(荧光酪酰胺读出)的结合数据。
这些结果不仅证明了CARA微阵列对候选人工受体评价的应用，还示范了许多读出方法中的一些(例如，固有荧光，荧光标记，原位荧光标记)，它们可以用于高通量候选受体评价。
候选受体的评价从可重现性中获得益处。下列结果说明本发明的微阵列提供可重现的配体结合。
用以四次重复点样的结构单元的每个组合印刷微阵列。对一个直接标绘图(图25)的视觉观察说明候选受体环境“点”显示出对测试配体可重现的结合，所述标绘图是针对r-藻红蛋白获得的一个单元结合数据的原始(raw)荧光数据(来自图14说明所进行的)。r-藻红蛋数据(图14)的进一步分析导致768个点中只有9个(1.2％)被作为非正常值除去。对整个阵列r-藻红蛋四次重复数据的分析给出每个实验四次重复组的938个荧光单位的平均标准偏差，其平均变化系数为19.8％。
尽管这些值是可接受的，更实际的比较应用了更强结合、更多荧光受体的标准偏差和变化系数。总平均标准偏差不真实地放大了弱结合、较少荧光受体的变化系数。对于19个具有大于10,000结合靶荧光单位的受体的变化系数是11.1％，该数据完全落在产生有意义的结合数据所需的范围之内。
CARA方法的一个目的是通过结构简单的结构单元组合实现显著量的候选受体的容易制备。下列结果确定个体结构单元和结构单元组合都对测试配体的结合有显著的、正向的影响。
图23-24显示的结合数据说明结构单元的异质组合(n＝2，n＝3)显著优于从单一结构单元(n＝1)制备的候选受体。例如，图16显示对n＝2，n＝3候选受体观察的结合多样性，其荧光单位范围从0到约40,000。这些数据还显示从同质(n＝1)到异质(n＝2，n＝3)受体环境后，所得结合亲合力改善了约10倍。
异质结构单元的效果最易通过比较包含1或2个那些结构单元(它们的n＝2和n＝1子集)选定的n＝3受体环境候选受体而观察到。图26和27用r-藻红蛋白数据显示了对于两种不同的n＝3受体环境的这种比较。在这些实例中，清楚的是从同质系统(n＝1)到异质系统(n＝2，n＝3)的发展产生了显著增强的结合。
尽管范德华相互作用是分子识别的一个重要部分，确定所观察到的结合不是疏水/亲水分配的简单情况是重要的。即，所观察到的结合是个体结构单元与靶间特异性相互作用的结果。评价疏水性和亲水性效果的最简单办法是将结构单元logP值和所观测到的结合进行比较。LogP是已知的并且被接受的亲脂性的衡量，其可通过已知方法针对每个结构单元进行测量或计算。图28和29确定通过荧光单位所测量的观察到的靶向结合，不与结构单元的logP成正比。图28和29中的标绘图显示了结合(荧光单位)和结构单元logP间的非线性关系。
本发明的方法和阵列的一个优点是筛选巨大数量候选受体环境的能力将导致有用的靶亲合性的组合和显著的靶向结合多样性。高度的靶亲合性有效用于特异性靶向结合、分离等，而结合的多样性可以提供多重靶向检测系统。本实施例使用相对小量的结构单元来产生约120种结合环境。下面对本发明数据的分析清楚地说明即使相对少量的结合环境也能产生多样性和有用的人工受体。
为本研究而进行的靶结合实验所用的蛋白质浓度包括0.1到10μg/ml。以BSA的数据作为代表，清楚的是一些易于结合1.0μg/ml BSA浓度的受体环境接近荧光单位的饱和值(见，例如，图20)。基于这些数据和BSA的分子量为68,000，几个受体环境在约15皮摩尔/ml或15纳摩尔的浓度下易结合BSA。其它用较低浓度的蛋白质的实验(数据未显示)表明，即使用候选受体环境的小量选择，也获得了法摩尔(femptomole)/ml或皮摩尔级的检测范围。
人工受体开发的一个目标是特定靶的特异性识别。图30比较所观察到的对于r-藻红蛋白和BSA的结合。对所有结合模式的比较表明了一些一般性的相似。然而，对每种受体环境结合的具体特征的比较说明这两个靶具有区别性的识别特征，如图30中(*)所示。
人工受体开发的一个目标是开发可以用于特定靶的多重检测的受体。对本研究中r-藻红蛋白、BSA和卵清蛋白数据(图16，18，和20)的比较被用于选择对于每个靶的代表性人工受体。图31、32和33应用获自本发明的实施例的数据以显示通过其区别性的结合模式对这三种靶中的每一种进行鉴定。
结论针对特定靶的最佳受体需要大于单个亲水、疏水、离子等相互作用的预期总和的分子识别。因此，从本原型研究中所用的有限候选受体库中鉴定最佳(特异的、灵敏的)人工受体，不是预期的或是不可能的。相反地，所述目标是证明CARA组合人工受体阵列概念的所有关键成分可以组合形成功能性受体微阵列。此目标已经被成功证实。
本研究结论性地确定CARA微阵列可以易于制备，并且与候选受体环境的靶向结合可以用于鉴定人工受体和测试配体。另外，这些结果证明与其同质(n＝1)对应物相比，异质(n＝2，n＝3，或n＝4)候选受体的结构单元具有显著的结合增强。当结合以结合模式识别结果和异质受体元件和异质结构单元被证明的重要性时，这些结果清楚地证明CARA候选人工受体-＞先导人工受体-＞工作人工受体策略的重要性。
实施例3-包含可逆固定的结构单元的候选人工受体微阵列的制备和评价制备包含通过范德华相互作用被固定的结构单元的候选人工受体的微阵列并评价其与蛋白质配体的结合。评价在数个温度，在平层相变温度之上和之下(参见下页)进行。
材料与方法如实施例1所述制备的结构单元2-2、2-4、2-6、4-2、4-4、4-6、6-2、6-4、6-6。用前述碳二亚胺激活羧基后加入十二烷基胺来制备C12酰胺。这在C18平层中产生了一个带有用于可逆固定的12个碳烷基链接头的结构单元。
采用实施例2中所通述的平层修饰方法，通过在A)二甲基甲酰胺/PEG 400溶液(90∶10，v/v，PEG 400是平均分子量400的聚乙二醇(AldrichChemical Co.)或B)二氯甲烷/TEA溶液(100ml二氯甲烷，200μl三乙胺)中使硬酯酰氯(Aldrich Chemical Co.)反应来修饰氨基平层微阵列板(Telechem)来产生C18平层。
用实施例2中所述SpotBot标准方法印迹C18平层板。所述结构单元在印迹溶液中，所述溶液通过将约10mg每种结构单元溶于300μl二氯甲烷和100μl甲醇中进行制备。向此贮存液中加入900μl二甲基甲酰胺和100μl PEG 400。每次在9个结构单元中的36种组合(N9:n2，36种组合)中取两个，其中制备于384孔微孔板中，其随后被用于SpotBot来以四次重复印迹微阵列。随机选取的印迹位置只包含印迹溶液。
使用下列变量1)用二氯甲烷、乙醇和水洗涤微阵列以产生对照板；和2)微阵列在4℃、23℃、或44℃下温育，将选定的微阵列和1.0μg/ml的测试配体，用AlexaTM荧光团标记的霍乱毒素亚基B(Molecular ProbesInc.，Eugene，OR)的溶液一起温育。温育之后，用水漂洗板，干燥并扫描(AXON 4100A)。数据分析述于实施例2。
结果已用有机溶剂洗涤去除了结构单元的对照阵列不与霍乱毒素结合(图34)。图35-37显示了来自同样印迹，但分别与霍乱毒素在4℃、23℃、或44℃下温育的阵列的荧光信号。在每个阵列上都可以见荧光的点，其中在44℃下的温育产生非常显著的点。这三个阵列中每个点的荧光值示于图38-40。荧光信号通常随温度升高，在44℃下温育后观察到有许多几乎同样大的信号。随温度的线性增加可以反映出所期望的随着温度的结合改善。非线性增加反映结构单元在表面的重排以获得结合的改善，重排发生在脂质表面相变以上(下页)。
可以将图41与图39相比较。标绘于图39的荧光信号来自在23℃下与支持体上可逆固定的结构单元的结合。绘于图41的荧光信号来自23℃下与支持体上共价固定的结构单元的结合。这些图比较了在相同相对位置上，但以两种不同的方式被固定的相同的结构单元组合。
还在4℃、23℃、或44℃下评价了与被共价固定的结构单元的结合。图42举例说明了在4℃、23℃或44℃下共价固定结构单元各个组合的荧光信号的变化。结合随温度适当升高。结合的平均增加是1.3倍。对每个被共价固定的人工受体在23℃下的荧光信号针对其在44℃下的信号(未显示)所作的标绘图产生相关系数为0.75的线性相关性。此线性相关性表明在结合中的平均1.3倍的增加是热动力学效应而不是结合的优化。
图43举例说明了在4℃、23℃或44℃来自被可逆固定的结构单元各个组合的荧光信号的变化。此图显示至少一个结构单元组合(候选人工受体)显示出这样的信号，所述信号在温度增加时保持不变。当温度升高时，至少一个候选人工受体显示出信号的大致线性升高。这种线性增加表示对结合的正常温度影响。在4℃下具有最低结合信号的候选人工受体成为44℃下最好的结合物之一。这表明了此受体的结构单元在平层相变以上的重排，产生了增强的结合，所述重排增加了结构单元的移动性。其它由在23℃和44℃之间(与4℃与23℃之间相比较)结合的更大变化所表征的受体也经历了动态亲合力优化。
图44举例说明了图42所示数据(用A标记的线)和图43所示数据(用B标记的线)。关于被可逆固定的结构单元中所观察到的结合的增加显著大于关于共价结合的结构单元中所观察到的结合的增加。与被可逆地固定的结构单元的结合从23℃到44℃，中位值增加了6.1倍，平均值增加了24倍。这证实了受体内被可逆固定的结构单元的移动增加了结合(即，受体经历了动态亲合力优化)。
对每个可逆固定的人工受体在23℃下的荧光信号针对其在44℃的信号(未显示)的所作的标绘图未产生相关性(相关系数0.004)。对每个可逆固定的人工受体在44℃的荧光信号针对相应的共价固定的受体在44℃的信号(未显示)所作的标绘图也未产生相关性(相关系数0.004)。这种相关性的缺失提供了进一步的证据，即可逆固定的结构单元在受体内的移动增加了结合。
图45举例说明了在44℃的荧光信号被在23℃的荧光信号相除后对比对于人工受体在23℃的结合所得到的荧光信号的图，所述人工受体含被可逆固定的受体。该比较说明结合的增强独立于受体对测试配体的初始亲合力。
表1鉴别了组成每一个人工受体的被可逆固定的结构单元，列出了在44℃和23℃上的荧光信号(结合强度)，以及在这两个温度上所观察到的结合的比率。这些数据表明，相对于每个个体结构单元的作用，每个人工受体反映了结构单元的每个组合的独特属性。
表1
结论本实验证明包含被可逆地固定的结构单元的阵列与蛋白质底物的结合，与含被共价固定的结构单元的阵列相似。结合非线性地随温度的上升而增加，表明结构单元的移动增加了结合。许多候选人工受体证明了在结构单元移动后的结合的改善。
实施例4-GM1的寡糖部分与人工受体竞争结合于霍乱毒素制备候选人工受体的微阵列并评价其与霍乱毒素的结合。还对所述阵列评价了对于结合的干扰。对结合的干扰使用了与霍乱毒素结合的化合物，来自GM1的寡聚部分(GM1OS)。所得结果证明蛋白质的配体特异性地干扰蛋白质与微阵列的结合。
材料与方法如实施例1所述合成并活化结构单元。用于本实施例的结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA3B3，TyrA3B5，TyrA3B7，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA5B3，TyrA5B5，TyrA5B7，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA7B3，TyrA7B5，TyrA7B7，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6，和TyrA8B8。包含接头，酪氨酸构架和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
通过对已知方法的改进，如下制备用于对171n＝2候选受体环境进行评价的微阵列。“n＝2”受体环境包括两个不同的结构单元。简而言之胺修饰的(胺“平层”；超级胺微阵列板)微阵列板购自Telechem Inc.，Sunnyvale，CA。按照生产商，这些板是为微阵列制备所特别制造的并具有每平方纳米2-4个胺的标称胺载量。所述微阵列是用来自Telechem Inc.(SpotBotTMArrayer)的针式微阵列点样仪仪器制备的，所述仪器典型地具有来自Telechem Inc.(Stealth Micro Spotting Pins，SMP6)的200μm直径的点样针和400-420μm的点间距。
如上所述将19个结构单元在二甲基甲酰胺(DMF)水溶液中活化。对于制备384孔供应板，用DMF/H2O/PEG400(90/10/10，v/v/v；PEG400是标称分子量400的聚乙二醇，Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)溶液将活化的结构单元溶液稀释10倍。将这些贮存液等分(每份10μl)到384孔微孔板(Telechem Inc.)中。对照点包括结构单元[1-1]。用铝箔覆盖所述板并将其置于旋转摇床上在1,000RPM上达15分钟。当不用时将此样板用铝箔覆盖置于-20℃储存。
对于制备384孔SpotBotTM板，用4μl移液器进行从供应板向第二块384孔板的孔到孔转移(例如，A-1到A-1，A-2到A-2，等)。当不用时，这块板用铝箔牢固覆盖保存于-20℃。SpotBotTM用于用4μl微孔板制备每批多达13个微阵列板。对SpotBotTM编程以从每个微孔中点以四次重复来点样。SpotBotTM上的洗涤工作站使用EtOH/H2O(20/80，v/v)洗涤液。所述洗涤液用1M盐酸调至pH 4并被用于在SpotBotTM印迹过程结束后漂洗所述微阵列。最后一次用去离子(DI)水洗涤所述板，用压缩气流进行干燥，并将其贮存于室温。通过使剩余的胺与乙酸酐反应来形成取代胺平层的乙酰胺平层来进一步地修饰所述微阵列。
用在这些实验中的测试配体是用AlexaTM荧光团(Molecular ProbesInc.，Eugene，OR)标记的霍乱毒素。这些实验中所用的候选干扰物是GM1OS(GM1寡糖)，霍乱毒素的已知配体。
如下进行微阵列的温育和分析对于对照与微阵列一起温育，将浓度1.7pmol/ml(0.1μg/ml)的霍乱毒素的PBS-T(含20μl/L Tween-20的PBS)溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应30分钟。对于干扰物与微阵列一起温育，将霍乱毒素(1.7pmol/ml，0.1μg/ml)和所需浓度的GM1 OS的PBS-T(含20μl/L Tween-20的PBS)溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应30分钟。在单独的实验中，以0.34和5.1μM加入GM1 OS。在这些温育的任一之后，用PBS-T和DI水漂洗所述微阵列并用压缩气流进行干燥。
用Axon Model 4200A荧光微阵列扫描仪(Axon Instruments，Union City，CA)扫描温育后的微阵列。Axon扫描仪和其关联软件产生该板荧光密度的伪彩16位图像。用Axon软件整合该16位数据以给出微阵列上每个点的荧光单位值(范围0-65,536)。该数据随后被导出到Excel文档(微软)作进一步分析，所述分析包括平均值、标准偏差和变异系数的计算。
表2鉴别了171个受体环境的每个中的结构单元。
表2
结果低浓度的GM1 OS图46举例说明了霍乱毒素结合于候选人工受体的微阵列然后用缓冲液洗涤产生的荧光信号。这些荧光信号证明霍乱毒素与某些受体环境牢固结合，与其它的结合较弱，与某些的结合则检测不到。与包括实施例2所报告那些的实验的比较表明霍乱毒素的结合在阵列到阵列和月到月之间是可重现的。
还在来自GM1 OS(0.34μM)的竞争下进行了霍乱毒素的结合。图47举例说明了在这种竞争之后检测到的由霍乱毒素结合产生的荧光信号。值得注意的是，示于图47中的许多信号显著小于图46中所记录的相应信号。在图47中观测到的小信号代表着较少的霍乱毒素结合到所述阵列上。GM1 OS显著干扰了霍乱毒素与许多受体环境的结合。
可以将由GM1 OS所导致的霍乱毒素结合中的干扰视作在缺乏GM1 OS时的结合的量与在与GM1 OS竞争时结合的量的比率。此比值示于图48。比值越大，与GM1 OS竞争后仍与人工受体结合的霍乱毒素就越少。所述比值可以大至约30。所述比值与在对照中结合的数量无关。
高浓度的GM1 OS图49举例说明了霍乱毒素结合于候选人工受体微阵列然后用缓冲液洗涤所产生的荧光信号。如前，霍乱毒素是可重现的，它与某些受体环境牢固结合，与其它的结合较弱，与某些的结合则检测不到。图50举例说明了在与5.1μM GM1 OS竞争下检测到的霍乱毒素结合所产生的被检测到的荧光信号。再一次地，GM1 OS显著干扰了霍乱毒素与许多受体环境的结合。
将这种破坏表示为图51中的在缺乏GM1 OS时的结合的量与和GM1 OS接触后的结合的量的比值。所述比值范围大到约18并与在对照中结合的数量无关。
结论本实验证明测试配体与本发明中的人工受体的结合可被候选干扰物分子减少(例如，竞争)。在该情形中，所述测试配体是蛋白质霍乱毒素而候选干扰物是已知与霍乱毒素结合的蛋白，GM1 OS。测试配体的结合被干扰的程度与其在人工受体上结合的程度无关。
实施例5-GM1与人工受体竞争结合于霍乱毒素制备候选人工受体的微阵列并评价其与霍乱毒素的结合。还对所述阵列评价了对于结合的干扰。对结合的干扰使用了一种与霍乱毒素结合的化合物，脂糖(liposaccharide)GM1。所得结果证明蛋白质的配体特异性地干扰所述蛋白与微阵列的结合。
材料与方法如实施例1所述合成并活化结构单元。用于本实施例的结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA6B2，TyrA6B4，和TyrA6B6，所述结构单元以每个人工受体4个结构单元的组进行使用。包含接头、酪氨酸构架、和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
如以上实施例4所述制备用于评价126n＝4候选受体环境的微阵列。这些实验中所用测试配体是用AlexaTM荧光团(Molecular ProbesInc.，Eugene，OR)标记的霍乱毒素。在对照和竞争实验中所用的霍乱毒素均为5.3nM。用在这些实验中的候选干扰物是GM1，一种霍乱毒素的已知配体，其在0.042、0.42和8.4μM的浓度上竞争。微阵列的温育和分析如实施例4所述进行。
表3鉴别了每个受体环境中的结构单元。
表3
结果图52举例说明了通过霍乱毒素单独和在与三种浓度GM1中的每种竞争之下与候选人工受体微阵列结合所产生的荧光信号。随着GM1浓度升高，荧光信号的量稳步减少。对于所有的受体而言，减少的数量在数量上不是都相同的，但每种受体都经历了霍乱毒素结合的减少。这些减少表明GM1与人工受体竞争与霍乱毒素的结合。
这种减少显示出对于在霍乱毒素上的结合位点的相对竞争的模式。这可以通过对在GM1的特定浓度下所获得的荧光信号针对缺乏GM1时的荧光信号(未显示)的图而证实。当GM1浓度增加时，某些受体在这些测绘图上以相似的相对位置出现。
可以将由GM1所导致的在霍乱毒素结合中的干扰视作在缺乏GM1OS时结合的量与在与GM1竞争后所结合的量的比值。此比值示于图53。比值越大，与GM1竞争后仍与人工受体结合的霍乱毒素就越多。该比值可以大到约14。该比值与在对照中结合的数量无关。
有趣的是，在一些情况中，人工受体结构中的微小变化导致所述比值的显著变化。例如，包含结构单元24、26、46和66的人工受体与包含24、42、46和66的人工受体差别仅在于替换了单个的结构单元(xy表示结构单元TyrAxBy)。结构单元42替换为26使GM1存在时的结合增加了约14倍。
作为进一步的实例，包含结构单元22、24、46和64的人工受体与包含22、46、62、64的人工受体的差别只是替换了一个结构单元。结构单元24替换为62使GM1存在情况下的结合增加了约3倍。
即使是替换单一的识别元件也影响结合。包含结构单元22、24、42和44的人工受体与包含22、24、42和46的人工受体差别只是替换了一个识别元件。结构单元44替换为46(将识别元件B6换为B4)使在GM1存在情况下的结合增加了约3倍。
结论本实验证明测试配体与本发明中人工受体的结合可被候选干扰物分子减弱(例如，竞争)。在该情形中，所述测试配体是蛋白质霍乱毒素而候选干扰物是已知与霍乱毒素结合的化合物，GM1。组成人工受体的结构单元结构上的微小变化导致竞争时的显著变化。
实施例6-用作结构单元的GM1改变霍乱毒素与本发明人工受体的结合制备了候选人工受体的微阵列，GM1结合于所述阵列，并且评价它们对霍乱毒素的结合。所得结果证明在人工受体的阵列中加入GM1作为结构单元可以增加与某些受体的结合。
材料与方法如实施例1所述合成并活化结构单元。用在本实施例中的结构单元是实施例4中所述那些。如以上实施例4所述制备用于评价171 n＝2候选受体环境的微阵列。这些实验所用测试配体是用AlexaTM荧光团(Molecular ProbesInc.，Eugene，OR)所标记的霍乱毒素。以0.01μg/ml(0.17pM)或0.1μg/ml(1.7pM)，在对照和竞争实验中应用霍乱毒素。GM1被用作人工受体的测试配体并成为用于结合霍乱毒素的受体的结构单元。如以上关于霍乱毒素所述将阵列与100μg/ml、10μg/ml或1μg/ml的GM1接触，接着用去离子水漂洗。然后在上述条件下，将阵列与霍乱毒素接触。微阵列分析如实施例4中所述进行。表2鉴别了每种受体环境中的结构单元。
结果图54举例说明了霍乱毒素与未经GM1预处理的候选人工受体微阵列结合所产生的荧光信号。GM1与候选人工受体的微阵列结合后再与霍乱毒素结合所产生的荧光信号示于图55、56和57(分别为100μg/ml、10μg/ml和1μg/ml GM1)。
由用GM1预处理所导致的霍乱毒素结合的增加可以被视作在GM1存在时结合的量与在缺乏GM1时结合的量的比率。对于1μg/ml GM1，此比值示于图58。所述比值越大，GM1预处理后结合于人工受体的霍乱毒素越多。所述比值可以大到约16。
在一些情况中，人工受体结构中的微小变化导致所述比率的显著变化。例如，包含结构单元46和48的人工受体与包含46和88的人工受体的不同仅在于替换了单一结构单元上的单一识别元件。(xy表示结构单元TyrAxBy)。结构单元48替换88(识别元件A8改变成A4)使表示GM1结构单元存在的结合增加的比值从约0.5增加到约16。相似地，包含结构单元42和77的人工受体与包含24和77的人工受体的不同仅在于替换了单一结构单元。结构单元42替换24使表示GM1结构单元存在的结合增加的比值从约2增加到约14。
有趣的是，一些显示高水平霍乱毒素结合(45,000到65,000荧光单位的信号)和包含结构单元33的结构单元作为结构单元没有被GM1的存在所强烈影响。
结论本实验证明GM1与本发明中人工受体的结合可以显著增加霍乱毒素的结合。组成人工受体的结构单元的结构中的微小变化导致GM1增加了霍乱毒素结合的程度的显著变化。
实施例4-6的讨论我们之前证明工作人工受体的阵列以一种与蛋白质表面拓扑结构的每个区域所呈现的特定环境互补的方式结合蛋白靶。因此蛋白靶点与工作人工受体阵列的结合模式描述了蛋白质表面的拓扑结构；包括参与了例如蛋白质～小分子、蛋白质～肽、蛋白质-蛋白质、蛋白质～糖类、蛋白质～DNA等的相互作用的表面结构。因此可能利用选定的蛋白质与工作人工受体阵列的结合来表征这些蛋白质～小分子、蛋白质～肽、蛋白质-蛋白质、蛋白质～糖类、蛋白质～DNA等的相互作用。而且，利用蛋白质与阵列的相互作用来限定干扰这些相互作用的“先导物”是可能的。
霍乱毒素B亚基与细胞表面上的GM1结合。鉴定对于该结合事件的竞争者的研究显示霍乱毒素GM1结合相互作用(结合位点)的竞争者可以利用糖和烷基/芳族官能度(Pickens，等Chemistry and Biology，vol.9，pp215-224(2002))。我们之前已经证明荧光标记的霍乱毒素B亚基与本发明的人工受体的阵列结合以给出确定的结合模式，所述模式反映了霍乱毒素B的表面拓扑结构。对于该研究，我们试图证明可以用霍乱毒素的天然配体，GM1，干扰霍乱毒素与所述阵列的至少一些成员的结合。
图中所示结果清楚地证明这些目标已经成功实现。具体地，GM1 OS五糖或GM1与人工受体阵列之间对霍乱结合的竞争清楚地给出与霍乱结合模式对照所不同的结合模式。而且，这些结果证明当与只含苯基官能度的工作人工受体相比时，在一些含萘基部分的工作人工受体之间的互补性。这些结果与Pickens等人研究中的活性位点竞争保持一致并表明萘基和苯基衍生物代表了霍乱与GM1相互作用的良好模拟物/探针。这些相互作用的特异性被这样的观察所具体证实，所述观察即在4结构单元系统组合中4个结构单元之一的变化改变了对显著竞争性环境的非竞争性。这些结果还表明选定的工作人工受体可以用于开发用于进一步评价霍乱GM1相互作用的高通量筛选。
此外，我们尝试证明可以通过用GM1对人工受体的阵列进行预温育来制备亲合性支持体/膜的模拟物，所述人工受体的阵列接着以某种结合模式结合/捕获霍乱毒素，所述结合模式可以用于选择工作人工受体以用于例如高通量的筛选将干扰“霍乱膜～GM1模拟物”的先导化合物。GM1预温育研究清楚地证明，可能是通过霍乱毒素与固定的GM1五糖部分和工作人工受体结构单元环境之间的亲和性相互作用，一些本是弱霍乱结合物的工作人工受体显著增强了其与霍乱的结合。
实施例7-结构单元的梯度结合和区分霍乱毒素和藻红蛋白制备人工受体的梯度并且蛋白质沿着梯度流动。评价梯度与霍乱毒素和/或藻红蛋白之间的结合。所得的结果证明人工受体的梯度结合和区分蛋白质，诸如霍乱毒素和藻红蛋白。
材料与方法使用沿表面制备分子的梯度的已知方法来构建本发明的人工受体的梯度。制备两种类型的梯度，分级梯度和连续梯度。
通过用于将结构单元和区域或阵列中的表面进行偶联的方法制备分级梯度。简而言之，在DMF/H2O/PEG400(90/10/10，v/v/v)中，以15mg/ml制备每种结构单元或结构单元的混合物的贮存液，一些还包括二甲基氨基吡啶。将该贮存液稀释1/10，1/20，1/40，1/80，1/160，和1/320以施用于胺官能化的载玻片(ArrayIt SuperAmine)。横跨载玻片的较短尺寸，以条带(级)将结构单元的稀释液施用于载玻片。将结构单元施用于载玻片后，所述载玻片容许在室温保持60分钟。接着，用EtOH/H2O(20/80 v/v，用1N HCl将pH调整到约2)，随后用去离子水洗涤所述载玻片，使用压缩的空气流将其进行干燥并储存于室温。通过用乙酸酐与剩余的胺反应形成乙酰胺平层来取代胺平层来进一步修饰所述载玻片。在该实施例所报道的实验中，载玻片上的结构单元的条带(级)被乙酰胺平层的条带所分离。在其它的实验中，结构单元的分级是连续的。
通过用于制备表面结合的分子梯度的已知方法(Kramer等，J.Amer.Chem.Soc.1265388-5395(2004)及其中的参考文献)来制备连续的梯度。简而言之，将胺官能化的载玻片置于150ml的烧杯中从而使其一个末端靠放在烧杯的壁上。将如上所述的以1/80或1/120稀释的结构单元的溶液以2ml/分钟的速率在60分钟的时期内引入烧杯中。以该方式，载玻片的下部与结构单元的溶液接触的时间比载玻片的顶部与结构单元的溶液接触的时间更长。因此，载玻片的下部包括的偶联的结构单元的密度比上部更高。
蛋白质(例如霍乱毒素和/或藻红蛋白)通过将蛋白质溶液在小的槽或流动-柱体中沿着的载玻片的长度方向流动接触梯度。用AlexaTM荧光团(Molecular Probes Inc.，Eugene，OR)标记霍乱毒素。流动-柱体在一端包括蛋白质溶液的入口而在另一个端包括出口。在室温，总共2ml的蛋白质溶液在5或120分钟内流过具有约1.8ml的体积的流动-柱体，随后用2ml的PBS-T和10ml的去离子水进行漂洗。藻红蛋白为0.2或2μg/ml。霍乱毒素为0.01或0.1μg/ml。
结果图59，61，63，65，67，69，71，73，75，77，和79显示在蛋白质已经流动经过所述梯度载玻片后，它们的荧光图像。在这些图像的每个中，结构单元的浓度从每个载玻片的上部到下部逐级增加。尽管载玻片在流动中是水平的，蛋白质以图中显示的从顶部到底部的方向流动。
图60，62，64，66，68，70，72，74，76，78，和80显示对应于图像的荧光强度标绘图。在这些图像的每个中，结构单元的浓度从右边到左边逐步增加。蛋白质从左边流动到右边(除非另外描述)。
图59表示获自藻红蛋白在增加的浓度的结构单元TyrA3B3的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示了获自藻红蛋白与至少包括该结构单元的三个最高浓度(第4，第5和第6)级的受体表面的结合的荧光。图60显示对于结构单元梯度的第3，第4，第5和第6个级的荧光的增加的峰值。藻红蛋白与由结构单元TyrA3B3组成的受体结合并在更大程度上与包括更高浓度的该结构单元的受体结合。
图61表示获自藻红蛋白在增加的浓度的结构单元TyrA4B4的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示了获自藻红蛋白与至少包括该结构单元的最高浓度(第6)级的受体表面的结合的荧光。图62显示对于结构单元梯度的第5和第6个级的荧光的增加的峰值。藻红蛋白与由结构单元TyrA4B4组成的受体结合并在更大程度上与包括更高浓度的该结构单元的受体结合。
图63表示获自藻红蛋白在增加的浓度的结构单元TyrA5B5的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示藻红蛋白没有与任何级别的该结构单元的梯度结合。图64的标绘图也举例说明藻红蛋白没有与任何级的该结构单元的梯度结合。
图65表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA3B3的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示了获自霍乱毒素与至少包括该结构单元的四个最高浓度(第3，第4，第5和第6)级的受体表面的结合的荧光。图66显示对于结构单元梯度的第2，第3，第4，第5和第6级的荧光的增加的峰值。霍乱毒素与由结构单元TyrA3B3组成的受体结合并在更大程度上与包括更高浓度的该结构单元的受体结合。
图67表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA4B4的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示了获自霍乱毒素与至少包括该结构单元的三个最高浓度(第4，第5和第6)级的受体表面的结合的荧光。图68显示对于结构单元梯度的至少第2，第3，第4，第5和第6级，并且可能也针对第1级的荧光的增加的峰值。霍乱毒素与由结构单元TyrA4B4组成的受体结合并在更大程度上与包括更高浓度的该结构单元的受体结合。
图69表示获自霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA5B5的分级梯度上流动的图像。该图像作为再现显示霍乱毒素没有与任何级的该结构单元的梯度结合，但是可以与这些梯度中的一些的边缘结合。这种与边缘的结合可以与有时在微阵列的点中观察到的“环流(doughnut)”效应类似。图70中的标绘也举例说明霍乱毒素没有与任何级的该结构单元的梯度结合。
图71表示从霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动获得的图像。霍乱毒素穿过载玻片从较低的浓度级流到较高的浓度级。该图像作为再现显示了获自霍乱毒素与至少包括这些结构单元的三个最高浓度(第4，第5和第6)级的受体表面的结合的荧光。图72显示对于结构单元梯度的第3，第4，第5和第6级的荧光的增加的峰值。霍乱毒素与由结构单元TyrA3B3和TyrA4B4组成的受体结合并在更大程度上与包括更高浓度的这些结构单元的受体结合。
图73表示从霍乱毒素在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动获得的图像。霍乱毒素穿过载玻片从较高的浓度级流到较低的浓度级。该图像作为再现显示了获自霍乱毒素与至少包括该结构单元的三个最高浓度(第6，第5和第4)级的受体表面的结合的荧光。图74显示对于至少第6，第5，第4，第3和第2级结构单元梯度的荧光的峰值。
获自蛋白质从高到低浓度级的流动的这种标绘图在外观上与获自蛋白质从低到高浓度流动的那些不同。在图74中的标绘显示该霍乱毒素首先遇到并使最高的浓度级饱和，随后遇到并使下一个最高浓度(第5)级饱和，随后遇到并使下一个最高浓度(第4)级饱和，并且也与第3和第2级结合。
评价霍乱毒素和藻红蛋白与候选人工受体的阵列的结合鉴定优先结合霍乱毒素而不是藻红蛋白的受体(例如，包括结构单元TyrA4B4和TyrA4B6)。这些测试也鉴定结合霍乱毒素和藻红蛋白两者的受体(例如，包括结构单元TyrA3B3和TyrA4B4的受体)。将这些受体用于分级梯度中以证明与人工受体的梯度上的另一个的比较，一种蛋白质的选择性结合。
图75表示由霍乱毒素和藻红蛋白的混合物在增加的浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动获得的图像。该梯度包括5个级别的结构单元的增加的浓度。该混合物包括0.1μg/ml的霍乱毒素和2μg/ml的藻红蛋白。该混合物穿过该载玻片从更低的浓度级到更高的浓度级流动。该图像作为再现显示获自这些蛋白质与至少包括四个最高浓度(第2，第3，第4和第5)级的这些结构单元的受体表面结合的荧光。
图76显示针对霍乱毒素(上面的线)和藻红蛋白(下面的线)获得的荧光强度。该标绘图显示对于霍乱毒素与至少第2，第3，第4和第5级的结构单元梯度结合的荧光的增加的峰值。该标绘图显示对于藻红蛋白与至少第3，第4，和第5级的结构单元梯度结合的荧光的增加的峰值。
由已知与霍乱毒素和藻红蛋白两者结合的受体组成的梯度，事实上，结合这些蛋白质中的两种。
图77表示由霍乱毒素和藻红蛋白的混合物在增加的浓度的结构单元TyrA4B4和TyrA4B6(以1∶1摩尔比率)的分级梯度上流动获得的图像。该梯度包括5个级别的结构单元的增加的浓度。该混合物包括如上浓度的霍乱毒素和藻红蛋白。该混合物穿过该载玻片从更低的浓度级到更高的浓度级流动。该图像作为再现显示获自霍乱毒素与至少包括三个最高浓度(第3，第4和第5)级的这些结构单元的受体表面结合的荧光。
图78显示针对霍乱毒素(上面的线)和藻红蛋白(下面的线)获得的荧光强度。该标绘图显示对于霍乱毒素与至少包括第3，第4和第5级的结构单元梯度结合的荧光的增加的峰值。该标绘显示如所预期的，藻红蛋白没有与任何级的这种结构单元梯度结合。
由已知结合霍乱毒素但是不结合藻红蛋白的受体组成的梯度，事实上，结合霍乱毒素而不结合藻红蛋白。
图79表示由霍乱毒素在增加浓度的结构单元TyrA3B3和TyrA4B4(以1∶1摩尔比率)的连续梯度上流动获得的荧光图像。结构单元的更低浓度在图像的上部而更高浓度在图像的下部。本发明的结构单元在衍生化的载玻片上形成连续的梯度。霍乱毒素以增加的量与梯度的更高浓度的部分结合(图80)。
应当理解，如本说明书和后附权利要求所用，除非内容另外清楚地指出，单数形式“一种(a)”，“一种(an)”和“该(the)”包括复数对象。因此，例如，对含有“一种化合物”的组合物的引用包括两种或多种化合物的混合物。还应当理解，术语“或者”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非内容另外清楚地指出。
还应当理解，如本说明书和后附权利要求所用，短语“配置的”描述系统，装置，或构建或配置以执行特定任务或采用特定构型的其它结构。短语“配置的”可以与其它类似短语交换使用，如安排和配置，构建和安排，修改，修改和配置，构建，制备和安排等。
本说明书中的所有出版物和专利申请显示本发明所属技术领域的普通技术人员的水平。
已经参考各种特定的和优选实施方案和技术描述了本发明。然而，应当理解在保持在本发明实质和范围内的同时可以进行许多变化和修改。
权利要求
1.一种结构单元梯度，其包括支持体；和所述支持体的一部分包含至少一种结构单元；所述结构单元与所述支持体偶联；所述结构单元形成梯度。
2.权利要求1的梯度，其中所述结构单元包含多种结构单元。
3.权利要求1的梯度，其包括所述结构单元的浓度的变化；所述结构单元的同一性的变化；所述结构单元的拓扑结构的变化；所述结构单元与所述支持体的结合方式的变化；或平层或平层修饰剂的变化。
4.权利要求1的梯度，其包括所述结构单元的电荷的变化；所述结构单元的体积的变化，所述结构单元的亲脂性的变化，或所述结构单元的亲水性的变化。
5.权利要求1的梯度，其包括所述结构单元的分子描述符的变化。
6.权利要求1的梯度，其中所述梯度包括2，3，4，5，或6种不同的结构单元。
7.权利要求1的梯度，其中所述支持体包括固体支持体。
8.权利要求1的梯度，其包括与支持体偶联的官能化的平层和在点中与所述平层偶联的结构单元。
9.权利要求8的梯度，其包括官能化的玻璃支持体。
10.权利要求1的梯度，其包括所述支持体上的多个区域；所述区域包括多种结构单元；所述结构单元与所述支持体偶联；和所述结构单元在所述区域中形成梯度。
11.权利要求10的梯度，其中所述区域包括2，3，4，5，或6种结构单元。
12.权利要求10的梯度，其中所述支持体包括固体支持体。
13.权利要求12的梯度，其包括在所述固体支持体的表面上的多个区域。
14.权利要求11的梯度，其包括与所述支持体偶联的官能化的平层和与所述平层偶联的所述结构单元。
15.权利要求14的平层，其包括官能化的玻璃支持体。
16.权利要求1的梯度，所述多种结构单元独立地包括构架，接头，第一识别元件，和第二识别元件。
17.权利要求16的梯度，其中至少一种所述结构单元包括系链。
18.权利要求16的梯度，其中所述构架包括氨基酸。
19.权利要求18的梯度，其中所述氨基酸包括丝氨酸，苏氨酸，或酪氨酸。
20.权利要求18的梯度，其中所述氨基酸包括酪氨酸。
21.权利要求16的梯度，其中所述接头具有下式结构(CH2)nC(O)-，其中n＝1-16。
22.权利要求16的梯度，其中所述第一识别元件和第二识别元件独立地是式B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8，B9，A1，A2，A3，A4，A5，A6，A7，A8，或A9。
23.权利要求16的梯度，其中所述支持体包括支持体基质并且所述支持体基质包括胺类的平层。
24.一种结构单元梯度，其包括表面；和所述表面上的区域包含至少一种结构单元；所述结构单元与所述支持体偶联；所述结构单元形成梯度。
25.一种制备结构单元梯度的方法，所述方法包括在固体支持体上形成区域，所述区域包括至少一种结构单元，所述结构单元提供梯度；将所述结构单元在所述区域中与所述固体支持体偶联。
26.权利要求25的方法，其包括在所述区域中将多种结构单元与所述固体支持体偶联。
27.权利要求25的方法，其包括形成所述结构单元的浓度的变化；所述结构单元的同一性的变化；所述结构单元的拓扑结构的变化；所述结构单元与所述支持体的结合方式的变化；或平层或平层修饰剂的变化。
28.权利要求25的梯度，其包括形成所述结构单元的电荷的变化；所述结构单元的体积的变化，所述结构单元的亲脂性的变化，或所述结构单元的亲水性的变化。
29.权利要求25的梯度，其包括形成所述结构单元的分子描述符的变化。
30.权利要求25的方法，其还包括将多种活化的结构单元混和，并且将所述混合物用在形成所述梯度中。
31.权利要求25的方法，其包括将单独活化的结构单元用在所述支持体上。
32.权利要求25的方法，其中所述固体支持体包括玻璃板或显微镜载玻片。
33.一种使用结构单元梯度的方法，其包括使所述结构单元梯度与测试配体接触；所述结构单元梯度包括支持体；和支持体的一部分包含至少一种结构单元；所述结构单元与所述支持体偶联；所述结构单元形成梯度；监测所述梯度与所述测试配体的结合。
34.权利要求33的方法，其中所述测试配体包含蛋白质或蛋白质组。
35.权利要求33的方法，其中接触包括将包含所述测试配体的组合物在所述结构单元梯度上流动。
36.权利要求33的方法，其中接触包括将包含所述测试配体的组合物穿过所述结构单元梯度的至少一部分而流出。
37.权利要求33的方法，其中所述结构单元梯度包括所述结构单元的浓度的变化；所述结构单元的同一性的变化；所述结构单元的拓扑结构的变化；所述结构单元与所述支持体结合方式的变化；或平层或平层修饰剂的变化。
38.权利要求33的梯度，其中所述结构单元梯度包括所述结构单元的电荷的变化；所述结构单元的体积的变化；所述结构单元的亲脂性的变化，或所述结构单元的亲水性的变化。
39.权利要求33的梯度，其中所述结构单元梯度包括所述结构单元的分子描述符的变化。
全文摘要
本发明涉及人工受体或结构单元的梯度，制备这些梯度的方法，和使用这些梯度的方法。所述梯度可以包括一种和多种结构单元。所述梯度可以包括人工受体或结构单元的多种特性中任一种的变化，包括人工受体或结构单元的浓度的变化；人工受体或结构单元同一性的变化；人工受体或结构单元的拓扑结构的变化；所述人工受体或结构单元与支持体结合的方式的变化；平层或平层修饰剂的变化；人工受体或结构单元的电荷，体积，亲脂性，或亲水性的变化；或人工受体或结构单元的分子描述符的变化。
文档编号G01N33/543GK1890565SQ200480035762
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月2日 优先权日2003年12月2日
发明者R·E·卡尔森 申请人:受体有限责任公司