利用声学器件检测分析物的方法和设备的制作方法

专利名称：利用声学器件检测分析物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测流体样品中一种或多种分析物的方法。 发明背景对于检测液体介质中的分析物(例如，化学和生物学物质)的系统，其显著难点 包括介质中分析物的浓度和将分析物转运至传感器表面。对于生物学应用，由于这 种分析物的浓度可能较低，通常会产生浓度问题。此外，生物学分析物(例如，细 胞、细胞碎片和大分子，如蛋白质和核酸)可能较大；所以会因这些较大的分析物 在流体溶液中扩散非常慢而产生转运问题。除细胞、细胞碎片和诸如蛋白质及核酸等分子外，检测小分子分析物可作为 诊断疾病、监测患者中药物的药代动力学和筛选潜在药物靶标的小分子文库的有用 标记。常需要监测患者体内的许多治疗性药物，包括小分子药物以尽可能提高药物 的有益作用和避免可能产生的不利作用。例如，雌二醇是用于评估许多健康状况的小分子。例如，可采用血液检测促 卵泡激素(FSH)和雌二醇(E2)来检查卵巢储备(ovarian reserves)和卵子功能(egg function)是否完全。此外，可将雌二醇及其代谢物用作乳腺癌的风险决定因素。雌 二醇水平升高与患乳腺癌的风险增加有关。然而，雌二醇水平低与脊椎骨折风险增加有关。美国食品与药品管理局已批准在某些患者中使用药物他莫昔芬来预防乳 腺癌。然而，他莫昔芬降低血清雌二醇水平会增加脊柱骨折发生率。因此，需 要医师能经常监测患者的雌二醇水平，从而确保雌二醇水平维持在能降低乳腺 癌风险但不会增加脊柱骨折风险的某一范围内。还需要频繁监测患者体内的治疗剂。治疗剂包括，例如免疫抑制药物，例如 环孢菌素、他克莫司(FK-506)、雷帕霉素和麦考酚酸。免疫抑制剂的治疗指数窄， 患者之间和患者体内生物利用度的差异程度高。使用免疫抑制剂需要小心、频繁地 监测患者的样品以平衡防止移植物排异所需的免疫抑制水平同时避免过分免疫抑
制导致的不利作用，例如毒性、感染和患癌症风险增加。检测小分子，例如雌二醇往往困难，不仅是因为样品中其浓度可能低，也是 因为可用于结合小分子分析物的合适捕捉剂数量有限。这些局限性常造成难于设计 或改进已有的试验，例如对检测低水平小分子分析物足够灵敏且特异的酶联免疫吸 附测定。检测患者样品中的分析物通常需要在医师诊室或诊所获得样品，转送样品作 分析。按照不同的分析物，分析可持续一天到数周。分析结果送至医师处，其根据 需要用该信息调整治疗方案并与患者联系以转告新的治疗方案。分析样品的滞后使 得医师难于精确地制定合适的治疗方案。需要能更方便地用于检测小分子分析物，检测低浓度分析物的改进试验。此 外，需要改进对分析物，包括小分子分析物的检测，从而能(按患者)定制给药方案 来维持个体患者中药物的疗效同时降低有害副作用。此外，需要在护理时能用于检 测生物学和/或临床相关分析物的方法和设备，从而能减少获得样品和获得试验结 果之间的滞后。竞争试验的关键度量是单位时间内累积在传感器上的分析物量。为获得良好的性能，累积速率(以及产生的瞬时信号(signal transient))需要快于传感器漂移速 率。分析物检测系统的另一关键性能度量是系统收集传感器表面上的感兴趣分析物 的优先程度。由于许多生物学样品含有外来背景组分(例如，其它蛋白质、细胞、 核酸、灰尘)，需要防止这些背景组分干扰所需的检测。因此，能将分析物选择性 地吸引到传感器而让干扰性背景组分通过的转运方法肯定有益。联用这种方法和分 析物(例如，抗体、互补DNA链等)与传感器表面的选择性结合能高度炱敏地检测 含大量外来背景组分的样品中的分析物含量。已提出了各种提高分析物转运至传感器表面的方法，包括过滤、新型流体几 何学(flow geometries)、声场、电场(时变和静态)和磁场。已用声激励(acoustic excitation)将细胞牵引至场节点(field node)，但单用该技 术难将物质转运至表面。已用电场(电泳和双向电泳)来提高转运，但不能普遍适用于所有类型的分析物 和样品。它们通常对于较大的分析物(例如，细胞)更有效。此外，给定种类和菌株 中的微生物电特性不同，因而难于预测系统在所有预定操作条件下的性能。有时需 要改变样品的离子强度来提高转运的性能。该要求与试验的最佳结合或洗涤条件相 冲突。电场还可能消耗能量并加热导电流体(例如，0.01M磷酸缓冲溶液)，由于加 热会破坏生物学分析物，这是不利的。免疫磁性分离(IMS)方法是本领域已知分离样品中分析物的方法。发明概述本发明涉及检测样品中是否存在一种或多种分析物的方法。在一个实施方式中，该方法包括将包被有捕捉剂的多个磁性颗粒引入流体室(fluidchamber)中，其中该流体室的至少一个表面装有结合了第一分析物的声学器件。多个磁性颗粒可先 与样品接触，然后将这些颗粒引入该室中，或者可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。可在该声学器件附近产生磁通量从而将所述多个磁性颗粒中的至少一 个引向所述表面。监测所述声学器件产生的信号输出从而能检测样品中是否存在一 种或多种分析物。在另一实施方式中，检测样品中是否存在一种或多种分析物的方法包括将多 个颗粒和竞争分子引入流体室的步骤，所述颗粒包被有能结合分析物的第一捕捉 剂。在某些实施方式中，这些颗粒是磁性颗粒。该流体室的至少一个表面装有包被 了能结合竞争分子的第二捕捉剂的声学器件。可在该声学器件附近产生磁通量从而 将所述多个磁性颗粒中的至少一个引向所述表面，监测所述声学器件产生的信号输 出从而能检测样品中是否存在一种或多种分析物。多个磁性颗粒可先与样品和竞争 分子接触，然后将这些颗粒引入该室中，或者可先将样品和竞争分子引入流体室， 然后或同时引入颗粒。监测所述声学器件产生的信号输出从而能检测分析物。本发明也涉及确定是否要调整个体的剂量的方法。该方法包括检测样品中一 种或多种分析物的水平。在一个实施方式中，检测样品中一种或多种分析物水平的 方法包括将包被有捕捉剂的多个磁性颗粒引入流体室，其中该流体室的至少一个表 面装有上述结合了第一分析物的声学器件。可在该声学器件附近产生磁通量从而将 所述多个磁性颗粒中的至少一个引向所述表面。监测所述声学器件产生的信号输出 从而能检测样品中一种或多种分析物的水平。根据样品中一种或多种分析物的水平 决定是否调整药物剂量。在还有另一实施方式中，检测能与捕捉剂结合的分析物的方法包括将多个颗 粒引入流体室。各磁性颗粒包被有不同分析物，该流体室的至少一个表面装有结合 了捕捉剂的声学器件。监测上述声学器件产生的信号输出从而能检测能与捕捉剂结 合的分析物。多个磁性颗粒可先与样品接触，然后将这些颗粒引入流体室中，或者 可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。监测所述声学器件产生的信号输出 从而能检测分析物。本发明涉及检测样品中的雌二醇的方法。在一个实施方式中，该方法包括将 包被了能结合雌二醇的捕捉剂的多个磁性颗粒引入流体室的步骤，其中该流体室的 至少一个表面装有连接了雌二醇的声学器件。多个磁性颗粒可先与样品接触，然后 将这些颗粒引入流体室中，或者可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。监 测所述声学器件产生的信号输出从而能检测样品中的雌二醇。在另一实施方式中，该方法包括将多个颗粒和竞争分子引入流体室的步骤， 所述颗粒包被有能结合雌二醇的第一捕捉剂。该流体室的至少一个表面装有包被了 能结合竞争分子的第二捕捉剂的声学器件。多个磁性颗粒可先与样品接触，然后将 这些颗粒引入该室中，或者可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。监测所 述声学器件产生的信号输出从而能检测雌二醇。本发明涉及检测样品中一种或多种免疫抑制剂的方法。该方法包括将包被了 能结合免疫抑制剂的捕捉剂的多个磁性颗粒引入流体室的步骤，其中该流体室的至 少一个表面装有结合了所述免疫抑制剂的声学器件。多个磁性颗粒可先与样品接 触，然后将这些颗粒引入室中，或者可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。 监测所述声学器件产生的信号输出从而能检测样品中的免疫抑制剂。在另一实施方式中，检测一种或多种免疫抑制剂的方法包括将多个颗粒和竞 争分子引入流体室，所述颗粒包被有能结合免疫抑制剂的第一捕捉剂，其中该流体 室的至少一个表面装有包被了能结合竞争分子的第二捕捉剂的声学器件。多个磁性 颗粒可先与样品接触，然后将这些颗粒引入该室中，或者可先将样品引入流体室， 然后或同时引入颗粒。监测所述声学器件产生的信号输出从而能检测免疫抑制剂。本发明提供了分析物的改进检测方法。在某些实施方式中，所述分析物可包 括小分子，包括但不限于雌二醇和治疗性药物。本发明的结果是，不难测定某给定 药物的药代动力学(参数)并更易于定制(例如，由医师定制)给药方案来维持药效同 时减少不利副作用。此外，可在护理处采用本发明检测生物学和/或临床相关分析
物而避免延误(例如，将样品发送至远离现场的测试机构而致的延误)，从而能定制 护理(方案)并提高患者顺从性水平。本文所用的术语"护理处"包括，例如医师诊 室、诊所、急诊室和流动治疗机构(例如，救护车)。在一个实施方式中，该方法还 包括根据样品中所述药物的水平调整给予个体的治疗性药物剂量。治疗性药物水平 可按照所测试治疗性药物的已知治疗范围而有所不同。可根据样品中所检测分析物的水平利用本发明来诊断疾病或评估患病风险。 在一个实施方式中，所述疾病是乳腺癌。例如，可联用检测乳腺癌标记的方法与其 它诊断测试，如乳房X线照片来检测个体的乳腺癌。在另一实施方式中，可采用 检测乳腺癌标记的方法来测定个体患乳腺癌的可能性。此外，可利用本发明评估患 者的状况，例如根据雌二醇水平测定患者的生育能力。可利用本发明监测患者中生 物或临床相关物质的水平。此外，可根据患者中某给定分析物的水平，采用本发明 测定该患者是否适合接受药物，或是否适合纳入药物研究。

图1所示系统100因相关的效率和低操作成本而非常适合以不分批的方式操作个体样品，而分批方式要在运行试验前获得许多样品。以此方式，本发明的各实 施方式非常适合在个体基础上分析样品。在分析物检测系统的一个实施方式中，分析物与磁性颗粒(例如，磁珠)结合从 而形成分析物-颗粒复合物。通过施加磁场梯度将分析物-颗粒复合物运送并固定到 传感器件表面。磁场感应颗粒的磁性材料随局部磁力线排列而极化。颗粒受到梯度 方向的净力(作用)，从而导致颗粒向场强更高的区域迁移。改变磁场分布，将分析 物-颗粒复合物从样品流中吸下，将它们沿着传感器件表面分布。与磁性颗粒相比， 样品中的外来背景组分(例如，细胞、蛋白质)通常磁化率很低，所以磁场不会显著 影响它们。因此，只有极少部分的这种背景物质能与传感器表面相互作用。在一个实施方式中，传感器件是柔性板波(flexural plate wave)(FPW)器件，其特别能与磁性颗粒良好起作用的原因有二。第一，传感器件表面存在磁性颗粒导致 FPW信号应答放大。分析物-颗粒复合物的组合体积和密度较大，产生的FPW信 号应答高于单一分析物。第二， FPW器件的传感器表面由通常是数微米厚的薄膜 构成，从而能在传感器表面产生更大的磁场和场梯度，因为场源放置得更接近样品 流。这导致从样品中捕获的分析物部分更多。由于捕捉速度和效率较高，可能以较 少次数处理较大体积的样品。
在一方面，检测分析物的设备包括具有至少一个流体进入开口的流体室，和 界定该流体室中至少一个内表面的至少一部分的柔性板波器件。该设备还包括监测 柔性板波器件产生的至少一种信号输出的监测器件，包被有对分析物具有亲合力的 捕捉剂的多个磁性颗粒，和将磁性颗粒选择性吸引到流体室的至少一个内表面的第 一磁通量源。在另一方面，共振器件系统的柱盒包括具有至少一个流体进入开口的流体室， 和界定该流体室的至少一个内表面的柔性板波器件。该设备还包括将磁性颗粒选择 性吸引到流体室的至少一个内表面的第一磁通量源。在另一方面，检测分析物的方法包括混合含分析物的流体与包被有对该分析 物具有亲合力的捕捉剂的多个磁性颗粒，从而至少一些磁性颗粒与至少一些分析物结合。该方法还包括将混合流体引入第一流体室，其中柔性板波器件的至少一个表面与该第一流体室中的流体发生流体接触(fluid communication^该方法还包括在 该柔性板波器件附近产生第一磁通量，从而将至少一些结合的磁性颗粒磁性吸引至 该柔性板波器件的至少一个表面。在另一方面，检测分析物的方法包括用第一捕捉剂包被位于流体室中的柔性 板波器件某表面的至少一部分，将含有分析物的流体引入该流体室，从而使一些分 析物与位于柔性板波器件上的捕捉剂结合。该方法还包括将含有多个磁性颗粒的流 体引入该流体室，所述颗粒包被了第二捕捉剂，并在该柔性板波器件附近产生磁通 量，从而将至少一些磁性颗粒磁性吸引至该柔性板波器件的表面。与常规试验相比，本发明的结果是可以检测水平远低的分析物。许多因素提 高了分析物的检测极限。在一个实施方式中，本发明每份样品用的颗粒较少，从而 使得颗粒上包被的分析物密度更高，即使样品中分析物的浓度低也如此。每个颗粒 所含的分析物水平较高导致各包被颗粒对传感表面的亲合力较高。当试验方式是竞争性试验，即传感表面包被有分析物时，能更有效地阻断包 被有较高密度分析物的颗粒与传感表面的结合，因为各颗粒含有的能自由结合传感 表面分析物的捕捉剂分子较少。换言之，颗粒与分析物的比率较低导致样品中的分 析物与传感表面的分析物之间的竞争更激烈，从而能检测样品中浓度较低的分析 物。因此，本发明提高了系统的精确性和灵敏度，因为这些颗粒包被有更高密度的 分析物，对传感表面的结合更强。
在另一实施方式中，按照本发明原理制造的器件以及执行的方法对于捕捉低 浓度的颗粒特别有用，因为传感器表面薄(例如在一个实施方式中是数微米级)。一 个实施方式联用薄表面与磁场梯度及磁性颗粒。由于传感器表面薄，可在该传感器 表面的一侧感应大磁场梯度。磁场梯度大可将磁场聚集在传感器表面附近而增强传 感器表面对磁性颗粒的吸引作用。磁场梯度大可将磁场聚集在传感器表面附近而增 强传感器表面对磁性颗粒的吸引作用，而使样品中的其它物质流过。以此方式可用 较低数量的颗粒而能提高该系统的检测极限，因为磁场梯度能将颗粒聚集在在传感 表面附近使之与结合的分析物或捕捉剂相互作用，这取决于试验形式。在各种实施 方式中，可撤去磁场梯度，从而能洗去任何非特异性结合的颗粒。在各种实施方式 中，可撤去磁场梯度，从而能洗去任何非特异性结合的颗粒。附图简述当结合以下附图阅读时，从以下描述可更全面地理解本发明以上和其它目的、 其各种特征及发明本身，在这些附图中图1A显示了按照本发明构建的分析物检测系统的一个实施方式。 图1B显示了图1A所示分析物检测系统一部分的另一实施方式。图2更详细地显示了图1A所示的FPW传感器。图3显示了联用FPW传感器与分析物-颗粒复合物检测生物学分析物的通用 检测方案。图4显示了一示范性检测方案中多个FPW传感器信号变化与时间的函数关系。图5是显示所检测的最终信号变化与原始分析物浓度的函数关系的概图。 图6类似于图4，显示了一检测方案的时间进展图(time evolution plot)，但用的是PSA分析物。图7是将某分析物吸引至声学器件传感表面的三种不同方式的示意图。 图8是本发明一实施方式的示意图，其中竞争分子(例如，分析物)结合于传感表面。图9是本发明一实施方式的示意图，其中竞争分子是与标签相连的感兴趣分 析物，声学器件的传感表面包被有能结合该标签的捕捉剂。 图IO是本发明一实施方式的示意图，其中竞争分子包含载体及与载体结合的 两种或多种感兴趣的分析物分子，声学器件的传感表面包被有能结合该感兴趣分析 物的捕捉剂。图11显示了多个FPW传感器的信号变化与PSA浓度的函数关系。图12显示了多个FPW传感器的信号变化与血清中雌二醇浓度的函数关系。图13是缓冲液中FK-506的剂量反应曲线。图14显示了多个FPW传感器的信号变化与缓冲液中FK-506浓度的函数关系。图15是血清中FK-506的剂量反应曲线。图16显示了多个FPW传感器的信号变化与血清中FK-506浓度的函数关系。 优选实施方式描述本发明涉及利用声学器件检测分析物，包括小分子分析物的方法。所述小分 子分析物通常包含一个或只包含几个捕捉剂可识别的结合位点。由于小分子具有较 少的几个或只具有一个结合位点，本发明的一个实施方式采用竞争性结合来检测和 /或定量测定分析物。当分析物含有能被两种或多种捕捉剂识别的结合位点时，可 采用例如夹心试验，用两种不同的捕捉剂检测该分析物。在临床上，内源性雌二醇增加与妇女乳腺癌流行相关。例如，业已证实乳房 造影乳腺密度(乳腺组织雌激素过度合成的临床表现)增加的妇女有发生乳腺癌的 较高风险(Boyd， N. F.等，N. Engl. J. Med.， 347:886-94 (2002))。此外，业已证 实血清雌二醇水平处于高四分位数(upper quartile)的妇女患乳腺癌的风险高于血 清雌二醇水平处于正常下四分位数(lower quartile)的绝经后妇女(Cauley， J. A.等， Ann. Intern. Med.， 130(4部分1): 270-7 (1999))。因此，可利用检测雌二醇的方 法检测乳腺癌。此外，本发明方法可与其它诊断测试，如乳房X线照片联用来检 测个体的乳腺癌。在另一实施方式中，可利用检测雌二醇的方法来测定个体患乳腺 癌的可能性。可利用检测雌二醇的方法评估或开发个体的治疗方案，或测定某个体对于某 具体疗法、治疗或临床研究是否适合或合格。例如，可用该方法评估个体是否可作 为用他莫昔芬治疗的候选对象。在另一实施方式中，可用雌二醇水平监测患者的激
素替代疗法来平衡激素替代的益处与雌二醇水平升高的风险。总体上，检测分析物是基于包被有捕捉剂(在本文也称为第一捕捉剂)的颗粒改 变声学器件共振频率的能力。该捕捉剂能结合分析物。在一实施方式中，在样品和竞争分子存在下使多个包被有捕捉剂的颗粒与声学器件的传感表面接触。传感表面 可以是本文所述流体室或通道的一部分。此外，包被颗粒可以静态方式与传感表面 接触，例如可将包被颗粒引入室中并温育一定的时间。在另一实施方式中，包被颗 粒可以非静态方式与传感表面接触，例如使包被颗粒流过流体室或通道。如本文所述，惊奇地发现使用较低浓度的颗粒能检测较低浓度的分析物。该 发现是出乎意料的，因为在传统上，涉及通过颗粒来捕捉的试验要用大量的颗粒以 尽可能提高捕捉效率。在本发明的竞争性结合方式中，能结合声学器件传感表面的颗粒的用量通常 与样品中感兴趣分析物的含量成反比。样品中分析物的水平越高，则颗粒上的捕捉 剂被样品中分析物占据的越多，颗粒上可用于结合竞争分子的捕捉剂越少，从而影 响到与声学器件传感表面相互作用的颗粒的数目或数量。如下所述，竞争分子可存 在于溶液中，或可结合于声学器件的传感表面。在一优选实施方式中，所述颗粒是 磁性的，磁通量施加于声学器件附近以将多个磁性颗粒中至少一个吸到传感表面。在一实施方式中，检测一种或多种分析物的方法包括将包被有能结合分析物 的捕捉剂的多个颗粒引入流体室，其中该流体室的至少一个表面装有连接了能结合 分析物的声学器件。该方式在本文中称为夹心方式。可先使多个颗粒与样品接触， 再将这些颗粒引入流体室，或者可先将样品引入流体室，然后或同时引入颗粒。监 测所述声学器件的信号输出，从而能检测样品中一种或多种分析物。微方式尽管不想局限于理论，但以小分子分析物为例，当试验方式是竞争性试验， 即传感表面包被有分析物时，利用较少的颗粒或浓度较低的颗粒能使颗粒包被更高 密度的分析物。能更有效地阻断包被有密度更高分析物的颗粒与传感表面结合，因 为各颗粒含有的能自由结合传感表面分析物的捕捉剂分子较少。换言之，颗粒与分 析物的比率较低导致样品中的分析物与传感表面的分析物之间的竞争更佳，从而能 检测样品中浓度较低的分析物。颗粒所用的浓度可以是约1 X 102-约1 X 107/mL。在另一实施方式中，颗粒的浓度是约5 X 103-约5 X 105/mL。图7
显示了声学器件的传感表面包被分析物的三种实施方式。在图B中，分析物10通过化学接头与表面12直接结合。在图A和C中，分析物与表面间接结合。 在图A中，表面12包被有结合对的第一成员32。连接了一个或多个分析物分 子10的该结合对的第二成员22能与包被该表面的该结合对的第一成员结合。 在图C中，表面12包被有结合对的第一成员。该结合对的第二成员22能与连 接在表面上的该结合对第一成员结合，用结合对的第一成员32标记的捕捉剂 16能与该结合对的第二成员结合。含有连接了一个或多个分析物分子的载体的 竞争分子24能与捕捉剂16结合。如图8所示，在一实施方式中，竞争分子包含与声学器件的传感表面12结合 的感兴趣分析物IO(图A)。包被有捕捉剂16的颗粒14与含有分析物18的样品接 触(图B)。未与样品的分析物结合但与颗粒结合的捕捉剂20能自由与声学器件表 面结合的分析物结合(图C)。如图C和D所示，样品中分析物的水平越高，与声学器件传感表面结合的颗粒越少，因为颗粒上更多的捕捉剂被样品的分析物占据。监 测声学器件产生的信号输出来测定与表面结合的颗粒的数量和/或数目，从而能检测样品中是否存在一种或多种分析物。此外，可测定样品中是否存在分析物或其数 量，例如通过比较信号与对照。如本文所述，在另一实施方式中，所述颗粒可以是 磁性颗粒。将各颗粒引入流体室后，在声学器件附近产生磁通量，从而将多个磁性 颗粒中的至少一个吸到传感表面(例如，类似于图1A、 1B和2所述)。如图9所示，在另一实施方式中，声学器件的传感表面12包被有能结合竞争 分子24的捕捉剂22(在本文中也称为第二捕捉剂)。竞争分子可以是，例如连接有 标签26的感兴趣分析物10，第二捕捉剂能结合该标签。如图9所示，样品中分析 物的水平越高，与声学器件的传感表面结合的颗粒14越少，因为颗粒上更多的捕 捉剂16被样品的分析物所占据。由于第二捕捉剂能结合竞争分子的标签部分，只 有当颗粒已结合了竞争分子时，包被颗粒才与声学器件的传感表面结合。如图10所示，在另一实施方式中，竞争分子24可以是，例如与载体26结合 的两种或多种感兴趣分析物分子或部分10，第二捕捉剂40能结合该分析物。如图 10所示，第二捕捉剂可以间接结合于声学器件传感表面。结合于表面与结合于颗 粒的捕捉剂可以是相同的捕捉剂。包被有捕捉剂16的颗粒14与含有分析物10和 竞争分子24的样品接触(图B)。结合于颗粒但未与样品分析物结合的捕捉剂能自 由结合竞争分子，该竞争分子进而与结合于传感表面的捕捉剂结合(图C)。如图D所示，样品中存在的分析物水平越高，与声学器件的传感表面结合的颗粒越少，因 为颗粒上的更多捕捉剂被样品中分析物所占据。当分析物是只含有1个拷贝某给定 表位或结合位点的小分子时，只有颗粒己结合了竞争分子，包被颗粒才能与声学器 件传感表面结合。可利用本发明筛选一种或多种感兴趣的小分子。在该实施方式中，将多个颗 粒引入流体室。所述多个颗粒包括包被有不同分析物的颗粒。该流体室的至少一个 表面装有结合了捕捉剂的声学器件，其中所述捕捉剂能结合感兴趣的分析物。监测 所述声学器件产生的信号输出，从而检测能与捕捉剂结合的分析物。可采用本发明方法检测样品中是否存在分析物和/或测定分析物的浓度或水平。采用本发明方法检测的浓度可以是绝对浓度或相对浓度。例如，浓度可以是同 一体液样品中存在的参比分析物浓度的相对值。可通过比较该数据与在不同时间获 得的相似数据来获得此浓度，从而测定实际浓度是否发生明显变化。在本文所述的任何实施方式中，该方法提供的读数(read-out)可以是正读数或负读数。在其它实 施方式中，如果检测的是分析物的某些阈值水平，该方法可提供正读数。对于本文所述的各实施方式，可对下述方法作出许多变化而不脱离本发明的 范围。脂适用于本发明的样品包括怀疑含有分析物的任何物质。可从来源直接获得 可用的样品，或者可按照一个或多个步骤修饰所得样品。样品可衍生自任何生 物学来源，例如生理学液体(例如，血液、唾液、痰、血浆、血清、眼晶体液(ocular lens fluid)、脑脊液、汗液、尿液、乳汁、腹水、滑膜液、腹膜液、羊水等)和 粪便。可用生物学拭子，例如鼻或直肠拭子采集样品。此外，样品可以是生物 活检物质。样品可得自人、灵长类、动物、禽类或其它合适的来源。可以在使用前预处理样品，例如从血液制备血浆、稀释粘稠的液体等。还 可过滤、蒸馏、提取或浓縮样品。例如， 一些小分子药物可渗入血细胞并与血 液中的蛋白质结合(例如，FK506)。可通过加入蛋白质沉淀剂和细胞裂解剂来提 取小分子。例如，可将硫酸锌、聚乙二醇和甲醇的混合物加入离心后洗脱的血 液和溶剂相。另一种制备方法是加入含有蛋白质消化酶和洗涤剂的混合物以破 坏蛋白质和细胞，从而释放小分子。离心后，洗脱液相并分析以测定原始样品 中的小分子浓度。也可处理样品以灭活或修饰样品中可能干扰分析物或检测过程的某些活性(物质)。例如，可将解复合拮抗剂(decomplexingantagonist)加入样 品以使分析物与可能结合的捕捉剂和/或可干扰捕捉剂结合分析物的其它分子 解离。这种拮抗剂可以是，例如甾体拮抗剂。以雌二醇检测为例，可加入达那 唑来处理样品，使雌二醇与性激素结合蛋白质解离。对于进行环境或食品试验，可使用除生理学液体以外的其它液体样品，例 如水、食品等。此外，怀疑含有分析物的固体物质可用作测试样品。可修饰固 体测试样品(例如，匀浆、提取或固化)来形成液体介质或释放分析物。样品体积可以少至10pL或多至250 mL。在一个实施方式中，样品体积可 以少至50pL或多至5mL。在一个实施方式中，样品体积是约1-约5 mL。在一个实施方式中，可用下述一个柱盒运行一份样品。此外，为测试含一 种或多种分析物的一组对象，可将一份样品分成两等份或多等份。可测试各等 份试样中的不同分析物，例如对于每种要测试分析物利用不同的柱盒。以此方 式，可以个体为基础(g卩，从患者获得时)而不是以分批模式，例如，累积多份 样品从而同时或在同一次仪器运行中分析样品。薪娜本发明所用的合适捕捉剂包括能结合感兴趣分析物的任何分子。术语"捕 捉剂"包括能结合感兴趣分析物的分子或多分子复合物。捕捉剂优选以基本上 特异性的方式结合它们的结合伴侣。优选解离常数(KD)小于约10'6的捕捉剂。 捕捉剂也可以是，例如多肽、核酸、碳水化合物、核蛋白、糖蛋白、糖脂和脂 蛋白。抗体或抗体片段极其适合用作捕捉剂。能结合所选择分析物的抗体可以 商品化购得或可采用产生抗体的标准方法制备。抗原也可用作捕捉剂，因为它们能结合抗体。结合配体的受体是可能的捕 捉剂的另一个例子。应知道，蛋白质捕捉剂不限于通过非共价相互作用只与它 们的结合伴侣相互作用的物质。捕捉剂也可任选共价连接于其所结合的蛋白 质。例如，捕捉剂可在结合后用光激发交联于其结合伴侣。术语"抗体"包括无论天然产生的或完全或部分合成产生的任何免疫球蛋 白。该术语也包括保留与感兴趣分析物结合能力的抗体衍生物。该术语还包括
含有与某免疫球蛋白结合结构域同源或大部分同源的结合结构域的任何蛋白 质。这些蛋白质可得自天然来源、完全或部分合成产生。抗体可以是单克隆或多克隆的。抗体可以是任何一类免疫球蛋白，包括IgG、 IgM、 IgA、 IgD和IgE。当已知分析物能与某载体蛋白结合时，所述抗体可以对该分析物的游离形式或 该分析物的载体结合形式特异。能结合所选择分析物的抗体可以商品化购得或 采用产生抗体的己知方法制备。术语抗体也包括抗体片段。术语"抗体片段"指小于全长的任何抗体任何 衍生物。抗体片段优选至少保留了结合感兴趣分析物的能力。抗体片段的例子包括但不限于Fab、 Fab'、 F(ab')2、 scFv、 Fv、 dsFv双抗体(diabody)和Fd片段。可用任何方式制备抗体片段。例如，可通过酶促或化学方法片段化完整的 抗体来制备抗体片段，或用编码部分抗体序列的基因重组产生抗体片段。或者， 可以完全或部分合成产生抗体片段。抗体片段可以任选是单链抗体片段。或者， 该片段可包含通过(例如)二硫键连接在一起的多条链。该片段也可任选是多分 子复合物。功能性抗体片段通常含有至少约50个氨基酸，更常见含有至少约 200个氨基酸。单链Fv (scFv)是只含有由多肽接头彼此共价相连的轻链(VO可变区和重链(VH)可变区构成的重组抗体片段。Vl或VH可以是NH2-末端结构域。多肽接头的长度和组成可以不同，只要所述两个可变区经桥连而没有严重空间干扰。接 头通常由间插有一些谷氨酸或赖氨酸残基的甘氨酸和丝氨酸残基延伸段构成 而易溶解。"双抗体"是二聚的scFv。双抗体的成分中含有的肽接头通常短于 大多数scFv，它们显示优先结合成二聚体。"Fv"片段是只含通过非共价相互 作用连接在一起的一个VH结构域和一个VL结构域构成的抗体片段。本文所用 的术语"dsFv"指含有工程改造的分子间二硫键而稳定Vh-Vl配対的Fv。 "F(ab')2"片段是基本上等同于pH 4.0-4.5时，用胃蛋白酶消化免疫球蛋白(一 般是IgG)获得的抗体片段。可以重组产生该片段。"Fab"片段是基本上等同 于通过还原F(ab')2片段中连接两条重链的一条或多条二硫键获得的抗体片段。 可以重组产生Fab'片段。"Fab"片段是基本上等同于用胃蛋白酶消化免疫球蛋 白(一般是IgG)获得的抗体片段。可以重组产生Fab片段。Fab片段的重链区段 是Fd。
合适的多肽捕捉剂实际上也包括能结合感兴趣分析物或小分子，例如小有 机分子的任何肽、多肽或蛋白质。在一个实施方式中，捕捉剂是能结合感兴趣 分析物的抗体。在优选的实施方式中，捕捉剂能结合小分子。例如，可以商品 化购得、采用重组方法、采用合成制备方法或从天然来源纯化获得合适的多肽 捕捉剂。多肽包括，例如细胞表面和可溶性受体蛋白，例如淋巴细胞表面受体、 类固醇受体、核蛋白、信号转导分子、转录因子、变构酶抑制剂、凝血因子、 酶(如蛋白酶和胸苷酸合成酶、丝氨酸/苏氨酸激酶、苏氨酸激酶、磷酸酶、细菌酶、真菌酶和病毒酶)、DNA和/或RNA合成或降解相关的蛋白质等。如下 文详述的，当使用多种捕捉剂时，捕捉剂可以是，例如彼此的同种型。捕捉剂也可以是核酸，例如RNA或DNA或肽核酸。在一个实施方式中， 核酸或肽核酸能与核酸或肽核酸分析物杂交。此外，捕捉剂可以是适体， 一种 能结合非核苷酸分析物(例如，蛋白质、小有机分子或无机分子)的核酸。本文 所用的"适体"可以是由天然产生或修饰的核苷酸构成的RNA或DNA链。合适的捕捉剂还包括结合对的成员。合适的结合对包括，例如生物素与亲 和素或生物素与亲和素的衍生物(例如，链霉亲和素和中性亲和素(neutravidin))。捕捉剂可以结合于下述表面或珠上，或采用连接多肽、核酸等标准技术结 合于表面。分析激本文所用的术语"分析物"指，例如捕捉剂所识别的分子结构。例如，术 语"分析物"指抗体所识别的表位，或者可以包括配体的与受体结合部分。术 语"分析物"也包括含有捕捉剂所识别分子结构的较大分子。分析物可以是细 胞的一部分，例如细胞表面蛋白。分析物可以是使用者选择的(例如，预先选择 的)感兴趣分析物。可以根据分析物与感兴趣捕捉剂结合的能力来选择，例如在 小分子文库中筛选。如本文所述，可利用本发明检测一组分析物中的一种或多种分析物。该组 分析物可包含可用本文所述竞争性形式检测的一种或多种分析物。该组分析物 可包含可用本文所述夹心试验方式检测的一种或多种分析物。在一个实施方式 中，分别用下述柱盒检测各分析物。为测试一种或多种分析物的一组对象，可 将一份样品分成两等份或多等份试样。可测试各等份试样的不同分析物，例如
对于所测试的每种分析物利用不同的柱盒。以此方式，可测试多组不同分析物 而无需获得多份样品和/或用不同类型设备来检测不同的分析物。在一个实施方式中，感兴趣的分析物是小分子。小分子包括分子量级别约为1000 g/mol或更低的有机或无机分子。小分子分析物通常含有一个或只有几 个结合位点。由于小分子具有几个或只有一个结合位点，本发明采用竞争性结 合来检测和/或定量测定小分子分析物。然而，应知道可用夹心试验形式检测一些小分子。例如，可通过夹心免疫 测定用固定在传感器表面的一种捕捉剂或蛋白质相互作用伴侣和磁头上的另 一种捕捉剂或蛋白质伴侣来检测雷帕霉素。负责结合雷帕霉素的两种蛋白质是 12-kD FK506结合蛋白(FKBP)和称为FKBP-雷帕霉素结合结构域(FRB)的雷 帕霉素哺乳动物耙标(mTOR)的100-氨基酸结构域。业已证实在没有雷帕霉素 存在下，FKBP和FRB彼此没有明显亲合力。小分子可以包括，例如类固醇、脂质、碳水化合物、肽和杂环化合物(例 如，碱，包括辅因子，如FAD和NADH)。分析物(例如，小分子)可以是小有 机分子文库的一部分，包括醛、酮、肟、腙、半卡巴腙、卡巴腙、伯胺、仲胺、 叔胺、N-取代的肼、酰肼、醇、醚、硫醇、硫醚、硫酯、二硫化物、羧酸、酯、 酰胺、脲、氨基甲酸酯、碳酸酯、縮酮、硫酮(thioketal)、乙縮醛、硫代乙縮醛 (thioacetal)、芳卤、磺酸芳酯、垸卤、磺酸垸酯、芳族化合物、杂环化合物、 苯胺、烯烃、炔烃、二醇、氨基醇、噁唑垸、嗯唑啉、噻唑烷、噻唑啉、烯胺、 磺胺、环氧化物、氮丙啶、异氰酸酯、磺酰氯、重氮化合物和/或酰氯，优选醛、 酮、伯胺、仲胺、醇、硫酯、二硫化物、羧酸、乙縮醛、苯胺、二醇、氨基醇 和/或环氧化物，最优选醛、酮、伯胺、仲胺和/或二硫化物和它们的组合。在一具体实施方式
中，分析物是雌二醇。术语"雌二醇"包括雌二醇和所 有可检测的雌二醇代谢物。因此，术语"雌二醇"可包括雌酮-3-葡糖苷酸(E3G)、 雌二醇-3-葡糖苷酸、雌二醇-17-葡糖苷酸、雌三醇-3-葡糖苷酸、雌三醇-16-葡 糖苷酸和雌酮-3-硫酸酯。在一个实施方式中，可利用雌二醇水平测定患者的卵巢储备状态和/或预测 患者的生育能力。可用本发明检测一部分或一组分析物来测定卵巢储备状态或 生育力状态。分析物对象组可包括，例如雌二醇和FSH。本领域已知的预测方 法，例如Buyalos等，Fertil Steril 68:272-277， 1997中所述，其内容全文纳入 本文作为参考。本发明分析物也可以是生物学分析物，例如多肽、核酸、碳水化合物、核 蛋白、糖肽或糖脂。有用的分析物包括，例如酶、类固醇、激素、转录因子、 生长因子、免疫球蛋白、类固醇受体、核蛋白、信号转导组分、别构酶调节剂 等。例如，可以商品化购得、重组、合成或从天然来源纯化来获得感兴趣的分 析物。在优选的实施方式中，感兴趣的分析物与具体人疾病或病症相关。合适 的生长因子包括细胞因子，例如促红细胞生成素/EPO，粒细胞集落刺激受体， 粒细胞巨噬细胞集落剌激受体，血小板生成素(TPO)， IL-2， IL-3， IL-4， IL-5， IL-6， IL-IO， IL-ll， IL-12，生长激素，催乳素，人胎盘催乳激素(LPL)， CNTF 和octostatin。合适的类固醇包括但不限于雌二醇、孕酮、睾酮和它们的衍生 物。合适的其它分析物包括，例如胰岛素、胰岛素样生长因子1 (IGF-1)、表皮 生长因子(EGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、胎盘生长因子(PLGF)、 TGF-a 和TGF-p，其它激素和受体，例如骨形态发生因子、促卵泡激素(FSH)和黄体 激素(LH)、组织坏死因子(TNF)、凋亡因子-l和-2(AP-l和AP-2)和mdm2。 生物学分析物还包括细胞分析物，其包括，例如合适的可检测标记，如表面受 体。在一个实施方式中，分析物是乳腺癌标记。乳腺癌标记包括，例如上述雌 二醇及其代谢物。此外，乳腺癌标记包括但不限于授予Watkins等的US 6,936,424中描述的蛋白质，该篇专利的内容全文纳入本文作为参考。感兴趣的分析物还可以是治疗性药物，其可用于检测患者样品中的药物水 平，例如为药物治疗目的。合适的治疗性药物包括但不限于蛋白酶抑制剂和 免疫抑制剂。合适的蛋白酶抑制剂包括安瑞那韦(ageneraser)、瑞塔滋(reyataz)、 lexiva、夫沙那韦(telzir)、印地那韦、kaletra、奈非那韦(viracep)、 norvi、沙奎 那韦、aortovase、替拉那韦(aptivus)等。合适的免疫抑制剂包括环孢菌素、他克 莫司(FK-506)、雷帕霉素、麦考酚酸等。在一个实施方式中，采用竞争性试验 检测感兴趣的治疗性药物。在另一实施方式中，用夹心试验形式检测治疗性药物。如上所述，治疗性 药物可与载体或结合蛋白结合，可用能结合载体的捕捉剂通过夹心试验检测所 述治疗性药物。在另一实施方式中，治疗性药物是生物学疗剂。生物学疗剂的 例子包括单克隆抗体、酶、激素和其它蛋白质。由于这些分子很大，它们通 常具有多个表位并可用夹心试验检测。通常给移植患者开的处方是联用免疫抑制药物。例如，神经钙蛋白抑制剂， 例如环孢菌素和他克莫司常与麦考酚酸一起开处方。此外，可单用雷帕霉素(西 罗莫司)或与他克莫司和环孢菌素联用。因此，对一位患者进行一系列检测来协助医师确定改进他们的药物水平是有益的。 一组分析物可包括小分子和生物物 质(在本文中也称为生物标记)。 一组分析物可包括，例如一种或多种处方治疗 性药物和任选的免疫应答标记，例如一种或多种炎性细胞因子。此外，可联合 检测治疗性药物和生物标记，从而能监测感染或排异。对于其它患者病症和疗 剂可采用类似的方法。感兴趣的分析物可以是病原体或微生物，例如细菌或细菌孢子、病毒、寄 生虫、朊病毒或其它病原体或他们的细胞壁或表面组分，例如革兰阳性肽聚糖、 脂磷壁酸和磷壁酸，和革兰阴性内毒素，例如脂多糖。细菌分析物包括，例如 志贺菌属(S/n'ge〃a )，如痢疾志贺菌0S/n'ge//a ^^e/^en'ae);弯曲杆菌属 (Cam;7_y/o6ctc/er 5p.)， 如空肠弯曲杆菌(Camp_y/o6a"er J力.wm〕； 肠球菌属 CEV7fen9coccMj1 w.)， 如粪肠球菌(五"&rococctw y^ecaZ/s); 炭疽杆菌(5ac〃/zw flW/zrac/"; 鼠疫耶尔森菌(yeM/m'a ; 百日咳博得特菌CSoWefe〃o/ e由肌's); 链球菌(5Y， ococca/ 5T ec/e5); 金黄色葡萄球菌(iS啤一ococcws ；结核分枝杆菌(Afyco6fl"eW,励ercw/057-s); 艰难梭菌(C7o欲W, ^j^c〃e);破伤风梭菌(C7oWnWwm 肉毒梭菌(C/oWnW/wm 6ofw/^7Mm); 大肠杆菌CEscAer/c/n.a co//); 鼠f另寒 少门菌(Sa/mo"e〃a ^y/ /n'm"r/m); 肠^!^门菌 (Sfl/mo"e〃a ewfer,cfl); 衣原体(C7z/amyc /fl ■spec/es); 苍白密螺方走体(7Ve; o"ema pa〃/t/w/w) ; ^林病奈瑟菌(A^/i^eWa go"o/r/zoeae); 布氏疏虫累方定体OBorz-g/Za 6wrgctor/en'); 霍舌L弧菌(P76n'o c/zo/erae); 白喉棒状杆菌(Cor_y"e6acfeWwm ^p/^/zm'ae)和幽门螺旋杆菌(ife//co6a"er ;^/oW)。寄生虫包括，例如贾第虫、 疟原虫和隐孢子虫。病毒分析物包括，例如鼻病毒、黄热病毒、B群柯萨奇病 毒(CB1、 CB2、 CB3、 CB4、 CB5和CB6)、犬细小病毒(CPV)， 1型单纯疱 疹病毒(HSV1)、牛痘病毒、T4-样病毒、腺病毒、乙型流感病毒、甲型流感病
毒、禽流感病毒、鼻病毒、冠状病毒(如SARS)、人免疫缺陷病毒(HIV)、肝 炎病毒、疱疹病毒、西尼罗病毒和埃博拉病毒。如上所述，在一些实施方式中，检测了多种分析物。在一些实施方式中， 分析物具有相同的分子结构。分析物可以是，例如相同的感兴趣分子。在另一实施方式中，不同的分析物(在本文中也称为第一和第二分析物)是较大分子的 一部分。因此，分析物可以是与较大分子相连或其所含的特定结合位点(例如， 表位)。因此，检测的不同分析物可以是不同分子的一部分。如下所述，分析物可以结合于表面或珠或采用结合小分子、多肽、核酸等 标准技术结合于各表面。在一个实施方式中，分析物间接结合于表面。例如， 分析物可通过结合对第一成员包被表面而间接结合于表面。分析物与该结合对 第二成员结合或相连，然后分析物通过该结合对的第一和第二成员之间的相互 作用而结合于该表面。合适的结合对包括，例如生物素与亲和素或生物素与亲 和素的衍生物，例如链霉亲和素与中性亲和素。按照本发明方法的一个实施方式，可采用各种不同形式使所述多个颗粒与 样品接触。例如，在一个实施方式中，多个颗粒与样品接触后引入流体室。可 先浓縮样品，再将与样品接触的颗粒引入流体室。例如，可通过取出溶液中的 珠并重悬在较小体积的液体中来浓縮样品。在另一实施方式中，先将样品引入流体室，再引入多个颗粒。在还有另一 实施方式中，先将多个颗粒引入流体室，再将样品加入该流体室。如上所述，在另一实施方式中，使多个颗粒与样品和竞争分子接触。可采 用多种不同方式使多个颗粒与样品和竞争分子接触。例如，在一个实施方式中， 使多个颗粒与样品和竞争分子接触，再引入流体室。在另一实施方式中，先将 样品和竞争分子引入流体室，再引入多个颗粒。在还有另一实施方式中，先将 多个颗粒引入流体室，再向该流体室中加入样品和/或竞争分子。如上所述，在本发明的一个实施方式中，将多个磁性颗粒和竞争分子引入 流体室。用能结合分析物的第一捕捉剂包被磁性颗粒，流体室的至少一个表面 装有声学器件，该声学器件包被有能结合竞争分子的第二捕捉剂。在一个实施方式中，所述竞争分子包含与标签相连或结合的分析物，所述第二捕捉剂能结 合该标签。该标签可以是能被捕捉剂识别的任何部分。在一个实施方式中，该 标签是结合对成员之一，该捕捉剂是该结合对的另一成员。例如，标签可以是 生物素，捕捉剂可以是亲和素、链霉亲和素或中性亲和素。在该实施方式中， 采用连接分子与生物素的已知方法连接生物素与分析物，从而形成竞争分子。 可以采用任何合适方法用结合对的第二成员包被所述表面。例如，可如下所述 用生物素包被该表面，然后使该生物素化的表面与亲和素或亲和素的衍生物接 触。在另一实施方式中，竞争分子包含两个或多个与载体相连的分析物分子， 第二捕捉剂能结合该分析物。载体可以是能与两个或多个分析物分子相连或结 合的任何分子。载体可以是蛋白质、核酸或其它聚合物。在一个实施方式中， 载体是白蛋白，例如牛血清白蛋白。在另一实施方式中，载体是辣根过氧化物 酶。在该实施方式中，可如下所述将两个或多个分析物分子与载体相连，或者 可采用己知的连接技术形成竞争分子。如下所示，可用捕捉剂包被表面。如上所述，可用本发明筛选小分子文库中一种或多种感兴趣的小分子。可 通过本领域熟知的技术形成可用于本发明方法的小分子文库类型，或者可以商品化购得(例如，从网址为chembridge.com的化学桥公司(ChemBridge)购得)。 小分子文库包括组合文库。组合文库可以是含有大量(一般在103-106之间)不同 序列寡聚物(其特征通常在于亚单位的序列不同)，或不同序列的侧链和连接键 或不同取代基化合物组合的分子文库。已知制备小分子文库的各种固相或液相 合成方法。在一个方法中，交替混合与分离含有形成文库的靶化合物的连续前 体的珠，在各步骤向各组分离的珠中加入选择的多种试剂之一(Furka等，Int.J. Pept. Protein Res. 37:487-493 (1991); Chen等，J. Am. Chem. Soc. 116:2661-2662 (1994); Pham等,WO 9513538 (1995); Dillard等，WO 9408051 (1994))。在该 实施方式中，各珠只含有一种化学物质。可采用上述已知的方法在各颗粒表面 上合成分析物来制备多个颗粒。 一个实施方式在各颗粒上合成不同分析物。在一个实施方式中，该方法包括制备结合有不同分析物的多个颗粒。在一 个实施方式中，多个颗粒含有两组或多组颗粒，其中各组颗粒包被有不同分析 物。可将不同组颗粒与不同分析物接触来制备颗粒，从而使得各组中的颗粒包 被有不同分析物。然后可将各组颗粒用于本发明方法，或先将它们混合，再用 于本发明方法。
对照信号/标准化在另一实施方式中，将声学器件对接触样品起反应而产生的信号输出与对 照信号比较，或按照对照信号标准化。可由使用者提供或从使用者获得对照信 号。例如，对照信号可以是使用者根据具体分析物、捕捉剂、具体模型或所用 器件的型号或形式而提供的数值。在一个实施方式中，根据许多原理获得对照 信号。例如，对照信号可以是代表使用者获得的许多具体分析物的信号。代表 性信号可以在，例如样品测试前、测试中或之后通过实验获得。在一些实施方 式中，对照信号是通过，例如用特定捕捉剂和特定型号的声学器件分析已知量 的分析物而获得的标准曲线。在另一实施方式中，根据用途获得对照信号。例如，当每次用特定声学器 件测试特定分析物和/或捕捉剂时可获得独特的对照信号。然而，在没有样品存 在下， 一个实施方式可用相同的分析物和/或捕捉剂获得对照信号。可通过将第 二份多个颗粒引入包被有捕捉剂的流体室来获得对照信号。该流体室的至少一 个表面装有结合了第二分析物的声学器件。监测所述声学器件产生的信号输出 来测定用于随后测试的对照信号。芦学器斧声学器件主要通过该器件与流体之间的声学相互作用而与流体偶联。典型 的声学器件包括表面声波器件、柔性板波器件、兰姆波器件和悬臂器件(cantilever device)。声学器件也通过该器件与流体之间的一些粘性相互作用而 与流体偶联，然而，所述偶联主要是声学偶联。粘性相互作用器件主要通过该 器件与流体之间的粘性相互作用而与流体偶联。典型的粘性相互作用器件包括 石英微量天平(QCM)器件、剪切谐波表面声波器件(shear harmonic surface acoustic wave devices)禾口声学板模式器件(acoustic plate mode device)。术语"表 面声波"指器件结构中携带能量的方式，而不是器件如何与流体偶联的方式。 声学器件是流体在器件平面的实际区域上相互作用的器件。声学器件对实际上 平面外并与该器件平面附近的流体(即，动能、势能以及损耗主要蕴含在流体中) 声学偶联的运动起反应。粘性相互作用器件主要对平面内但不与该器件平面附 近的流体声学偶联的运动起反应。
对于涉及，例如检测和定量测定流体中生物或化学物质的应用，声学器件与流体之间的偶联通常(发生在)相对于该器件的平面厚约100 nm-约10 pm之 间，而粘性相互作用器件与流体之间的偶联通常(发生在)相对于该器件的平面 厚约10 nm-约100 nm之间。表面声波器件和剪切谐波表面声波器件可以类似方式在它们各自结构中 携带能量。表面声波器件明显与流体声学偶联，而剪切谐波表面声波器件主要 通过粘性相互作用与流体偶联。图1A示出了根据本发明构造的分析物检测系统100的一个实施方式。该系统100包括通道网络102，用于通过FPW器件104传输各种测试溶液(也称 为"测试溶液"或"流体")。纳入本文作为参考的以下美国专利和专利申请 描述了适合用在本发明的各种类型的FPW器件的示例美国专利5,129,262， 美国专利5,189,914，美国专利6,688,158 B2，美国专利申请10/324,685，美国 专利5,668,303，美国专利5,836,203，美国专利申请20040038195。例如，美国专利5,129,262描述了一种超声波传感器，它具有用于形成兰 姆(Lamb)波传播介质的薄平面材料片。兰姆波也称为板-模式波，仅能穿透 厚度有限的材料。表面声波(SAW)要求传播介质的厚度是正传播的SAW的 波长的几百倍，与表面声波相比，兰姆波要求传播介质最多仅是几个波长那么 厚，并且通常仅是正传播的兰姆波的波长的几分之一。上述材料片的厚度不大 于约20微米。兰姆波发生器在平面材料片中产生兰姆波，并且输出设备产生 一个用于表示兰姆波沿材料片传播时的传播特性的电信号。测量设备测量所选 出的输出电信号的特性。该平面材料片的一些物理特性取决于作用于该材料片 的被测物理量的值，结果，那些物理特性决定了沿该材料片传播的兰姆波的传 播特性。因为来自输出设备的电信号代表了传播特性，所以该电信号也代表了 作用于该材料片上的被测物理量的值。美国专利5，129,262所描述的兰姆波设备可以用于生物感测。上述平面材 料片可以预先包被抗体分子，使得在浸入含相应抗原的液体中或与这种液体相 接触后该设备的频率发生改变。传播介质表面处的抗原-抗体结合使得材料片中 的兰姆波的波速发生改变。波速变化使振荡频率按该设备的延迟线振荡器形式 发生改变。此外，为了加速抗原-抗体结合，该材料片可以由多孔且可穿透的材
料制成，从而允许抗体包被该材料片的更大表面区域，还让含抗原的液体流过 该膜。其它生物学相互作用也可以被感测到，并且另外的应用可以包括免疫试 验、临床实验室检测、体内生物医学监测以及生物医学研究。上述实施方式中所用的测试溶液(比如封闭溶液106、样品108和缓冲液110)都源自存储槽容器112。存储槽112的每一条通道路径都有一个阀门114， 以控制特定测试溶液流到汇合点116，该汇合点116通向FPW器件104的入口 118。测试溶液流过FPW器件104并且通过出口 120流出，该出口120通向泵 122。泵122抽取通过通道网络102且通过FPW器件104的测试溶液，并且将 测试溶液引导至废物容器124。图1B示出了分析物检测系统100的另一个实施方式。本实施方式将FPW 器件104及其相关流体室160封装成一个柱盒103，即一个可拆卸和替换的消 耗性组件。 一些实施方式可以包括流体控制器件101 (比如塞子、阻塞物或挡 板)，用于改变穿过该器件104的流体。在一个实施方式中，与没有流体控制 器件101的情况相比，流体控制器件101可使流体在流过器件104时更靠近传 感器表面143。此外，输入测试溶液的源被显示成一个输入流体室105，该输 入流体室105具有一个用于将测试溶液引导至柱盒103的入口 109的出口 107。 在一些实施方式中，磁性颗粒最初位于输入流体室105中，并且含分析物的流 体与输入流体室105中磁性颗粒混合，然后被引导至FPW器件104定位于其 中的柱盒103。可以用一器件(比如通过泵或磁性搅拌器)使磁性颗粒在输入 流体室105中与含分析物的流体混合。图1B还示出了带有一入口 113的输出 流体室111，用于接收来自柱盒103的出口 115的流体。这种输出流体室111 可以包括上述的一个或多个流体控制器件，并且它可以包括一个或多个用于存 储和/或处理废液的机构。在至少一个实施方式中，输入流体室105的出口 107与柱盒103的入口 109连接处被构造和布置成允许可重复的连接和断开。相似的是，柱盒103的出口 115与输出流体室111的入口 113连接处被构造和布置成允许可重复的连接和 断开。在一些实施方式中，这些连接处被构造和布置成需要用于连接和断开的 工具，比如螺纹连接需要扳手或其它工具来实现连接和断开。在其它实施方式 中，这些连接处被构造和布置成允许迅速且容易的手动连接和断开，而不需要
任何额外的工具或附件。这些需要工具和不需要工具的连接都是本领域已知 的。在一些实施方式中，有多个输入流体室和输出流体室。在一些实施方式中， 一个或多个输入和/或输出流体室是柱盒103的一部分。此外，在一些实施方式 中， 一个或多个磁通量的源是该柱盒的一部分。图2更详细地示出了 FPW器件104。在FPW器件104中，弯曲时在该器 件中产生了应变能和张力。在一些实施方式中，期望FPW器件104的厚度-波 长比小于l，并且在一些情况下远小于1。通常，FPW器件104的波长"X"大约 等于上述交错安置的电极的间距。在一个实施方式中，FPW器件104的厚度-波长比是2 |im/38 pm。在其它实施方式中，FPW器件104被设计成隔离特定的 模式(比如从第零阶模式到更高阶模式的任何模式)或与该器件相关的多个模 式的带宽。例如，其厚度/波长比为2 pm/38 pm的FPW器件104将隔离FPW 器件104的第80个模式。FPW器件104可以被设计成通过针对该器件上所沉积的交错安置的电极来选择特定的图案从而实现上述效果。在一个实施方式 中，FPW器件104的形状是矩形的。FPW器件104可以是圆形或椭圆形的或 某种其它平面形状。通常，通过使用本领域已知的微制造技术，从硅晶片130中构造出FPW 器件104。在上述实施方式中，腔132被蚀刻到晶片130中以产生薄的、悬着 的膜134，这种膜134大约1.6 mm长、0.3 mm宽和2 pm厚。整个晶片130的 厚度大约为500 pm，所以腔132的深度刚好稍微小于晶片130的厚度。如图2 放大图所示，在膜134的外表面(即与腔132相反的表面)上沉积氮化铝(A1N) 构成的0.5 nm厚的层136。在A1N层上沉积了两组交错安置的金属电极138。 在膜134的内表面(即面对着腔132的表面)上沉积金构成的薄层140 (大约 500埃)，以促进捕捉剂固定(下文会更详细地描述)。在操作过程中，仪器/控制电子设备126 (参照图1A)向至少一组电极138 施加时变电信号，以在悬着的膜134中产生振动。仪器/控制电子设备126还通 过接收来自至少第二组电极138的传感器信号来监控膜134的振动特性。当液 体与膜134的腔面132相接触时，板结构的最大响应是在15-25 MHz左右。仪 器/控制电子设备126将来自第二组电极的传感器信号与参比信号进行比较，以 确定作为频率的函数的传感器信号的相对振幅和相角的变化。仪器/控制电子设
备126翻译这些变化以检测靶分析物的存在性。在一些实施方式中，仪器/控制电子设备还确定膜134的内表面上的靶分析物的浓度。如上所述，将靶向感兴趣分析物的捕捉剂固定在覆盖膜134内表面的薄金 层140上。该表面可以包被合适的连接化合物。合适的连接化合物是可商品化 购得的。在一个实施方式中，连接化合物包括下文所描述的生物素PEG二硫化 物。在另一个实施方式中，使硫醇封端的垸基链连接到上述金表面，从而形成 可自身装配的单层(SAM) 。 SAM链的一部分用反应活性基团(比如羧基) 封端，从而能使用本领域已知的生化处理步骤将捕捉剂共价连接到SAM链。 SAM链的其余部分用无反应活性基团(最好具有亲水特性)封端，以阻止非特 异性结合(比如，乙二醇的寡聚物)。其它表面修饰化学(方法)在文献中都有 描述并且可以用于产生捕捉表面。FPW器件104被封装成允许电连接到膜134的外表面上的电极138。另外， 通道块142以机械方式支撑着FPW器件104，以允许膜134的内表面接触测试 溶液，并且提供了一界面以便于传感器表面143与液体样品相接触。通道块142 产生一条路径(流体室160)，以便让测试溶液从输入端口 118流入、穿过膜 134的内表面、再从出口 120出来。在FPW器件104和通道块142之间形成了 密封144，以防止测试溶液从通道102中漏出，该通道102是在FPW器件104 和通道块142的组合之内形成的。由此，通道块142形成流体室，其中FPW器 件104包括多个内壁之一。通过FPW器件104和通道块142的组合而构成的通道102直径大约为0.5 mm。通道块142可以由各种材料构成，其中包括塑料、金属、或陶瓷和其它 材料。系统100包括一种或多种流体控制器件，用于改变系统100内的至少一种 流体特性，比如流速、压力、或轨迹等。图1A所示的泵122和阀门114都是 流体控制器件的示例，它们用于引导并控制各种测试溶液流过该器件并到达传 感器表面143 (如执行测试方法所要求的那样)。通常，流体控制器件改变器 件104的流体室160内的至少一个表面'附近的至少一种流体特性。通常，实现 这一点，以使磁性颗粒沿传感器表面143的至少一部分分布。如上所述，在一 些实施方式中，流体控制器件是泵(比如，蠕动泵、离心泵、旋转泵、电渗泵)。
在一些实施方式中，该泵定位于该流体室的入口侧，在其它实施方式中，泵位 于流体室的出口处。在一些实施方式中，该器件是相对于流体室而设置的分流 器(比如塞子、阻塞物或挡板)，以改变流体室的至少一个内表面附近的流体 流。参照图1A，单个泵122安置在FPW器件104的废物一侧。泵122产生的 吸力吸取来自FPW器件104的供给一侧的各个存储槽112中的缓冲液110或 样品108中的分析物。阀门114安置在器件104的供给一侧，以便控制在测试 方法中任何时刻要将哪种测试溶液引导至传感器表面143上。泵122控制该测试的流速。用于调节温度的器件(比如热电冷却器)可以与FPW器件104和通道块 142相关联。这通过使器件104保持在相对恒定的已知温度下从而减小了可变 环境条件对FPW器件104输出的影响。在备选实施方式中，温度传感器被包 括在系统100之内，例如，作为FPW器件104的一部分。基于温度传感器的 输出，在特定的瞬间(或在一段时间内)调整来自FPW器件104的传感器信 号，以便产生不受温度变化效应影响的信号。这种调整可以是基于数学模型、 或分析模型、或数学和分析模型的某种混合组合而实现的。在系统IOO的一些实施方式中，在测试溶液的路径中包括一过滤器以选择 性地滤除特定尺寸的颗粒(比如磁性颗粒和生物材料)从而防止它们进入流体 室。作为示例，特定的测试方法可以包括在检测期间变化过滤器的步骤。这将 允许在该检测的不同部分期间将不同类型(即尺寸)的分析物和磁性颗粒引导 至流体室中，从而能由系统IOO对它们进行检测。在一个实施方式中，其表面包被有捕捉剂的磁性颗粒(比如顺磁性或超顺 磁性珠或微球)与含分析物的样品相混合。在规定的混合时间之后，得到分析 物-颗粒复合物146，同样得到已结合非特异性材料的颗粒147以及没有结合任 何物质的颗粒148。颗粒146、 147和148位于样品存储槽112之内。系统IOO还包括磁场感应结构150，用于在膜134附近产生磁通量。在图 1A中，磁通量的源是一个可收縮的磁体150，通常被布置在FPW器件104的 膜134的附近。当磁体150在膜134附近时，磁体150在膜134附近产生显著 的梯度磁场。在仪器/控制电子设备126的控制下，可收縮的磁体150可以从膜 134处往回縮了一段距离，该距离足以在相当大的程度上减小膜134附近的磁 场。在一个实施方式中，当接近膜134时，磁体150位于从膜134的传感器表 面143起约200 pm处。在另一个实施方式中，当接近该膜时，磁体150位于 从膜134的传感器表面143起约50 pm到100 pm处。当磁体150接近膜134时，磁体150提供了一个磁通量的源以便将磁性颗 粒从样品吸到传感器表面143。分析物-颗粒复合物146以及含有非特异性结合 物质的颗粒147和没结合任何物质的颗粒148从液体样品中移出，直到它们遇 到传感器表面143。分析物与传感器表面143上的捕捉剂相结合。由此，分析 物形成了磁性颗粒与传感器表面之间的连接。磁场将含有非特异性结合物质的 颗粒147和没结合任何物质的颗粒148保持在传感器表面143处。另外，弱结 合力可以作用于颗粒"6、 147、 148与传感器表面143之间。在上述方法的洗 涤步骤(下文会更详细地描述)中，收縮磁体150以减小在传感器表面143处 已累积的颗粒所感受到的磁力。增大洗涤流速，以除去没有通过分析物结合到 上述表面的那些颗粒147和148。因为与分析物-颗粒复合物146相比含有非特 异性结合材料的颗粒147和没结合任何物质的颗粒148与传感器表面143的结 合较弱，所以以较低的洗涤流速(和相应的流体动力)使它们从传感器表面143 处脱离。因此，使用移动磁体150 (即显著减小传感器表面143处的颗粒146、 147和148所感受到的磁力)，来区分含有分析物的颗粒146和那些不含有分 析物的颗粒(147和148)。 一种用于接合和收縮磁体150的技术是将它安装 在由凸轮系统(未示出)致动的柱架(未示出)上。磁体150的材料、几何形状以及离传感器表面143的距离共同决定了磁场 形状和磁场梯度，因此，也决定了分析物-颗粒复合物146所感受到的力。用作 可收縮磁体150的高强度永久磁体是可买到的。例如，1 mm直径圆柱形NdFeB 磁体可以从若干供应商(比如Dexter磁技术公司)处买到。在一个实施方式中， 当彼此接合时，直径为1 mm且长度为5 mm的NdFeB磁体150位于传感器表 面143的0.1 mm之内。当收縮时，磁体150离传感器表面143至少有0.5 mm。 因为FPW器件104的膜134非常薄(2nm)并且由非磁性材料(比如硅、氮化铝 或金)构成，所以膜134并不显著扰乱器件104的传感器表面143这一侧的磁 场。结果，如高收集效率所必需的那样，可以实现高强度磁场以及很大的磁场 梯度。通过通道102的样品流速是由良好的收集效率所必需的停留时间决定的(比如由操作人员指定)。调节样品流速，使得传感器表面143上的平均速度 介于l到5mm/s之间。对于直径约为3pm的氧化铁顺磁性颗粒，可以实现接 近50%的收集效率。可以使用磁通量的源150 (即磁体)的其它配置。例如，可以使用电磁体 来替代永久磁体。电磁体包括延伸的极片，可以将磁场通量聚焦到器件104的 传感器表面143附近。或者，在传感器表面143附近(0.1 mm之内)可以形成和安置可磁化材料， 并且单独的磁体与可磁化材料的自由面相结合以便在可磁化材料中感应出磁 场。上述材料中所感应出的磁场用于使所期望的场梯度定位于传感器表面143 附近。这样，根据上述材料的形成，可以使用较大的低成本磁体，并且可以使 用单个磁体来解决多个传感器。为此目的可使用的示例材料是纯铁、高u金属(比如合金49，高镍含量铁)、sna硅钢(通常含硅1-2%)。使用这种与磁体 结合的可磁化材料的好处是可以简化传感器配置，从而允许更低成本制造。可 以使用低精确度致动器来接合和收縮上述磁体，因为该磁体只需要接触氧化铁 磁芯或者只需要完全收縮。在上述实施方式中，磁体150位于传感器表面143 附近，需要更高水平的精确度来实现良好的试验可重复性。尽管使用本方法会 损失一些场强，但是仍也可能设计出整个系统来实现良好的捕获效率(比如 >10%)。场感应结构(比如磁体或铁磁材料)的尖端形状可以调整成增强和/或集中 上述表面处的场梯度。因为FPW器件104的尺寸(比如0.3mmx 1.6mm)通 常小于按常规方法形成的磁体或机械加工的感应器，所以靠近膜134的场感应 结构的部分可以调整成使磁场集中到传感器表面143上的一个或多个位置。调 整该尖端可增大局部场强和局部场梯度。例如，楔形尖端很适合于当前的FPW 器件几何形状。系统100的一个实施方式包括任选的第二磁通量源150a，它与第一磁通量 源150相对或部分相对。第二磁通量源150a驱逐一些粘附于传感器表面143 的磁性颗粒。例如，它驱逐没有结合任何分析物的磁性颗粒148;它们不会像 200680024299.8说明书第28/41页已结合分析物的那些颗粒146那样强烈地粘附于传感器表面143。在一些实施 方式中，第一磁通量源150被关闭或从传感器表面143处移开，然后，第二磁 通量源150a相对于流体室的上述至少一个表面而定位以选择性地除去磁性颗 粒。例如，实现这一点可除去那些没有结合任何分析物的磁性颗粒，因此，它 们不会强烈地结合到传感器表面143。这将实现与增大流体流速相似的效果， 从而除去没有结合任何分析物的磁性颗粒148。控制分析物-颗粒复合物146在器件104的表面143上的分布情况便可以改 善该器件的性能，因为器件104具有悬着的膜134并且并非膜134的所有部分 都均等地贡献于可检测的共振运动质量。例如，系统ioo可以构造并布置成使 分析物-颗粒复合物146沿膜134纵轴中心线的中间三分之二分布且处于FPW 器件104的宽度的三分之一之内。考虑到流体场效应，场感应结构(比如磁体 150)的尖端的形状可以使得场幅值和场梯度在传感器膜134上的流动方向上 不断增大。即，与上游区域中的分析物-颗粒复合物146相比，下游区域(其中 边缘层部分程度耗尽了分析物)中的分析物-颗粒复合物146经历更高的场和场 梯度。通常，系统100可以被构造和布置成使磁性颗粒集中到传感器表面143的 一个或多个特定区域中。在传感器表面143上，器件104的响应可能是不均匀 的，这可能是制造材料的特征或传感器设计的细节导致的。由此，器件104的 高灵敏度区域可以是不均匀的且关于器件104的长轴和短轴中心线不对称。由 此，场感应结构的尖端可以定形成将磁性颗粒集中到最高灵敏度的区域中。对于给定的磁场分布，改变穿过器件104的流速也可以被用于实现分析物 -颗粒复合物146的更均匀覆盖。对于给定的场，磁性颗粒按大量流体流速所确 定的那样与传感器表面143相互作用，很像是发射的物体在重力存在的情况下 可能下落。然而，在这种情况下，磁感应力占主导。通过改变流速，可以使分 析物-颗粒复合物146在沿流动方向的不同位置处与传感器表面143相互作用。 此外，随着磁性颗粒堆积(若它们将要接触传感器表面143，则不期望出现这 种情况)，可以使流动反向并且接下来再正向，以将该堆积拉回来，由此用传 感器表面143传送更多的颗粒。在系统100的一个实施方式中，通过在检测方 法中选择性地改变磁通量源以及沿传感器表面143的流体流动性质中的一种或38 多种，便实现了使磁性颗粒选择性地沿传感器表面143定位。系统100的一个实施方式包括一种用于刻画附着于或被吸引至传感器表面143上的磁性颗粒的至少一种性质的器件(比如光学的或磁学的)。该器件可 以是FPW器件104整体的一部分，或者它可以是磁体150的一部分，或者它 可以是与系统100的其它组件相分开的分立组件。这种器件可以被用于检测上 述颗粒的存在性，也用于确定与这些颗粒有关的参数(例如，被吸引至传感器 表面143的颗粒的尺寸、数量、浓度、或密度)。系统100的一个实施方式包括标识器件，从而允许操作人员或计算机标识 系统IOO或该系统的特定组件以便跟踪该系统或组件的使用情况。标识器件可 以包括符号或图像(比如条形码)、标识号、或其它标识标记。该标识器件可 以包括一个实际的无源或有源组件(比如RFID标签、集成电路、或本领域已 知的其它组件)以便提供标识信息。许多这种器件都是本领域已知的，尽管任 何预想到的标识器件都是可以使用的。图3示出了联用FPW器件104与分析物-颗粒复合物146从而检测生物分 析物的通用检测方法200。检测方法200的第一步202是获取并准备分析物样品。根据待测分析物的 特定类型，需要在测试之前先执行各种准备过程。例如，为了检测食品中的微 生物(比如绞细的牛肉中的大肠杆菌)，先将样品与浓縮的肉汤混合，再经消 化(stomach)、培育和过滤。对于检测血液中的蛋白质，样品将首先经过滤或离 心并且分离出血清。本文描述了包括样品准备步骤的测试方法的特定示例。检测过程的下一步204是将亲和性包被的顺磁性颗粒(即珠子)与已准备 好的分析物样品相混和。顺磁性或超顺磁性颗粒可以从许多供货商(比如挪威 Oslo的Dynal生物技术公司)处买到。典型的直径是从50 nm到10 pm，并且 这种颗粒可以预先获得，其上已经包被有靶向各种分析物(比如细胞、蛋白质 和核酸)的亲和试剂(比如抗体、蛋白质和核酸探针)。或者，可以购买具有 各种反应化学基团(环氧的、羧基和胺)的颗粒，以便结合所选择的捕捉剂。 标准生化方法可用于该目的。搅拌样品和添加的顺磁性颗粒(206)，搅拌时间量由具体分析物和捕捉剂 确定。在该过程中，这些颗粒与分析物结合，使得分析物被捕获到这些颗粒上。
在一些情况下，此时可以直接测试该样品。但在其它情况下，最好执行分离步骤208，以使结合颗粒的分析物与原始样品的其余成分分离。这些分离步骤208减小了试验中其它生物材料的干扰。用于执行这种分离步骤的手动或自动装备是可以买到的(比如Dexter磁技术公司、Dynal生物技术公司)。上述基本过 程使用磁体将顺磁性颗粒定位于一表面上，使得样品液体的大部分都可以被吸 出。然后，撤去磁体(比如图1A的磁体150)，并且加入清洁的缓冲液以使颗 粒重新悬浮。在一个实施方式中，在用FPW器件104来测试经处理的分析物样品之前， 先执行基线步骤210。在基线步骤210中，参比溶液106流过该系统以冲洗/封 闭传感器104，并且仪器/控制电子设备126启动器件104并且记录来自器件104 的初始基线信号。在基线步骤210之后，是样品传输步骤212。在接合磁体150的情况下， 含分析物-颗粒复合物146的样品108在传感器表面143上流动。分析物-颗粒 复合物146被收集到传感器表面143上。在规定体积的样品108已流过该器件 104之后，收縮磁体150以使没结合分析物的颗粒147和148从传感器表面143 处剥离，并且将流体切换到洗涤溶液(比如缓冲溶液110)。增大洗涤溶液的 流速，以帮助除去松散结合的颗粒147和148以及样品中可能己结合到传感器 表面143的其它物质。在样品传输步骤212之后，是获取步骤214。参比溶液106再次穿过器件 104，并且仪器/控制电子设备126启动器件104以获取并记录来自器件104的 最终基线信号。通过比较初始基线信号和最终基线信号(它们分别对应于获取步骤214之 前和之后在参比溶液中FPW器件104的振动特征)，系统100确定了在传输 步骤212期间传感器表面143上所累积的分析物量。结合到传感器表面143的 分析物-颗粒复合物146改变了 FPW器件104的振动特征，并且振动特征量的 变化对应于结合到传感器表面143的分析物-颗粒复合物的量。图4示出了对于典型的检测方法来自多个FPW器件104的信号随时间的 变化。正方形符号对应于接触分析物的器件104;三角形和星形对应于负的控 制(其中在珠子上没有分析物)。图4 (和下文所描述的图5)所示数据代表
了典型的检测方法，该方法适用的分析物是大肠杆菌或通常是细胞分析物。在特定的试验中，谐振峰的频率被跟踪。图4示出了随着磁性颗粒146、 147和148在上述表面上累积，FPW器件104的谐振频率在减小。 一旦除去磁 体150并且一些磁性颗粒被冲掉，则器件104的频率会增大。最终，该系统建 立最终基线，可以将该最终基线与检测开始时的或对照的最初基线进行比较。图5是示出了检测到的作为最初分析物浓度函数的最终信号变化的概要图。在使用上述系统100的情况下，可以使用其它检测方法。根据特定应用或 分析物的各种要求，可以取消或添加一些个别的步骤。例如，图6示出了用于 检测方法的时间演变图，与图4所示的相似。然而，图6描绘了用于PSA试验 的检测方法，它证明了系统100能够检测蛋白质。此外，在该方法中，可以使 流动方向反向。例如，使流动方向反向可以用于从该器件上洗涤掉非特异性结 合的物质，或者更有效地使用所得到的样品。该检测方法的另一个变体包括交替进行洗涤步骤和结合步骤。这可以允许 更好地使用该器件的动态范围，在一些情况下，上述颗粒中的很大一部分没有 结合分析物，尤其是在分析物浓度较低时。通过重复地结合和洗涤颗粒，也可 能累积更多的分析物-颗粒复合物146，由此改进该测量的灵敏度。在传输步骤212期间改变或操纵传感器表面143处的磁场分布可以增大结 合有分析物的特定颗粒遇到传感器表面143的几率。例如，如果在结合期间交 替改变磁场的空间分布，则也可能使传感器表面143处的顺磁性颗粒滚动。在 一些实施方式中，通过控制磁场的空间分布，操作人员或仪器/控制电子设备 126可以用于控制顺磁性颗粒沿传感器表面143的滚动。如上所述，将第二磁场(即第二磁通量源)引入系统100中便可以改善对 试验条件的控制并且增大试验的特异性。例如，在如上所述的方法的结合或洗 涤步骤中，向传感器表面143施加第二磁场便可以使弱结合的磁性颗粒脱离。 第二磁场的强度可以被调整成在传感器表面143处的分析物-颗粒复合物146上 产生作用力，该作用力低于特异性结合分析物的结合力但高于非特异性结合物 质的典型结合力。在试验中可以使上述步骤顺序重复多次以进一步增大该检测 的特异性。通过在洗涤步骤中增大(连续地或分立地)该磁作用力，同时监控FPW
器件104的响应，便可以确定各种分析物-颗粒复合物146在传感器表面143上 的相对结合强度。关于相对结合强度的信息可以用于在样品108中的不同分析 物之间进行区分。在其它实施方式中，样品与器件104相互作用的特定方式可以是不同的。 在上述实施方式中，系统100使样品流过通道以便在分析物-颗粒复合物146和 传感器表面143之间建立接触。在系统100的备选变体中，FPW器件104被安 装在探头上并且至少部分地浸入测试溶液，该测试溶液包含结合到分析物的磁 性颗粒。对于本实施方式，浸入过程足以将经结合的磁性颗粒置于传感器表面 143附近，使得朝着传感器表面143吸引这些颗粒并接下来检测它们。为了获 得基线信号，器件104 (或柱盒103)被浸入参比测试溶液中，在一些实施方 式中，器件104的一部分(比如膜134)被安装到探头上。此外，只有膜134 的传感器表面143的一部分才与上述含结合到分析物的磁性颗粒的溶液相接 触。在这些实施方式中，上述探头在流体中的浸入或受控移动已足以将经结合 的磁性颗粒置于传感器表面143附近，使得朝着传感器表面143吸引这些颗粒 并且接下来检测它们。系统100的另一个备选实施方式涉及将上述器件104安装到一管子内部， 可以将该管子部分浸入一容纳样品108的孔中并且接下来收縮。当浸入样品时， 泵施加吸力以将样品吸入上述管子中并吸到传感器表面143 (或柱盒103)上。 然后，通过使泵逆转或者简单地使管子排空，便使样品回注入该孔中。这种吸 收和释放样品的循环可以重复，从而能增大收集效率并因此改善试验的性能。对于上述系统IOO的一个实施方式，以下实施例说明了准备并利用系统IOO 来检测分析物的诸多步骤。实丽实施例I:捕捉剂功能化柔性板波器件表面的通用方法1. 将金沉积到柔性板波器件104的表面(例如，传感器表面143)，用例如 氧等离子清洁该金表面143。2. 金表面143的理想表面化学(特性)应能提供l)防止非特异性结合和2) 位于该表面上用于共价结合捕捉剂的反应活性基团。金表面143的示范性表面 化学(特性)是烷硫醇的自装配单层(SAM)。可用两种垸硫醇的混合物形成SAM;一个末端含有反应活性基团用于随后与捕捉剂共价相连， 一个末端含有非反应活性基团。例如，为此目的可使用末端为Cn-烷硫醇的EG6-OCH2COOH (EG6) 和EG3-OH (EG3)的混合物。在一个实施方式中，柔性板波器件104(具体来说 是器件104的表面143)与垸硫醇溶液接触，室温培育，例如约16小时。然后 用乙醇清洗该柔性板波器件104的表面143,用氮气吹干。3.下一步骤包括将捕捉剂或分析物共价连接于该柔性板波器件104的表 面143。可采用许多方法共价连接捕捉剂或分析物。 一种示范性方法包括将生 物素接头部分共价连接于SAM，然后通过链霉亲和素连接层使生物素化抗体或 分析物结合于柔性板波器件表面143。实施例II:采用，例如图3所示方法检测绞细牛肉中的大肠杆菌0157:H7 (图5包含代表各种浓度大肠杆菌的数据)1. 制备含有浓度高于约100cfu/ml的大肠杆菌O157:H7分析物样品。2. 进行免疫磁性分离浓縮该分析物样品溶液。可利用各种商品化仪器(例 如，模型显微科学公司(Matrix Microsciences)的Pathatrix和Dynal生物技术公 司(Dynal Biotech)的Bead Retriever)或手工方法进行该免疫磁性分离。示范性手 工方法包括a. 重悬包被有大肠杆菌抗体的磁珠(例如，购自Dynal生物技术的 Dynabeads公司抗-大肠杆菌0157)直至沉淀在试管底部的磁珠分散。将微量离 心管置于磁板架上(例如，Dynal MPC-S)。将1-20 磁珠储备液吸入该试管(根 据所需的最终珠浓度选择磁珠储备液体积)。b. 将lmL分析物样品加入磁板架中的试管，关闭该试管。c. 倒转架子数次。室温培育试管中的溶液10-60分钟，同时连续轻柔搅拌 以防磁珠沉降。d. 倒转架子数次从而使磁珠聚集在试管一侧而形成沉淀物。适当回收约3 分钟。e. 打开试管，小心吸取并弃去样品上清液以及试管盖中的液体。f. 移去磁板。
g. 向试管中加入l mL洗涤缓冲液(PBS-吐温)。关闭试管盖，倒转架子数 次使珠重悬。h. 重复步骤d-g两次。i. 利用涡流混合器(vortex mixer)简单混合试管的内含物。 3,检测大肠杆菌0157:H7a. 用大肠杆菌0157:H7抗体功能化(与A.3和A.4的步骤所述相似)柔性板 波器件104的表面143。b. 将第一入口软管置于含标准洗涤缓冲液(含0.05%吐温20的1XPBS)的 试管中，将第二入口软管置于含结合了大肠杆菌0157:H7的磁珠(B.2制备)的 试管中。用t-接头连接第一和第二入口软管，从而使此两软管流体相连，第一 入口软管或第二入口软管中的流体可引入流体室160的入口。两个软管各装有阀门来允许或限制流体经各自软管流动。c. 使第一出口软管与流体室160的出口流体相连。将第一出口软管的流体 收集入废液收集瓶。d. 利用柔性板波器件获得基线输出信号。以标准泵速(例如，200)iL/分钟) 使标准洗涤缓冲液流入和流出流体室160约5分钟来检测基线信号。e. 接合磁通量150的第一源，然后将含分析物的试管中的流体引入流体室 160的入口。将流体引入流体室160的入口，从而能在柔性板波器件160的至 少一个表面143上累积结合有大肠杆菌0157:H7的磁珠，直至该至少一个表面 143上结合了所需数量。在一个实施方式中，当例如柔性板波器件104的输出 频率漂移(frequency shift)约为4000 ppm时，达到所需数量。f. 然后中止含分析物试管的流体流动。然后将洗涤缓冲液试管的流体引入 流体室160以洗去非特异性结合的物质(即，除l)磁珠和2)结合有分析物的磁 珠以外的物质)。g. 然后撤去磁通量150的第一源。h. 启动自动洗涤方案以除去任何磁珠或基质组分。i. 然后检测柔性板波器件104的最终信号输出。将基线信号与最终信号相 比确定分析物样品中大肠杆菌0157:H7的浓度。
实施例III:采用，例如图3所示方法步骤检测人血清中的前列腺特异性 抗原(PSA)1. 制备通过离心人血样品获得的含人血清分析物样品。2. 进行免疫磁性分离浓縮该分析物样品溶液。可利用各种商品化仪器(例 如，模型显微科学公司的Pathatrix和Dynal生物技术公司的Bead Retriever)或 手工方法进行该免疫磁性分离。示范性手工方法包括a. 重悬包被有PSA抗体的磁珠(例如，购自动力生物技术公司的Dynabeads 抗-PSA)直至沉淀在试管底部的磁珠分散。将微量离心管置于磁板架上(例如， Dynal MPC-S)。将1-20 磁珠储备液吸入该试管(根据所需的最终珠浓度选择 磁珠储备液体积)。b. 将lmL分析物样品加入磁板架中的试管，关闭该试管。c. 倒转架子数次。室温培育试管中的溶液10-60分钟，同时连续轻柔搅拌 以防磁珠沉降。d. 倒转架子数次从而将磁珠聚集在试管一侧形成沉淀物。适当回收约3 分钟。e. 打开试管，小心吸取并弃去样品上清液以及试管盖中的残余液体。f. 移去磁板。g. 向试管中加入l mL洗涤缓冲液(PBS-吐温)。关闭试管盖，倒转架子数 次使珠重悬。h. 重复步骤d-g两次。i. 利用涡流混合器简单混合试管的内含物。3. 检测PSAa. 用PSA抗体功能化(与A.3和A.4的步骤所述相似)柔性板波器件104的 表面143。b. 将第一入口软管置于含标准洗涤缓冲液(含0.05%吐温20的IXPBS)的 试管中，将第二入口软管置于含结合了 PSA的磁珠(B.2制备)的试管中。用t-接头连接第一和第二入口软管，从而使此两根软管流体相连，第一入口软管或 第二入口软管中的流体可引入流体室160的入口。两个软管各装有阀门来允许 或限制流体经各自软管流动。C.使第一出口软管与流体室160的出口流体相连。将第一出口软管的流体 收集入废液收集瓶。d. 利用柔性板波器件104获得基线输出信号。以标准泵速(例如，200 ^L/ 分钟)使标准洗涤缓冲液流入和流出流体室160约5分钟来检测基线信号。e. 接合磁通量150的第一源，然后将含分析物试管中的流体引入流体室 160的入口。将流体引入流体室160的入口，从而能在柔性板波器件104的至 少一个表面143上累积结合了 PSA的磁珠，直至该至少一个表面143上结合了 所需数量。在一个实施方式中，当例如柔性板波器件104的输出频率漂移约为 4000ppm时，达到所需数量。f. 然后中止含分析物试管的流体流动。然后将洗涤缓冲液试管的流体引入 流体室160以洗去非特异性结合的物质(g卩，除l)磁珠和2)结合有分析物的磁 珠以外的物质)。g. 然后撤去磁通量150的第一源。h. 启动自动洗涤方案以除去任何磁珠或基质组分。i. 然后检测柔性板波器件104的最终信号输出。将基线信号与最终信号相 比确定分析物样品中PSA的浓度。实施例IV:校验液I中的PSA(PSA in Calibrator I)为了说明，根据本发明原理利用图1A所示系统100进行实验以获得数据。 将用抗-前列腺特异性抗原(PSA)捕捉抗体(PN 90205，斯克利普斯实验室公司 (Scripps Laboratories Inc.)圣迭戈办事处，加利福尼亚州)功能化的Dynal甲苯磺 酰基-活化的超顺磁珠与样品接触。样品含有1 X PBS (磷酸缓冲盐水)和1% 牛血清白蛋白(BSA)，掺加了约0 pg/mL、 10 pg/mL、 100 pg/mL和500 pg/mL 游离PSA [菲茨杰拉德工业国际公司(Fitzgerald Industries International, Inc.), Concord办事处，马萨诸塞州]。该实验中，对于样品所用的珠浓度约为2 X 104 珠/mL。与珠一起培育的掺加样品轻柔连续搅拌1小时。先用含0.05%吐温20(聚乙二醇脱水山梨醇单月桂酸酯)的IXPBS[西格马-奥尔德里奇公司(Sigma-AldrichCo.)，圣路易斯办事处，MO]初步致敏装在柱盒 沐显示)中一个芯片上的8个图2所示柔性板波(FPW)器件104，再用互补性抗 -PSA抗体(PN 90197，斯克利普斯实验室公司，圣迭戈办事处，加利福尼亚州) 功能化。如2006年5月2日由Masters等提交的名为"试验检测的方法和设备"的 美国专利申请(代理人案件号BIO-008)所述获得和分析数据。作出约17800秒 的8种单频率的基线检测值(类似于本文上述的)，各对应于追踪的传感器相位， 各自与参比信号有关。对于各器件，首先选择该器件共振波段内的追踪相位 (trackingphase),该波段位于响应幅度接近峰值和相位响应(phaseresponse)对于 频率变化具有明显线性范围的频率附近。当追踪各时间点的传感器相位时，通 过以下手段发现各器件追踪频率1)扫描各器件的频率范围并记录各激发频率 相对于参比信号的响应的相位，2)拟合激发频率相关函数来检测各器件的相 位，和3)利用该函数来计算对应于以前测定的追踪相位的追踪频率。该实施方式在接近20MHz操作这些器件，扫描范围约为20kHz。该范围 的相位特征基本上是线性的，因而拟合的函数是线性。各器件的参比信号包括 由激发(频率)同时驱动的被动电组件、电阻器和电容器构成网络的输出值。选 择该参比网络可匹配衰减作用，为各器件提供接近共振的优选相位漂移。基线 频率参考追踪频率并根据追踪频率标准化，以所选择时间点的百万分之几(ppm) 表示。用捕捉剂功能化各器件104的传感表面143。用氧等离子源清洁金包被的 芯片，其典型的处理条件是约50 W,约2分钟。随后将芯片浸在纯乙醇中30 分钟。然后将芯片移至0.5 mM生物素PEG 二硫化物的乙醇溶液(目录号 41151-0895，聚合纯公司(PolypureAS)，奥斯陆办事处，挪威)，培育过夜。将 芯片转移回纯乙醇溶液，30分钟。最后用乙醇简单清洗芯片，氮气吹干。可改 变制备条件而仍能得到相似结果。使10 pg/ml中性亲和素溶液流过器件104所产生的生物素化表面1小时， 从而用中性亲和素(PN 31000，皮尔斯生物技术公司(Pierce Biotechnology, Inc.), Rockford办事处，IL)包被该生物素化表面。根据生产商的使用说明书生 物素化抗体(PN F-6347,英杰生命技术公司(Invitrogen Co卬oration)， Carlsbad 办事处，加利福尼亚州)，然后使生物素化抗体的5pg/ml溶液(用1 X PBS 0.1% BSA缓冲液稀释)流过中性亲和素包被表面1小时，从而与中性亲和素化的表
面偶联。引入PSA样品，同时在接近传感器表面143处产生约17900-约18200秒 的磁场。向两种不同的器件104(总共8个器件)提供约0pg/mL、 10pg/mL、 100 pg/mL和500 pg/mL游离PSA的各样品。样品以约100 ^L/分钟流过传感器， 流过传感器的总样品运作/体积为500 nL。以此方式将包被了游离PSA的Dynal 甲苯磺酰基-活化的超顺磁珠结合于器件104的实质表面(表面143)。各珠通过 多根键与器件104的表面143结合。多根键的每一根产生的结合力不同，各与 该器件的表面结合。对于每份样品，珠系统的缔合与解离特征确定了该样品中 分析物的浓度。在约18200秒用致敏缓冲液(l X PBS， 0.05%吐温20(聚乙二醇脱水山梨 醇单月桂酸酯))替代样品。如图ll所示，从18200秒-18400秒观察到各信号中 有变化(见位置30)，该变化代表了与样品流体转换回缓冲液流体有关的流体整 体特性变化。在约18400秒撤去磁场。在约18200秒-18400秒之间的缓冲液流 体(含0.05%吐温20的1 X PBS)流速是约50 ^L/分钟(对应于传感器表面143 处约1.5 mm/秒的流速)。在随后的450秒中(约18400秒-18850秒)，流速以线性增量从约50 pL/分 钟增加至约300 ^L/分钟(流速每30秒增加约17 ^L/分钟，共450秒，然后降低 至约50!iL/分钟)。以此方式，通过提高约18400-约18850秒之间的流速对各珠 施加受控的外部影响(S卩，本实施方式中的流速)。这些曲线在约18400-约18850 秒之间的部分所代表的信号表示在该时间内与传感器表面143结合的珠(和其 它非特异性物质)的数量有变化。图11是获得的数据与时间的关系图。该图的Y-轴是器件104在接近器件 104共振的追踪传感器相位处产生的信号输出的相对幅度变化(以百万分之一 计)。该图的X-轴是以秒计的时间。该图的追踪频率变化参考了所选择时间点 的追踪频率并按照该追踪频率标准化。按照该曲线在约18350秒的数值并参考引入样品流体之前检测的基线频率 进一步标准化以追踪频率的百万分之一计的各曲线数据。因此，与引入样品时 相比，将各数据曲线按约18350秒时的数值为100%成比例縮放。然后整合在 约18400秒时撤去磁场后的450秒期间(从约18400秒-约18850秒)各标准化曲
线的相关数据。通过累加各器件的信号水平(各间隔水平乘以各间隔时间)并将最终的总和 除以获得总和的时间进行整合。这能提供与器件表面143结合的物质元件(珠) 经时间标准化后的数量，在本文中这些数值显示是各样品的相关分析物浓度的检测值。以此方式，可根据在约18400秒-约18850秒期间与各器件104的表面 143结合的物质元件数量变化来测定分析物的浓度。如图ll所示，在样品引入 系统后不到约9分钟内检测到约10pg/mL游离的PSA。在一些实施方式中，省去了一些数据点，例如曲线中观察到正常偏差以外 的数据点。例如，与毗邻数据点相比，随后的分析删去了数值变化超过一个数 量级的伪数据点。例如，可由操作者或计算机程序除去数据中的这些数据点。实施例V:血清雌二醇的竞争性试验采用标准方法将游离雌二醇特异性绵羊单克隆抗体偶联于Dynal M280-甲 苯磺酰基活化珠。如上所述，通过将二硫化物-PEG-生物素与金传感器表面偶联，然后偶联 中链亲和素(Pierce PN 31000)和生物素化抗体来构建传感器表面。使1XPBS缓冲液稀释的10吗/mL BSA偶联的雌二醇流过抗体表面1小 时，从而将BSA偶联的雌二醇，E2-6-CMO-BSA (Sigma PNE5630)偶联于抗体 表面。由于雌二醇偶联于BSA上多个胺基位点(每摩尔BSA偶联30摩尔雌二 醇)，上述方法能在溶液中提供中等密度的小分子表面。制备含有70。/。活性碳处理的(charcoal striped)人血清(德克萨斯生物制品 公司(Texas Biologicals))、 30% 1 X PBS、 0.05%吐温20 (聚乙二醇脱水山梨醇 单月桂酸酯)的样品溶液，其中掺加了Opg/ml、 10pg/ml、 30pg/ml、 200 pg/ml 的游离雌二醇(西格马)。将浓度约2Vml的珠与样品培育2小时。然后采用常规 方案使各珠流过FPW，在约0.5小时获得结果。在一些样品中，还加入了达那唑作为解复合拮抗剂以分离任何干扰性分子 (例如性激素结合蛋白)与雌二醇。加入约10-100 ng/ml的水平。接合磁场的同时使样品以70 ^L/分钟流过FPW，各珠积累在传感器表面。 将结合的珠从传感器上洗下所用的洗涤方案开始时为50 pL/分钟，结束时为500 HL/分钟，每30秒增加50 nL/分钟。按照获得标准信号的接触程度(exposure level) 标准化FPW信号并整合洗涤期间的这些信号。如图12所示，在拮抗性添加剂 36存在下，可以检测低于10pg/mL，在没有拮抗性添加剂34存在下可以检测 低于50pg/mL。如图12所示，检测到1,000 pg/mL-10pg/mL浓度的雌二醇。实施例VI: FK506的竞争性试验1. 将FK-506加入2 ml缓冲液(0.05% 1 X PBS吐温20，含有1% BSA) 产生FK506浓度为0、 0.5、 2.0和20ng/ml的分析物样品。2. 将上述制备的8 pl 1 X 10々ml抗-FK-506 IgM包被珠加入各样品中， 室温培育30-60分钟。按照生产商的使用说明书(英杰生命技术公司)将抗-FK506 IgM(菲茨杰拉德工业公司)与顺磁珠偶联来制备各珠。如上所述浓縮分析物样品 溶液。3. 将含有用FK-506(戴索林公司(Diasorin Inc.))标记的载体(HRP)的500 pl 溶液加入样品中，室温培育60分钟。4. 用FPW器件分析这些样品，该器件的传感器已用捕捉剂(抗-KF-506 IgM) 功能化。参考图10，如上所述，用中性亲和素30功能化传感器12，采用标准 生物素化方法生物素化抗-FK-506 32。如图10中的B图所示，将分析物IO(在 本例中是FK-506)与竞争分子24和用捕捉剂14(在本例中是抗-FK-506抗体)标 记的颗粒16混合。对于本实施例，竞争分子24包含用分析物FK-506标记的 载体HRP。如C和D图所示，预计样品中FK-506浓度较低能使颗粒与竞争分 子结合，从而与传感器表面结合。预计较高水平的FK-506能导致与传感表面 结合的颗粒较少，因为更多的颗粒会与样品中的FK-506结合。如图13和14 所示，样品引入系统后，最少可在15分钟内检测0.5ng/ml-20ng/ml浓度范围 的FK-506。实施例VII:经处理的人全血基质中FK-506的竞争性试验1.给四份100 pl血液样品掺加0、 3、 10或30ng/mlFK-506。按照生产商 使用说明书(戴索林公司)实施蛋白质消化方法从血液基质中提取药物。
2. 向各样品中加入600微升蛋白质消化试剂。
3. 旋振(vortex)混合样品，室温(约23"C)培育15分钟，得到半透明的混合物。
4. 75'C培育样品35分钟以终止消化反应，得到暗棕色混合物。
5. 旋振混合样品，以1800 g离心IO分钟，得到500-600 nl上清液。
6. 将500微升上清液转移入新的试管中，(含)相同浓度FK-560的四份样 品合并在一个试管中，得到各种浓度FK-506的2ml上清液。
7. 如上所述分析样品。如图15和16所示，将样品引入器件后，最快可在 8分钟内检测0.5 ng/ml-20 ng/ml浓度范围的FK-506。本发明可体现为其它具体形式而不脱离其构思或基本特征。因此，应认为 这些实施方式是说明性而非限制性的，本发明的范围由附加的权利要求书体现 而不是以上叙述，因此该权利要求书应包括与这些权利要求等价的含意和范围 相伴的所有变化。
权利要求
1.一种检测样品中是否存在一种或多种分析物的方法，包括a)将多个包被有捕捉剂的磁性颗粒引入流体室，其中该流体室的至少一个表面装有结合了第一分析物的声学器件；b)在该声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引向所述表面；和c)监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测了样品中是否存在一种或多种分析物。
2. 如权利要求1所述的方法
3. 如权利要求1所述的方法
4. 如权利要求1所述的方法 信号作比较。
5. 如权利要求1所述的方法 再引入所述流体室。
6. 如权利要求l所述的方法 引入多个颗粒。
7. 如权利要求1所述的方法
8. 如权利要求6所述的方法 构成的组唾液、痰、脑脊液、血液、血清、血浆、尿液和活检材料。
9. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
10. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下获得所述 对照信号。
11. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获得所述对照 信号a) 将第二份多个包被有捕捉剂的磁性颗粒引入流体室，其中该流体室的至 少一个表面装有结合了第二分析物的声学器件；b) 在该声学器件附近产生磁通量以将第二份多个磁性颗粒的至少一个引 向所述表面；和，其特征在于，所述声学器件是柔性板波器件。 ，其特征在于，在步骤c)前撤去所述磁通量。 ，其特征在于，还包括将c)的信号输出与对照，其特征在于，先使多个磁性颗粒与样品接触，，其特征在于，先将样品引入所述流体室，再，其特征在于，所述样品是生物学样品。，其特征在于，所述生物学样品选自以下材料C)监测所述声学器件产生的信号输出。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，所述第一和第二分析物具有 相同的化学结构。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一/第二分析物是较大分子的一部分。
14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析物间接结合于所述表面。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述表面包被有结合对的第 一成员，所述分析物与该结合对的第二成员结合。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述结合对选自生物素/亲 和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
17. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
18. —种检测样品中是否存在一种或多种分析物的方法，包括a) 将多个磁性颗粒和竞争分子引入流体室，所述磁性颗粒包被有能结合分 析物的捕捉剂，其中该流体室的至少一个表面装有包被了能结合竞争分子的第 二捕捉剂的声学器件；b) 在该声学器件附近产生磁通量以将所述多个磁性颗粒的至少一个引向 所述表面；禾口c) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测样品中是否存在一种或多 种分析物。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，先使所述多个磁珠与样品和 竞争分子接触，再引入所述流体室。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与标签结 合的分析物，所述第二捕捉剂能结合该标签。
21. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述标签是生物素。
22. 如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与载体结 合的两个或多个分析物分子，所述第二捕捉剂能结合该分析物。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述载体选自辣根过氧化物 酶和白蛋白。
24. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，先将样品和竞争分子引入流 体室，再引入多个颗粒。
25. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述样品是生物学样品。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述生物学样品选自唾液、 痰、脑脊液、血液、血清、血浆、尿液和活检材料。
27. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括将c)的信号输出与对 照信号作比较。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
29. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下获得所述 对照信号。
30. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂间接结合于所述 表面。
31. 如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述表面包被有结合对的第 一成员，所述捕捉剂与该结合对的第二成员结合。
32. 如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述结合对选自生物素/亲 和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
33. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
34. —种确定是否要调整个体药物剂量的方法，包括a) 检测样品中一种或多种分析物的水平，包括i) 将样品和多个包被有捕捉剂的磁性颗粒引入流体室，其中该流体室的 至少一个表面装有结合了第一分析物的声学器件；ii) 在该声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引向所 述表面；和iii) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测样品中一种或多种分 析物的水平，和b) 根据样品中一种或多种分析物的水平确定是否要调整药物剂量。
35. —种检测能结合捕捉剂的分析物的方法，包括a)将多个颗粒引入流体室，其中所述多个颗粒包被有不同分析物，其中该 流体室的至少一个表面装有结合了捕捉剂的声学器件；和 b)监测所述声学器件产生的信号输出。
36. 如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述声学器件是柔性板波器件。
37. 如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述多个颗粒是磁性的，所 述方法还包括在所述声学器件附近产生磁通量以将多个颗粒的至少一个引向 所述表面。
38. 如权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括制备所述多个颗粒， 包括使颗粒与一群分析物接触，从而用不同分析物包被所述多个颗粒。
39. 如权利要求35所述的方法，其特征在于，还包括制备所述多个颗粒， 包括在所述颗粒的表面上合成分析物。
40. —种检测样品中雌二醇的方法，该方法包括以下步骤a) 将包被有能结合雌二醇的捕捉剂的多个颗粒引入流体室，其中该流体室 的至少一个表面装有结合了雌二醇的声学器件；和b) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测了样品中的雌二醇。
41. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述声学器件是柔性板波器件。
42. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，与参比相比，雌二醇水平增 加表明个体患乳腺癌的可能性增加。
43. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，先使所述多个颗粒与样品接 触，再引入流体室。
44. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，先将所述样品引入流体室， 再引入多个颗粒。
45. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述颗粒是磁性的，所述方 法还包括在所述声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引向 所述至少一个表面。
46. 如权利要求45所述的方法，其特征在于，在步骤b)之前撤去磁通量。
47. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述样品中雌二醇的浓度约 为10pg/ml。
48. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，雌二醇选自游离雌二醇、与 性激素结合球蛋白(SHBG)结合的雌二醇、雌酮-3-葡糖苷酸和雌二醇-3-葡糖苷酸。
49. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述样品选自血液、血清、 血桨、尿液、唾液和活检材料。
50. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括比较b)的信号输出与 对照信号。
51. 如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
52. 如权利要求50所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下获得所述 对照信号。
53. 如权利要求40所述的方法，其特征在于，所述雌二醇间接结合于所述 表面。
54..如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述表面包被有结合对的第 一成员，所述雌二醇与该结合对的第二成员结合。
55. 如权利要求54所述的方法，其特征在于，所述结合配对选自生物素/ 亲和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
56. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
57. —种检测样品中雌二醇的方法，该方法包括以下步骤a) 将多个颗粒和竞争分子引入流体室，所述颗粒包被有能结合雌二醇的捕 捉剂，其中该流体室的至少一个表面装有包被了能结合竞争分子的第二捕捉剂 的声学器件；和b) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测雌二醇。
58. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述声学器件是柔性板波器件。
59. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，与参比相比，雌二醇水平增 加表明个体患乳腺癌的可能性增加。
60. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，先使所述多个颗粒与样品和 竞争分子接触，再引入流体室。
61. 如权利要求60所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与标签结 合的雌二醇，所述第二捕捉剂能结合该标签。
62. 如权利要求61所述的方法，其特征在于，所述标签是生物素。
63. 如权利要求58所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与载体结 合的两个或多个雌二醇分子，所述第二捕捉剂能结合雌二醇。
64. 如权利要求63所述的方法，其特征在于，所述载体选自辣根过氧化物 酶和白蛋白。
65. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述颗粒是磁性的，所述方 法还包括在所述声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引向 所述至少一个表面。
66. 如权利要求65所述的方法，其特征在于，在步骤b)之前撤去磁通量。
67. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述样品中雌二醇的浓度约 为10pg/ml。
68. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，雌二醇选自游离雌二醇、与 性激素结合球蛋白(SHBG)结合的雌二醇、雌酮-3-葡糖苷酸和雌二醇-3-葡糖苷酸。
69. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述样品选自血液、血清、 血浆、尿液、唾液和活检材料。
70. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，还包括比较b)的信号输出与 对照信号。
71. 如权利要求70所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下产生所述 对照信号。
72. 如权利要求70所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
73. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂间接结合于流体 室的至少一个表面。
74. 如权利要求73所述的方法，其特征在于，所述至少一个表面包被有结 合对的第一成员，所述捕捉剂与该结合对的第二成员相连。
75. 如权利要求74所述的方法，其特征在于，所述结合对选自生物素/亲 和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
76. 如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
77. —种检测样品中一种或多种免疫抑制剂的方法，该方法包括 a) 将包被有能结合免疫抑制剂的捕捉剂的多个颗粒引入流体室，其中该流 体室的至少一个表面装有结合了所述免疫抑制剂的声学器件；和b) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测样品中的免疫抑制剂。
78. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，还包括根据样品中所述药物 的水平调整给予个体的所述免疫抑制剂的剂量。
79. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，先使所述多个颗粒与样品接 触，再引入流体室。
80. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，先将所述样品引入流体室， 再引入所述多个颗粒。
81. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述颗粒是磁性的，所述方 法还包括在所述声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引向 所述至少一个表面。
82. 如权利要求81所述的方法，其特征在于，在步骤b)之前撤去磁通量。
83. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述样品选自血液、血清、 血浆、脑脊液、尿液、唾液和活检材料。
84. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述免疫抑制剂选自环孢 菌素、他克莫司、雷帕霉素和麦考酚酸。
85. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，还包括比较b)的信号输出与 对照信号。
86. 如权利要求85所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下产生所述 对照信号。
87. 如权利要求85所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
88. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述免疫抑制剂间接结合于 所述表面。
89. 如权利要求88所述的方法，其特征在于，所述表面包被有结合对的第 一成员，所述免疫抑制剂与该结合对的第二成员结合。
90. 如权利要求88所述的方法，其特征在于，所述结合对选自生物素/亲 和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
91. 如权利要求77所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
92. —种检测样品中一种或多种免疫抑制剂的方法，该方法包括a) 将多个颗粒和竞争分子引入流体室，所述颗粒包被有能结合免疫抑制剂的第一捕捉剂，其中该流体室的至少一个表面装有包被了能结合该竞争分子的第二捕捉剂的声学器件；和b) 监测所述声学器件产生的信号输出，从而检测样品中的免疫抑制剂。
93. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述声学器件是柔性板波器件。
94. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，还包括根据样品中所述药物 的水平调整给予个体的所述免疫抑制剂的剂量。
95. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，先使所述多个颗粒与样品和 竞争分子接触，再引入流体室。
96. 如权利要求95所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与标签结 合的免疫抑制剂，所述第二捕捉剂能结合该标签。
97. 如权利要求96所述的方法，其特征在于，所述标签是生物素。
98. 如权利要求95所述的方法，其特征在于，所述竞争分子包含与载体结 合的两个或多个免疫抑制剂分子，所述第二捕捉剂能结合该免疫抑制剂。
99. 如权利要求98所述的方法，其特征在于，所述载体选自辣根过氧化物 酶和白蛋白。
100. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述颗粒是磁性的，所述 方法还包括在所述声学器件附近产生磁通量以将多个磁性颗粒的至少一个引 向所述至少一个表面。
101. 如权利要求100所述的方法，其特征在于，在步骤b)之前撤去磁通量。
102. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述样品选自血液、血清、 血浆、脑脊液、尿液、唾液和活检材料。
103. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述免疫抑制剂选自环 孢菌素、他克莫司、雷帕霉素和麦考酚酸。
104. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，还包括比较b)的信号输出 与对照。
105. 如权利要求104所述的方法，其特征在于，在没有样品存在下产生所 述对照信号。
106. 如权利要求104所述的方法，其特征在于，所述对照信号是标准曲线。
107. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂间接结合于该 表面。
108. 如权利要求107所述的方法，其特征在于，所述表面包被有结合对的 第一成员，所述捕捉剂与该结合对的第二成员结合。
109. 如权利要求108所述的方法，其特征在于，所述结合对选自生物素/ 亲和素、生物素/链霉亲和素和生物素/中性亲和素。
110. 如权利要求92所述的方法，其特征在于，所述捕捉剂是抗体。
全文摘要
提供了检测样品中分析物的方法。将多个颗粒与样品混合以形成多个分析物颗粒复合物，所述各颗粒包被了对分析物有亲合力的捕捉剂。该系统还包括用于将样品和/或颗粒转运至传感器表面的转运装置和任选的磁场感应结构，构建与安装该结构能在传感器表面与其附近产生磁场。共振传感器产生的信号对应于与该传感器表面结合的分析物颗粒复合物的数量。
文档编号G01N33/543GK101213453SQ200680024299
公开日2008年7月2日 申请日期2006年5月2日 优先权日2005年5月2日
发明者A·斯里瓦斯塔纳, B·P·马斯特斯, M·卢恩斯托姆, M·米勒, V·K·古拉提, W·王 申请人:柏奥斯柯勒股份有限公司