专利名称：：水分散性二氧化硅纳米颗粒在连接生物分子方面的用途的制作方法水分散性二氧化硅纳米颗粒在连接生物分子方面的用途相关专利申请的交叉引用本申请要求提交于2007年4月19日的美国临时专利申请No.60/912,711的优先权，该申请的全文以引用的方式并入本文。
背景技术：
：诸如活组织中的感染或癌前病变之类的临床病症的早期灵敏检测对疾病的诊断和治疗有着显著的有益效果。影响临床病症检测的因素包括用于捕获、浓縮和/或纯化与临床病症相关的生物分子的材料和方法。影响检测和诊断的其它因素包括用于检测极小量(例如皮克量级)所关注的生物分子的手段。用于检测临床病症的现有技术通常耗时并且涉及相当多的操作来获得合适的样品。这些技术还受到生物样品内能使测试结果无效的许多干扰物质的影响。因此，需要提供用以从这类抑制物质中捕获和纯化生物分子的材料和方法。用于检测临床病症的现有技术的灵敏性和特异性受到非特异性物质的捕获的影响，非特异性物质的捕获通常会妨碍对小量生物分子的检测。因此，当浓縮和检测所关注的生物分子的存在时，需要用来减少非特异性物质的捕获的材料和方法。
发明内容本发明涉及官能化二氧化硅纳米颗粒的用途。这种纳米颗粒是水分散性的，这使得它们能(例如)用于水性生物样品。本发明涉及具有官能化表面的固体载体材料的用途，用于连接生物分子，优选用于捕获耙生物分析物。在一个实施例中，本发明提供了捕获靶生物分析物的方法。该方法涉及提供水分散性纳米颗粒，每个纳米颗粒包括具有通过不可逆共价键连接至表面的官能团的二氧化硅表面，其中官能团包括用于连接生物分子的生物分子结合基团；数量足以为纳米颗粒提供水分散性的水分散性基团；和不同于水分散性基团的屏蔽基团，其中结合的屏蔽基团不包括酰胺基团和/或脲基团；在有效使生物分子共价结合(优选通过不可逆共价键结合)至一个或多个生物分子结合基团的条件下，使水分散性纳米颗粒与生物分子接触，其中生物分子是耙分析物的捕获剂；以及使其上共价结合有生物分子捕获剂的水分散性纳米颗粒与怀疑含有靶分析物的样品接触；前提条件是，生物分子结合基团不包括碳原子少于6个的脂族胺和/或马来酰亚胺基团，当水分散性基团和/或屏蔽基团包括含聚(环氧烷)的基团时，其能够共价结合至生物分子。对于某些实施例而言，生物分子捕获剂是抗体，其中二氧化硅纳米颗粒包含多种不同特异性的抗体。对于某些实施例而言，靶生物分析物是微生物，例如细菌(如金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus))。二氧化硅纳米颗粒包含通过不可逆共价键结合至表面的水分散性基团。水分散性基团有助于纳米颗粒在水性生物环境中分散。优选的是，水分散性基团包括羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、它们的盐或它们的组合。二氧化硅纳米颗粒还包含通过不可逆共价键结合至表面的屏蔽基团。对于某些实施例而言，屏蔽基团包括含聚(环氧垸)的基团，优选含聚(环氧乙垸)的基团。对于某些实施例而言，屏蔽基团包括含聚(环氧烷)的基团、含乙二醇醚的基团、含聚(环氧乙烷)醚的基团、含乙二醇乳酸酯的基团，含糖的基团、含多元醇的基团、含冠醚的基团、含低聚縮水甘油基的基团、含羟基丙烯酰胺的基团、含有机磺酸根的基9团、含有机羧酸根的基团或它们的组合。虽然屏蔽基团与水分散性基团可以是相同或相似的化学类别，但它们是不同的基团，因为纳米颗粒包含这两种类型的基团。生物分子结合基团可以包括许多种基团，包括选自以下基团的官能团胺、肼、羟基、砜、醛、醇、环氧烷、卤素、N-氧琥珀酰亚胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、具有吸电子基团的aJ-烯属或炔属不饱和基团、羧酸根、酯、酐、碳酸根、草酸根、氮丙啶、环氧基团、N-取代的马来酰亚胺、二氢唑酮以及它们的组合。对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括选自以下基团的官能团乙烯砜、环氧基团、丙烯酸酯、胺以及它们的组合。对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括a,0-烯属不饱和基团和吸电子基团，其可以包括羰基、酮基、酯基、酰胺基、-S02-、-SO-、-CO-CO-、-CO-COOR、磺酰胺基、卤素、三氟甲基、磺酰胺基、卤素、马来酰亚胺基、马来酸基、或它们的组合。在某些实施例中，生物分子结合基团是丙烯酸酯或a,e不饱和酮。对于某些实施例而言，生物分子结合基团可以包括芳族(即芳基)非叔胺基和/或芳基肼基团，使得当它们具有共价结合至其上的醛官能化生物分子时，化学式为-Ar-NK:(H)-生物分子或-Ar-NH-N-C(H)-生物分子，其中Ar是芳基。对于某些实施例而言，其上共价结合有生物分子的生物分子结合基团包括通过胺官能基团共价结合至纳米颗粒表面的含生物素的基团。对于某些实施例而言，固体载体材料还包含连接至表面的报告基团(优选通过共价键连接，更优选通过不可逆共价键连接)。对于某在一个实施例中，本发明提供了将生物分子连接至纳米颗粒的方法。该方法涉及提供各自具有表面的二氧化硅纳米颗粒；提供具有水分散性基团和表面结合基团的水分散性化合物；提供具有生物分子结合基团和表面结合基团的生物分子结合化合物；提供具有屏蔽基团和表面结合基团的屏蔽化合物，其中屏蔽化合物不同于水分散性化合物；通过表面结合基团与表面之间的不可逆共价键将多个生物分子结合基团、水分散性基团和屏蔽基团共价结合至多个二氧化硅纳米颗粒表面；其中结合的屏蔽基团不包括酰胺基团和/或脲基团；以及在有效使生物分子共价结合(优选通过不可逆共价键结合)至一个或多个生物分子结合基团的条件下，使水分散性纳米颗粒与生物分子接触；前提条件是，生物分子结合基团不包括碳原子少于6个的脂族胺和/或马来酰亚胺基团，当水分散性基团和/或屏蔽基团包括含聚(环氧烷)的基团时，其能够与生物分子共价结合。该方法可以还包括提供包含报告基团(如荧光基团)和表面结合基团的报告分子；以及将多个报告基团通过表面结合基团(优选通过不可逆共价键)共价结合至多个二氧化硅纳米颗粒表面。对于某些实施例而言，在报告分子结合至固体载体材料表面之前将屏蔽化合物共价结合至固体载体材料表面。定义"生物分子结合基团"是与生物分子反应从而形成共价键的官能团。本发明上下文中的"不可逆共价键"或"不可逆共价结合"表示在生理条件下不可逆的共价键。这不包括在生理条件下处于平衡的键(例如金-硫键)，该在生理条件下处于平衡的键将允许连接的基团从一个颗粒迁移至另一个颗粒。而且，任何含-SH或-S-S-的外来物质都能通过金-硫键置换金颗粒上的取代基。因此，表面组成模式可能会被中断。"纳米颗粒"在本文中定义为纳米尺寸的颗粒，优选具有不大于200纳米(nm)的平均粒度。如本文所用，"粒度"和"粒径"具有相同的含义，并且用来指颗粒(或其团聚物)的最大尺寸。在本文中，"团聚"指颗粒之间的弱缔合，它们可以因电荷或极性而保持在一起并且可以分解成更小的单位。"水分散性纳米颗粒"是其上共价结合有足以为纳米颗粒提供水分散性的量的水分散性基团的纳米颗粒。在本文中，"水分散性"表示颗粒的形式为单个的颗粒而非团聚物。"水分散性基团"是能够提供亲水表面从而减少(优选防止)纳米颗粒在水性生物环境中的过度团聚和沉淀的单价基团。某些水分散性基团也可以起屏蔽基团的作用(如含聚(环氧乙垸)的基团)。"屏蔽基团"是能够减少(优选防止)除所关注的生物分子以外的生物分子的非特异性结合的单价基团。出现在说明书和权利要求中的术语"包含"及其变型不具有限制性含义。单词"优选的"和"优选地"指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施例。然而，在相同或另外的情况下，其它实施例也可以是优选的。此外，详述一个或多个优选的实施例并不意味着其它的实施例是不适用的，不意味着将其它的实施例排除在本发明的范围之外。如本文中所用，"一"、"一个"、"所述(该)"、"至少一种(个)"以及"一种或多种(一个或多个)"可互换使用。因此，例如，包含"一种"生物分子结合基团的纳米颗粒可以被解释为表示该纳米颗粒包含"一种或多种"生物分子结合基团。类似地，捕获"一种"靶分析物的方法可以被解释为表示该方法可以涉及捕获"一种或多种"靶分析物。术语"和/或"表示所列元素中的一者或全部或任意两个或多个所列元素的组合(例如，预防和/或治疗痛苦表示预防、治疗痛苦，或者既治疗又预防进一步的痛苦)。如本文所用，术语"或"通常采用其包括"和/或"在内的意思，除非文中明确地指出不是这样。另外，在本文中，由端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。本发明的上述
发明内容不旨在描述本发明的每个公开的实施例或每一种实施方式。以下描述更具体地举例说明了示例性实施例。在整个专利申请的若干处，通过列举的实例提供指导，可以采用这些实例的不同组合。在每一种情况下，所列举的实例均仅用作一个代表性群组，而不应该被解释为排他的列举。具体实施例方式本发明涉及官能化二氧化硅纳米颗粒。这种颗粒是水分散性的，这(例如)使得它们能用于水性生物样品。本发明的水分散性官能化纳米颗粒可用于设计和制造需要水分散性颗粒作为连接和固定生物分子的接合剂的装置。另外，本发明的官能化纳米颗粒可用于纳米级电子装置、多功能催化剂、化学传感器和许多生物学应用，例如生物传感器、生物测定等等。本发明的纳米颗粒包含通过不可逆共价键共价结合至表面的生物分子结合基团。这种生物分子结合基团可优选用于使所关注的生物分子(如耙生物分析物)选择性地连接至表面。可以通过本文其他地方所描述的多种技术实现选择性的连接。例如，某些实施例涉及使诸如特异性抗体或蛋白质之类的生物分子捕获剂共价结合至二氧化硅纳米颗粒，这种二氧化硅纳米颗粒可用于靶生物分析物(例如细菌)的特异性生物识别。水分散性由水分散性基团与纳米颗粒的二氧化硅表面的共价结合产生。纳米颗粒还包含共价结合至二氧化硅表面的屏蔽基团。屏蔽基团用于减少(优选防止)除所关注的生物分子(如生物分子捕获剂和/或靶生物分析物)以外的生物分子的非特异性结合。通过减少或防止非特异性结合，屏蔽基团有助于提高(例如)在生物识别中使用纳米颗粒的检测的灵敏性、准确性和可重复性。这种水分散性基团和屏蔽基团是通过不可逆共价键共价结合至二氧化硅表面。一般来讲，可取的是使二氧化硅纳米颗粒具有高覆盖率的反应性硅垸醇，以降低团聚和非特异性结合的倾向。通常可取的是，使大部分硅烷醇位点与水分散性基团和/或屏蔽基团和/或生物分子结合基团反应。因为本发明的合适的纳米颗粒通常具有非常大数目的可用硅垸醇位点(例如，5nm的颗粒可具有270个可用硅烷醇基团，20nm的颗粒具有3200个可用硅垸醇基团，90nm的颗粒具有50,000个可用硅垸醇基团)，即使屏蔽基团和/或水分散性基团具有高覆盖百分比也不会妨碍可用的大量生物分子结合基团的连接。纳米颗粒上的反应基团是能够与结合至表面的化合物(化学式为A-L-B的生物分子结合化合物、化学式为A-L-Sh的屏蔽化合物、化学式为A-L-WD的亲水化合物(如水分散性化合物)和化学式为A-L-Rp的报告化合物，如下文讨论)中的表面结合基团A(见下文)反应的互补基团。可以采用表面反应基团(即纳米颗粒表面上的反应基团)与表面结合基团A的任何合适组合，只要表面反应基团不会与(生物分子结合化合物的)生物分子结合基团B反应即可，生物分子结合基团B是能够与生物分子相互作用(通常通过共价键相互作用)的基团。在上面的化学式中，L表示有机连接基或化学键。有机连接基L可以是直链或支链的亚垸基、亚芳基或亚垸基与亚芳基的组合，可任选地包含杂原子(包括S、O、N、P或其混合物)。L基团的例子包括含环氧乙烷的低聚物或聚合物基团、含乙撑亚胺的低聚物或聚合物基团，以及含环硫乙烷的低聚物或聚合物基团。虽然L基团可以包括(例如)二价的含环氧乙垸的低聚物或聚合物基团，该基团也可以为固体载体材料提供屏蔽和/或亲水特性，但本文中提到的屏蔽基团和亲水基团是单独的并且截然不同的单价基团。这意味着，屏蔽基团和亲水基团是端基，而不是另一基团(特别是生物分子结合基团)的二价连接基。因此，如果通过二价的含环氧乙垸的低聚物使生物分子结合基团B连接至表面上，则本发明的纳米颗粒优选包含单独的并且截然不同的屏蔽基团，该屏蔽基团可以包括单价的含环氧乙垸的低聚物(即，没有活性端基的基团)。含二氧化硅的纳米颗粒根据本发明进行表面改性的纳米颗粒包括纳米尺寸的二氧化硅。术语"纳米尺寸"优选指表征为平均粒度(或对于球形颗粒而言为平均粒径)不大于200nm(在表面改性之前)的颗粒。更优选的是，平均粒度不大于150纳米(在表面改性之前)，甚至更优选不大于120nm(在表面改性之前)，并且甚至更优选不大于100nm(在表面改性之前)。优选的是，在表面改性之前，二氧化硅纳米颗粒的平均粒度为至少5nm，更优选为至少10nm。可以采用透射电子显微镜测量纳米颗粒的平均粒度。在本发明的实践中，可以采用任何合适的技术确定粒度。优选的是，粒度指数均粒径并且用采用透射电子显微镜或扫描电子显微镜的仪器测量。测量粒度的另一种方法是测量重均粒度的动态光散射法。发现适用的这类仪器的一个例子是可得自加利福尼亚州富勒顿的贝克曼库尔特公司(BeckmanCoulterInc.,Fullerton,CA)的N4PLUSSUB-MICRONPARTICLEANALYZER(N4PLUS亚微米颗粒分析仪)。另外优选的是，纳米颗粒的尺寸相对均匀。尺寸均匀的纳米颗粒通常可提供重复性更好的结果。优选的是，纳米颗粒的尺寸偏差小于平均粒度的25%。在本文中，二氧化硅纳米颗粒是水分散性的，以减少(优选防止)颗粒在水性环境中的过度团聚和沉淀。纳米颗粒聚集可导致不期望的沉淀、胶凝作用或粘度的显著增加。然而，当纳米颗粒在水性缓冲液中时少量的团聚是容许的，只要团聚体(即团聚颗粒)的平均尺寸不大于200nm即可。因此，纳米颗粒在本文中优选指胶态纳米颗粒，因为它们可以是单独的颗粒或它们的小团聚物。纳米颗粒的表面积优选为至少10m々克，更优选为至少20m克，甚至更优选为至少25m"克。纳米颗粒优选具有大于600mV克的表面积。本发明的纳米颗粒可以是多孔的或无孔的。它们可以基本上只包括二氧化硅，或者它们可以是复合纳米颗粒，例如芯壳纳米颗粒。芯壳纳米颗粒可以包括一种类型的氧化物(如氧化铁)芯或金属(如金或银)芯和沉积在该芯上的二氧化硅壳。二氧化硅是最优选的纳米颗粒，特别是衍生自硅酸盐(例如碱金属硅酸盐或硅酸铵)的二氧化硅纳米颗粒。可以以溶胶而非粉末的形式提供未改性的纳米颗粒。优选的溶胶通常含有分散于流体介质中的15重量％至50重量％的胶态二氧化硅颗粒。用于胶态颗粒的合适流体介质的代表性实例包括水、水性醇溶液、低级肪族醇、乙二醇、N，N-二甲基乙酰胺、甲酰胺或它们的组合。优选的流体介质是水性的，例如水和可任选的一种或多种醇。当胶态颗粒分散于水性流体中时，由于每个颗粒表面上产生了相同的电荷而可以使颗粒稳定。相同的电荷往往会促进分散而不是团聚或聚集，因为带同种电荷的颗粒相互排斥。水性介质中的无机二氧化硅溶胶是本领域中所熟知的，并且可以商购获得。水或水-醇溶液中的二氧化硅溶胶可以诸如LUDOX(由特拉华州威尔明顿市(Wilmington，DE)的杜邦公司(E丄duPontdeNemoursandCo.,Inc.)制造)、NYACOL(可得自Nyacol公司(Ashland，MA))或NALCO(由NalcoChemicalCo.(OakBrook,IL)制造)之类的商品名商购获得。一种可用的二氧化硅溶胶为NALCO2327，其可作为平均粒度为20纳米、pH值为9.5并且固体含量为40重量％的二氧化硅溶胶获得。另外的合适的胶态二氧化硅的实例在美国专利No.5,126,394中有描述。为了平衡胶体的表面电荷，本发明中使用的溶胶通常包含抗衡阳离子。根据pH值及所用胶体类型，胶体上的表面电荷可以是负电荷或正电荷。因此，阳离子或阴离子都可用作抗衡离子。适合用作带负电荷的胶体的抗衡离子的阳离子的实例包括Na+、K+、Li+、诸如NR/之类的季铵阳离子(其中每个R可以为任意的单价部分，但优选为H或诸如CH3-之类的低级烷基)、这些离子的组合等等。可用多种方法对纳米颗粒表面进行改性，包括(例如)向纳米颗粒添加表面改性剂(如为粉末或胶态分散体形式)并使表面改性剂与纳米颗粒反应。其它可用的表面改性方法在(例如)U.S.2,801,185(Iler)、U.S.5，648，407(Goetz等人)和U.S.4,522,958(Das等人)中有描述。垸氧基硅垸、硅烷醇和氯硅烷特别适用于对含二氧化硅的表面进行改性。这些垸氧基硅烷、硅烷醇和氯硅垸可以是单官能的、双官能的或三官能的。生物分子结合基团生物分子结合基团的功能是将一种或多种生物分子连接(优选共价结合)至二氧化硅纳米颗粒。优选的是，生物分子结合基团对特定的生物分子具有特异性亲和力，但是包含具有用于多种不同生物分子的多个结合位点的生物分子结合基团是在本发明的范围内。在任一颗粒上包含用于多种不同生物分子的多个生物分子结合基团也在本发明的范围内。可以通过多种方法中的任意一种将生物分子(特别是抗体)共价结合至二氧化硅纳米颗粒。例如，可以将戊二醛、醛-席夫碱、N-羟基琥珀酰亚胺、二氢唑酮、溴化氰、马来酸酐等用作连接化学试剂。可以用能结合至生物分子的多种化学基团对生物分子结合基团进行官能化。这种基团通常是由化学式A-L-B表示的生物分子结合化合物提供。生物分子结合基团B可以是能够与任何所关注的生物分子反应并形成共价键(优选为不可逆共价键)的任何可用的官能团。许多种这类基团是已知且可用的。一般来讲，基团B将不同于基团A(表面结合基团)。在该化学式中，L可以是化学键或多种有机连接基的任意一种。有机连接基L可以是直链或支链的亚烷基、亚芳基或亚烷基与亚芳基的组合，可任选地包含杂原子。对于某些实施例而言，L基团不包括二价的含环氧垸的低聚物或聚合物基团。对于某些实施例而言，如果L基团确实包括二价的含环氧垸的低聚物或聚合物基团，该基团可以为纳米颗粒提供屏蔽和/或水分散特性，则它们不是唯一存在于纳米颗粒上的屏蔽和/或水分散性基团。这种反应基团B的非限制性实例包括选自由以下基团组成的组的那些胺(特别是伯胺，但也可以使用仲胺，它们可以是芳族和/或脂族的)、肼、羟基(-OH)、砜、醛、醇(-OR)、环氧垸(例如环氧乙烷)、卤素(Cl、Br、I、F)、N-氧琥珀酰亚胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、具有吸电子基团的a，e-烯属或炔属不饱和基团(如a,e-不饱和酮)、羧酸根、酯、酐、碳酸根、草酸根、氮丙啶、环氧基团、N-取代的马来酰亚胺、二氢唑酮以及它们的组合。下面示出了这些连接有L连接基的B基团的某些实例，其中B基团包括醛和羟基、卤素、酯、肼(脂族或芳族的)和N-氧琥珀酰亚胺<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>X=I,Br,Cl,F:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>X=CH2,O，S,NH，NR(11=烷基)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>n=0-10X=CH2，0,S,NH,NR(R=烷基)对于某些实施例而言，生物分子结合基团不包括碳原子少于6个的脂族胺和/或马来酰亚胺基团，当水分散性基团和/或屏蔽基团包括含(环氧垸)的基团时，其能共价结合至生物分子。或者，本发明的纳米颗粒不包括用于生物分子结合的短链脂族胺和/或马来酰亚胺基团以及作为屏蔽基团和/或水分散性基团的含聚(环氧垸)的基团。在此背景下，"短链"表示长度少于6个碳，优选少于7个碳，更优选少于8个碳，甚至更优选少于9个碳。优选的是，当本发明的纳米颗粒包含用于生物分子结合的胺和/或马来酰亚胺基团时，屏蔽基团和/或水分散性基团完全不包含聚(环氧垸)基团。对于某些实施例而言，乙烯砜、环氧基团、丙烯酸酯和胺是优选的，因为它们可允许直接连接而无需复杂的化学反应(如对于例如羧酸根来说是需要的)。以下是带有L连接基的优选的B基团的代表，其中B基团包括乙烯砜、环氧基团、丙烯酸酯和胺基团-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>n=0-15X=NH,NR,S,On=0-15X=CH2，O,Sn=0-15X=CH2,0，NH,观SNH2n=0-10X=CH2，O,S，NH,NR(R=烷基)可以使用多种组合的生物分子结合基团。它们可以在相同的颗粒上或者在不同的颗粒上。特别优选的生物分子结合基团是具有抗水解性的那些。与生物分子反应的抗水解官能团包括丙烯酸酯、a，e-不饱和酮、N-磺酰基羧酰亚胺衍生物、酰基磺酰胺、N-磺酰氨基羰基、氟化酯、开环二氢唑酮、磺酰氟、环氧碳酸(三角酸(delticacid)、方酸(squaricacid)、克酮酸和玫棕酸)、三聚氟氰、乙烯砜、全氟苯酚以及它们的多种组合。烷氧基硅垸或氯硅烷，它们可以是单官能的、双官能的或三官能的。例如，二氧化硅纳米颗粒表面上的硅垸醇基团与生物分子结合化合物的至少一种硅垸醇、垸氧基硅垸或氯硅烷基团反应，形成官能化纳米颗粒。用于使生物分子结合化合物与二氧化硅纳米颗粒反应的示例性条件在"实例"部分中描述。a,e-烯属或炔属不饱基团对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括具有吸电子基团的a,e-烯属或炔属不饱和基团。吸电子基团的非限制性实例包括羰基、酮、酯、酰胺、-S02-、-SO-、-CO-CO-、-CO-COOR、磺酰胺、卤素、三氟甲基、磺酰胺、卤素、马来酰亚胺、马来酸基、或它们的组合。对于某些实施例而言，吸电子基团是酮、酯或酰胺。生物分子结合基团可以由化学式A-L-B表示的生物分子结合化合物提供。生物分子结合基团B是ci,e-烯属或炔属不饱和基团。一般来讲，基团B不同于基团A(表面结合基团)。在该化学式中，L可以是化学键或多种有机连接基的任意一种，使得某些优选的基团L-B(或仅B)具有如下结构X=CH2，0,NH，观S或<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>在某些实施例中，生物分子结合基团是丙烯酸酯或a,0-不饱和酮。在宽泛的pH范围内，丙烯酸酯和a,P不饱和酮在水中显示具有期望的稳定特性，并且还显示具有与伯胺的高反应性，不可逆地形成迈克尔(Michael)加成加合物。当具有氨基的生物分子通过碳-氮键共价结合至生物分子结合基团时，产生迈克尔加成加合物，该碳-氮键涉及生物分子的氨基和ci位具有羰基单元的a，6-烯属不饱和基团的P位置。下面的方案I表示丙烯酸酯化合物(其是生物分子结合化合物的实例)的例子，在某些优选的实施例中，丙烯酸酯化合物是用于与固体载体材料表面反应并使固体载体表面改性的起始材料。这种化合物的化学式为A-L-B，其中A是—Si(OR)3，B是丙烯酸酯基团<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>所需水平的所关注的生物分子(多肽，例如抗体，优选为IgG抗体)的连接。胺和/或肼基对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括胺和/或肼。胺和/或肼可以是芳族的、脂族的或其组合。胺可以是伯胺或仲胺，但优选为伯胺，更优选的伯胺是亲水性的胺，包括聚(环氧乙烷)胺和聚亚胺。对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括芳基胺和/或芳基肼。胺可以是伯胺或仲胺(即非叔胺)，但优选为伯胺。在这种实施例中，生物分子结合基团可以由通过化学式A-L-B表示的生物分子结合化合物提供，其中生物分子结合基团B是芳基非叔胺和/或芳基肼基团。一般来讲，基团B将不同于基团A(表面结合基团)。在该化学式中，L可以是化学键或多种有机连接基的任意一种，使得某些优选的基团L-B(或仅B)具有如下结构n=0-10X=CH2，O，S,NH，NR(R=烷基)和NHNH2n=0-10X=CH2，O,S,NH,NR(R-垸基)对于某些实施例而言，B基团包括芳基胺和/或芳基肼，并且通过席夫碱机制与具有游离羰基的生物分子反应，从而形成化学式-Ar-N-C(H)-生物分子键合或-Ar-NHN-C(H)-生物分子键合，其中Ar是芳基，其可以是未取代的或者是经取代的。芳基可以包含单个芳环或多个芳环，其可以包含或者可以不包含杂原子(特别是S、N、0)。实例包括萘、蒽、嵌二萘和联苯。如果芳基是经取代的，则取代基(如羟基、羧基、甲氧基、甲基、氨基)应该不会在空间上干扰或电子干扰作为生物分子结合基团的芳基胺基和/或芳基肼基的功能。应该使芳基的尺寸与水分散性基团的数目和类型相平衡，以避免纳米颗粒的过度团聚。如果需要，芳基可以被亲水基团取代，以有助于纳米颗粒的分散。对于该实施例，生物分子是醛官能化的生物分子。如果生物分子是抗体，则其为经氧化的抗体。优选的是，游离羰基是来自抗体的Fc区域。氧化抗体的示例性条件在"实例"部分中描述。通过席夫碱机制将生物分子(例如经氧化的抗体)固定至芳基胺的实例在下面的方案II中示出。抗体固定:取向控制通过化学式A-L-B表示的生物分子结合化合物(即，能够提供具有芳基胺和/或芳基肼基团的生物分子结合基团的化合物)的例子包括4-氨基苯基三甲氧基硅垸。本领域的普通技术人员将会认识到，许多种其它生物分子结合化合物可用于本发明，用作可用于用生物分子结合基团使固体载体材料官能化的化合物。优选的是，使足量的生物分子结合化合物与固体载体材料反应，以提供所需水平的所关注的生物分子(经氧化的多肽，例如经氧化的抗体，优选IgG抗体)的连接。具有含生物素的基团的伯胺对于某些实施例而言，生物分子结合基团包括脂族伯胺和/或芳族伯胺，并且其上共价结合有生物分子的生物分子结合基团包括通过胺官能基团共价结合至纳米颗粒表面的含生物素基团。优选的是，含胺的生物分子结合基团是芳族胺。如果它们是脂族胺，则它们具有的碳原子不少于6个，特别是当水分散性基团和/或屏蔽基团包括含聚(环氧烷)的基团时。或者，本发明的纳米颗粒不包括用于生物分子结合的短链脂族胺基团以及作为屏蔽基团和/或水分散性基团的含聚(环氧烷)的基团。在此背景下"短链"表示长度少于6个碳、优选少于7个碳、更优选少于8个碳、甚至更优选少于9个碳。优选的是，当本发明的纳米颗粒包含用于生物分子结合的脂族胺基团时，屏蔽基团和/或水分散性基团完全不包括聚(环氧垸)基团。因此，对于某些优选的实施例而言，生物分子是生物素，从而形成如方案III所示的生物素化的酰胺。其可用于捕获靶生物分析物(如抗体)。方案HI可以通过(+)-生物素-N-羟基-琥珀酰亚胺酯化合物与脂族伯胺和/或芳族伯胺(生物分子结合基团)的反应形成这种其上结合有生物素的含胺基团，其中胺官能团通过连接基L结合至表面。作为另外一种选择，(+)-生物素-N-羟基-琥珀酰亚胺酯化合物与胺的反应可以在与二氧化硅纳米颗粒表面结合之前进行。生物素也称为维生素11或顺式-六氢-2-氧-111-噻吩并-[3,4]-咪唑-4-戊酸，它是对包括细菌和酵母在内的大多数生物体至关重要的基本维生素。生物素的分子量为244道尔顿，远低于其结合配体亲和素和链霉亲和素。生物素也是丙酮酸羧化酶、转羧基酶、乙酰辅酶A羧化酶和e-甲基巴豆酰辅酶A羧化酶(它们一起羧化许多种类型的底物)的酶辅因子。可以使用生物素衍生物来连接至二氧化硅纳米颗粒上的胺，例如生物素的N-羟基琥珀酰亚胺酯(称为NHS-生物素)、生物素的N-羟基磺基琥珀酰亚胺酯(称为磺基-NHS-生物素)、磺基琥珀酰亚胺基-6-[生物素酰氨基]己酸酯(称为磺基-NHS-LC-生物素)、磺基琥珀酰亚胺基-6-[生物素酰氨基]-6-己酰氨基己酸酯(称为磺基-1^18七(:丄(:-生物素)和N-羟基琥珀酰亚胺PEGu-生物素或N-羟基琥珀酰亚胺PEG4-生物素(称为NHS-PEOu-生物素或磺基-NHS-PE04-生物素)。因此，采用这种命名时，生物素或生物素衍生物为生物分子，而生物分子结合基团是胺。含生物素的化合物(如生物素或生物素的衍生物)与亲和素或链霉亲和素形成化学键合，其复合物能够结合至可以是耙28分析物或者可以对靶分析物(如细菌)具有特异性的抗体。已发现基于亲和素-生物素亲和性的技术在生物学及生物技术的诸多领域中具有广泛的应用性。亲和素与生物素之间的亲和力常数非常高(解离常数Kd大约为1(T15M，参见Green,Biochem.J.，89，599(1963))，并且当生物素与许多种生物分子偶联时也不会显著减小。已经确定了许多化学试剂用来使生物分子与生物素偶联，使生物分子的活性或其它所需特性的损失最小或可忽略不计。生物素-亲和素技术的综述可见于"ApplicationsofAvidin-BiotinTechnologytoAffinity-BasedSeparation"(Bayer等人)，《色谱法杂志》第3-11页(1990)。链霉亲和素及其官能化同系物亲和素是具有四个相同亚单元的四聚体蛋白。链霉亲和素是由放线细菌属链霉菌亲和素(Streptomycesavidinii)分泌。链霉亲和素或亲和素的单体包含一个水溶性维生素生.物素的高亲和力结合位点，并且链霉亲和素或亲和素四聚体与四个生物素分子结合。链霉亲和素和亲和素都显示出与生物素的极为牢固的且高度特异性的结合，这是一种已知为最强的蛋白质与配体之间的非共价相互作用，摩尔解离常数为10"摩尔(M)(Green,《蛋白质化学进展》，第29巻，第85-133页，1975年)，配体解离的tl/2为89天(Green,NM，《蛋白质化学进展》，第29巻，第85-133页，1975年)。亲和素-生物素键合在血清和循环中是稳定的(Wei等人，Experientia,第27巻，第366-368页，1970年)。一旦形成，亲和素-生物素复合物不会受大多数极端pH值、有机溶剂以及变性条件的影响。将生物素与链霉亲和素分离需要诸如8M胍、1.5的pH值或12rC下高压灭菌10分钟(min)之类的条件。水分散性基团水分散性基团是单价基团，该单价基团能够为纳米颗粒表面提供亲水特性，从而减少(并且优选防止)纳米颗粒在生物环境中使用的水性缓冲溶液中过度团聚和沉淀(但是当纳米颗粒处于水性环境中时，少量的团聚是可容许的，只要团聚物的平均尺寸优选不大于200nm)。述及单价，其表示水分散性基团没有能与所关注的生物分子反应或固定所关注的生物分子的端基。因此，水分散性基团是单独的并且不同于生物分子结合基团。也就是说，纳米颗粒表面包含提供亲水特性的单价基团，即使同样的部分可以形成生物分子结合基团与固体载体材料表面的连接基。优选的是，水分散性纳米颗粒在水性缓冲溶液中是贮存稳定性的。提及贮存稳定性，其意指在高于20'C的温度下，在至少l年的周期内，水分散性纳米颗粒的水性分散体在处于缓冲液中时不会脱乳化和/或凝结或团聚。如本文所用，术语"水分散性化合物"描述的是能与固体载体材料表面反应以用水分散性基团对其进行改性的化合物。它可以用化学式A-L-WD表示，其中A是表面结合基团，该表面结合基团可以与本文所述的其它表面结合基团相同或不同，WD表示水分散性基团，L表示有机连接基或化学键。有机连接基L可以是直链或支链的亚烷基、亚芳基或亚垸基与亚芳基的组合，可任选地包含杂原子。水分散性基团是亲水基团或好水性基团。它们通常包括(例如)非离子基团、阴离子基团、阳离子基团、当分散在水中时能够形成阴离子基团或阳离子基团的基团(如盐或酸)或它们的混合物。非离子水分散性基团的实例包括聚(环氧烷)基团和含多羟基的基团(包括含糖的基团)。优选的非离子水分散性基团是聚(环氧烷)基团(优选为大分子单体)，该聚(环氧垸)基团是单价的，并且具有至少一个-(3112-(:112-0-(重复)单元，并且可以具有-CH(Ri)-CH2-0-重复单元，使得大分子单体总共具有至少一个，优选至少五个-CH2-CH2-0-(重复)单元，并且-CH2-CH2-0-重复单元与-CH(R"-CH2-0-重复单元的比例为至少2:1。因此，聚(环氧烷)基团中可以包含少量的环氧丙烷，尽管其不是所需的。阴离子或阴离子形成基团可以是有助于表面的阴离子化的任何合适基团。例如，合适的基团包括羧酸根基团(-C(V基团，包括聚羧酸根)、硫酸根基团(-S(V基团，包括聚硫酸根)、磺酸根基团(-so3—基团，包括聚磺酸根)、磷酸根基团(-P(V基团，包括聚磷酸根)、膦酸根基团(-P(V基团，包括聚膦酸根)和类似的基团以及它们的酸。阳离子基团或阳离子形成基团可以是有助于表面的阳离子化的任何合适基团。例如，合适的基团包括季铵盐、膦盐和锍盐。在某些实施例中，优选的水分散性基团包括羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团或它们的组合。水分散性基团在二氧化硅纳米颗粒表面上的连接明显意味着其分散体的稳定性不需要诸如表面活性剂之类的外部乳化剂。然而如果需要，在包括官能化纳米颗粒的组合物中也可以使用阴离子和阳离子水分散性化合物，用作外部乳化剂并协助纳米颗粒的分散。可以用化学式为A-L-WD的水分散性化合物提供水分散性基团。水分散性化合物的合适的表面结合基团A在本文标题为"含二氧化硅的纳米颗粒"的部分中描述。实例包括硅垸醇、烷氧基硅烷或氯硅烷。一些优选的水分散性化合物包括如下化合物以及其它的己知化合物。本领域的普通技术人员将会认识到，许多种其它水分散性化合物可用于本发明，用作外部乳化剂或用作可用于用水分散性基团使二氧化硅纳米颗粒改性的化合物。用于使这种化合物与二氧化硅纳米颗粒反应的示例性条件在"实例"部分中描述。优选的是，使足量的水分散性化合物与二氧化硅纳米颗粒反应，以提供所需水平的水分散度，而不会干扰生物分子结合基团的连接。优选的是，所需水平的水分散度要使得外部乳化剂对于制备保存稳定性分散体来说是不必要的。屏蔽基团"屏蔽基团"是单价基团，该单价基团能够减少(并且优选防止)除靶生物分析物(如另一种所关注的生物分子)以外的生物分子的非特异性结合。述及单价，其意指屏蔽基团不具有可以与所关注的生物分子反应或可以固定所关注生物分子的端基。下面描述的某些亲水基团也可以用作屏蔽基团(如，含聚(环氧乙烷)的基团、含多羟基的基团、磺酸基团)。屏蔽基团独立于并且不同于生物分子结合基团。也就是说，在某些实施例中，固体载体材料包含提供屏蔽特性的单价基团，即使同样的部分可以形成生物分子结合基团与固体载体材料表面的连接基。如本文所用，术语"屏蔽化合物"描述的是能与固体载体材料表面反应以用屏蔽基团对其进行改性的化合物。它可以用化学式A-L-Sh表示，其中A是表面结合基团，该表面结合基团可以与本文所述的其它表面结合基团相同或不同，Sh表示屏蔽基团，L表示有机连接基或化学键。有机连接基L可以是直链或支链的亚烷基、亚芳基或亚烷基与亚芳基的组合，可任选地包含杂原子。屏蔽基团用于阻断非靶分析物/生物分子和生物大分子材料结合至固体载体材料表面，并允许固体载体材料被用于结合、分离或固定特定的生物分子。对屏蔽基团的主要要求是，它不能与所关注的生物分子(例如捕获剂或靶生物分析物)结合。屏蔽基团通常包括(例如)非离子基团(如含聚(环氧垸)的基团，优选含聚(环氧乙烷)的基团、含乙二醇醚的基团、含聚(环氧乙烷)醚的基团、含乙二醇乳酸酯的基团、含糖的基团、含多元醇的基团、含冠醚的基团、含低聚縮水甘油醚的基团(包括甲基醚和羟乙基醚)，含羟基酰胺的基团)、阴离子基团(如上述作为水分散性基团的磺酸根和羧酸根基团)以及当分散于水中时能够形成阴离子基团的基团(如盐或酸)。根据需要，可以使用这种基团的各种混合物或组合。优选的是，屏蔽基团是长度受到很好地限定的未带电荷的水溶性聚合分子。过长的聚合物可能会有阻断生物分子结合基团上的结合位点的效应，并因而优选对它们的聚合物长度进行控制。优选的屏蔽基团包括(但不限于)含聚(环氧烷)的基团(优选分子量低至88的短链低聚物，如果包括至少两个不同的部分，则具有无规的或嵌段的结构分布)、含乙二醇醚的基团、含聚(环氧乙烷)醚的基团、含乙二醇乳酸酯的基团、含糖的基团、含多元醇的基团、含冠醚的基团、含低聚縮水甘油醚的基团(包括甲基醚和羟乙基醚)、含羟基酰胺的基团(包括丙烯酰胺的低聚物和聚合物)、含有机磺酸根的基团、含有机羧酸根的基团或它们的组合。优选的屏蔽基团是含聚(环氧乙烷)的基团(优选为大分子单体)，该含聚(环氧乙垸)的基团是单价的，并且具有至少一个-CH2-CH2-0-(重复)单元，并且可以具有-0:11(^)《112-0-(重复)单元，使得大分子单体总共具有至少一个，优选至少五个-CH2-CH2-0(重复)单元，并且《112-(:112-0-单元与^11(111)-(:112-0-单元的比例为至少2:1(优选为至少3:1)。如果含聚(环氧乙垸)的基团还包含-CH(R"-CH2-0-基团，则R1为(CVO0烷基，其可以是直链的或支链的。因此，聚(环氧垸)基团中可以包含少量的环氧丙垸(如，0.2毫摩尔/克纳米颗粒)，尽管不是所需的。优选的是，含聚(环氧乙烷)的基团的分子量为至少100克/摩尔，更优选为至少500克/摩尔。通常优选的是，它们的链长受限，使得它们小于低聚物的缠结分子量。术语"缠结分子量"用于指连接至表面的屏蔽基团时意指最低分子量，超过该最低分子量则用作屏蔽基团的聚合物分子显示出缠结。测定聚合物缠结分子量的方法是已知的，参见(例如)Friedrich等人，ProgressandTrendsinRheologyV，ProceedingsoftheEuropeanRheologyConference,5th，Portoroz，Slovenia,Sep.6-ll，1998(1998)，387(流变学的进展和趋势，第五届欧洲流变学会议论文集，1998年，9月6-11日，斯洛文尼亚)，编辑Emri,I，出版商Steinkopff,Darmstadt(德国)。优选的是，这种聚合物基团的分子量不大于10,000克每摩尔(克/摩尔)。虽然无意于提出这种优选性的机理，但据信短链屏蔽基团相对于长聚合物链是更合适的，以避免阻断生物分子结合基团的结合位点。有理由预期短链屏蔽基团将允许靶分析物和/或捕获剂可触及生物分子结合位点。较长链的屏蔽基团可能会阻断生物分子结合基团，防止发生任何结合。表面上的屏蔽基团的表面密度和特性将取决于所需的整个系统和方法的效率，考虑多种因素，例如起始物质的成本、生物分子结合基团的表面密度和特性、水分散性基团(如果包括的话)的表面密度和特性、合成的难易性、靶分析物和/或捕获剂在所关注样品中的群体密度以及所需检测系统的灵敏性(如信噪比)。例如，含聚(环氧乙垸)的基团与含胺的生物分子结合基团的比率是至少0.15:1以防止胶凝作用(对于纳米粒子而言)；然而对于低的非特异性结合，含聚(环氧乙烷)的基团与含胺的生物分子结合基团的比率是至少2:1。屏蔽化合物的合适的表面结合基团A在本文标题为"含二氧化硅的纳米颗粒"的部分中描述。实例包括硅垸醇、垸氧基硅烷或氯硅烷。屏蔽化合物的例子包括聚(环氧乙烷)三甲氧基硅垸、(OH)3Si(CH2)3OCH2CH(OH)CH2S03H和羧乙基硅烷三醇钠盐。本领域的普通技术人员将会认识到，许多种其它屏蔽化合物可用于本发明，用作可用于用屏蔽基团使固体载体材料改性的化合物。用于使这种化合物与二氧化硅纳米颗粒反应的示例性条件在"实例"部分中描述。35优选的是，使足量的屏蔽化合物与固体载体材料反应，以提供所需水平的非特异性结合，而不会干扰生物分子结合基团的连接。报告基团所关注的生物分子通常通过利用提供可检测信号的报告基团(即信号基团)检测。这些报告基团通常直接连接至固体载体材料表面(优选通过共价键连接，并且更优选通过不可逆共价键连接)。生物分子可以通过这样定量首先测定样品中报告基团的量，然后用将样品与之比较的一组标准品计算所存在的生物分子量。这种报告基团的实例包括发光基团，包括光致发光基团，特别是荧光基团。荧光报告基团的实例包括香豆素、荧光素、荧光素衍生物、罗丹明和罗丹明衍生物。发光报告基团的实例包括金刚垸基环氧乙垸衍生物。显色报告基团的实例包括硫化酞、硫化酞衍生物和吲哚酚化合物以及它们的衍生物。可根据需要使用报告基团的组合。如果将颗粒用作固体载体材料，则可以使用具有不同报告基团的颗粒的组合。例如，混合物中的一种类型的颗粒可包括用荧光素标记的具有特异性"a"的抗体，而另一种类型的颗粒可包括用若丹明标记的具有特异性"b"的抗体。因此，人们可以使用单个测定法来检测多种抗原。虽然大多数报告基团被设计成直接共价结合至固体载体表面，但是也可以通过另一个分子(如亲和素)将报告基团非共价地连接至固体载体表面。也可以通过离子或疏水相互作用来连接荧光基团(如羧基荧光素和氨基荧光素)。优选的是，荧光报告基团是荧光素，例如衍生自三乙氧基甲硅垸基取代的荧光素染料的荧光素。可以使用报告化合物(A-L-Rp)将报告基团连接至固体载体材料表面，其中Rp为是报告基团，A是表面结合基团，而L是有机连接基或化学键。有机连接基L可以是直链或支链的亚垸基、亚芳基或亚烷基与亚芳基的组合，可任选地包含杂原子。报告化合物(A-L-Rp)的合适的表面结合基团A在本文标题为"含二氧化硅的纳米颗粒"的部分中描述。实例包括硅垸醇、垸氧基硅烷或氯硅烷。报告化合物的一个实例是三乙氧基甲硅烷基取代的荧光素。本领域的普通技术人员将会认识到，许多种其它报告化合物可用于本发明，用作可用于用报告基团使固体载体材料改性的化合物。用于使这种化合物与二氧化硅纳米颗粒反应的示例性条件在"实例"部分中描述。优选的是，使足量的报告化合物与固体载体材料反应，以提供所需水平的标记。如果报告基团是疏水的，则将报告基团连接至纳米颗粒而不是抗体和/或其它生物分子是特别有利的。例如，当连接至纳米颗粒、特别是连接至被水分散性基团部分覆盖的纳米颗粒时，相对疏水的荧光染料分子可以很好地分散于水性介质中。纳米颗粒可以减小荧光染料-染料的相互作用，从而减少猝灭和提高荧光强度。纳米颗粒还能够连接许多染料分子，与将染料连接至抗体或其它生物分子的常规途经相比，这可以提高信号强度。生物分子生物分子可以是天然存在于活体中的任何化合物，以及这类天然存在的化合物的衍生物或片段。生物分子主要由碳和氢组成，除此之外还有氮、氧、磷和硫。有时整合有其他元素，但不是很普遍。生物分子包括(但不限于)蛋白质、抗体、多肽、碳水化合物、多糖、类脂、脂肪酸、类固醇、前列腺素、前列环素、维生素、辅因子、细胞因子和核酸(包括DNA、RNA、核苷、核苷酸、嘌呤和嘧啶)、由活体产生的代谢产物，包括(例如)抗生素和毒素。生物分子还可以包括天然存在的生物分子的衍生物，例如已经用化学试剂修饰(如用过碘酸钠氧化)的蛋白质或抗体。生物分子还可以包括交联的天然存在的生物分子或天然存在的生物分子与化学物质的交联产物。因此，如本文所用，术语"生物分子"包括(但不限于)未经修饰的分子和经修饰的分子两者(如，糖基化蛋白、经氧化的抗体)及其片段(如蛋白质片段)。生物分子片段可以包括(例如)因化学处理、酶处理或照射处理而水解产生的那些片段。在某些实施例中，生物分子可以与一个或多个生物分子结合基团共价结合。在某些实施例中，生物分子在连接至生物分子结合基团之前包括醛基或者可以被修饰成包括醛基。用于氧化抗体的示例性条件在"实例"部分中公开。生物分子可以包括完整的生物体(如病毒、细菌)或细胞或组织或生物体内的分子。"所关注的生物分子"可以是可用于"捕获"其他生物分子的"捕获剂"(如用于捕获蛋白质的抗体)或者是靶生物分析物中的生物分子。作为另外一种选择，"所关注的生物分子"可以是"靶分析物"(即"靶生物分析物")或在用于检测和/或分析的靶分析物(如细菌或其他所关注的生物分子)内。抗体(如经氧化的抗体)或其它生物分子(如经氧化的生物分子)的连接通常在温和的条件下进行，并且可以在宽的pH值范围下进行，优选pH值为4-11，更优选pH值为6-10，最优选pH值为7-9。用于连接抗体(如经氧化的抗体)或其它生物分子(如经氧化的生物分子)的优选温度是室温。另外，可以采用较低或较高的温度，但不能釆用使生物分子变性的温度。该化学适用于所有类型的生物介质、碱性缓冲液和甚至弱酸性缓冲液，以及包含诸如DMSO或乙腈之类的溶剂的混合溶剂。捕获剂可以直接实现靶生物分析物的选择性连接或者可以通过捕获剂来实现，例如抗原-抗体结合(在这里靶生物分析物本身包含与固定在检测表面上的抗体结合的抗原)。捕获剂包括对靶生物分析物具有高亲和力，并且优选对靶分析物具有特异性的物质(如分子、分子的基团)。捕获剂包括例如抗体及其片段(Fab、Fab'、Fc)、多肽、核酸配体、DNA、RNA、低聚核苷酸、蛋白质、抗体、碳水化合物、多糖、类脂、脂肪酸、类固醇、维生素、细胞因子、凝集素、辅因子和受体(如噬菌体受体)。捕获剂还可以包括天然存在的生物分子的衍生物，例如已经用化学试剂修饰的蛋白质或抗体。这些也可以包括交联的天然存在的生物分子或天然存在的生物分子与化学物质的交联产物。适用于本发明的优选生物分子捕获剂包括多肽，包括抗体、抗体缀合物以及诸如亲和素、链霉亲和素和凝聚因子之类的蛋白质。特别优选的生物分子捕获剂是抗体。术语"抗体"意在包括来自脊椎动物(如哺乳类物种)的任何同种型(IgG、IgA、IgM、IgE等)的整个抗体，以及它们的片段，其也与外源化合物(如蛋白质)发生特异性反应。抗体可以是单克隆的、多克隆的或它们的组合。可以用常规技术使抗体片段化并且以与整个抗体相同的方式筛选片段的实用性。因此，该术语包括溶蛋白性裂解或重组制备的抗体分子部分的片段，该片段能够选择性地与某些蛋白质反应。这种蛋白水解片段和/或重组片段的非限制性实例包括Fab、F(ab')2、Fv和包含通过肽接头连接的VL和/或VH结构域的单链抗体(scFv)。可以共价或非共价的方式连接scFv，形成具有两个或更多个结合位点的抗体。可以用本领域技术人员已知的任何可检测部分标记抗体。在某些方面，与希望测量的被分析物结合的抗体(一抗)未被标记，而是通过结合特异性结合一抗的经标记的二抗或其他试剂来间接检测。多种金黄色葡萄球菌抗体是本领域中已知的。例如，金黄色葡萄球菌抗体可从Sigma-Aldrich和AccurateChemical公司商购获得。此外，诸如单克隆抗体Mab12-9之类的其它金黄色葡萄球菌抗体在美国专利No.6,979,446中有描述。在某些优选的实施例中，抗体选自本文中描述的那些(如，选自由MAb-76、MAb-107、亲和纯化的RxClf40、亲和纯化的GxClf40、MAb12-9组成的组)、它们的片段以及它们的组合。这些抗体也在如下专利中有公开提交于2006年11月22日标题为"ANTIBODYWITHPROTEINASELECTIVITY(具有蛋白质选择性的抗体)"的美国专利申请序列No.11/562,759、提交于2006年11月22日标题为"ANTIBODYWITHPROTEINASELECTIVITY(具有蛋白质选择性的抗体)"的美国专利申请序列No.11/562,747，以及提交于2006年11月22日标题为"SPECIFICANTIBODYSELECTIONBYSELECTIVEELUTIONCONDITIONS(通过选择性洗脱条件对特异性抗体的选择)"的美国专利申请序列No.60/867,089。优选的抗体是单克隆抗体。特别优选的是结合至金黄色葡萄球菌(本文中也称为"S.aureus"或"StaphA")的蛋白A的单克隆抗体。更具体地讲，在一个实施例中，合适的单克隆抗体及其抗原结合片段是显示出由杂交瘤细胞系358A76.1产生的单克隆抗体76的免疫结合特性的那些。鼠单克隆抗体76是鼠IgG2A，从蛋白A免疫的小鼠中分离的K抗体。根据布达佩斯条约，产生单克隆抗体76的杂交瘤358A76.1于2006年10月18日存放在美国典型培养物保藏中心(ATCC)存放处(10801UniversityBoulevard,Manassas，VA20110-2209)，并获得专利保藏号PTA-7938(本文中也称为登记号PTA-7938)。杂交瘤358A76.1产生在本文中称为"Mab76"的抗体。Mab76在本文中也称为"Mab76"、"Mab-76"、"MAb-76"、"单克隆76"、"单克隆抗体76"、"76"、"M76"或"M76"，它们在本文中均可互换使用，指由杂交瘤细胞系358A76.1产生的免疫球蛋白，该杂交瘤细胞系358A76.1于2006年10月18日存放在美国典型培养物保藏中心(ATCC)，并指定登记号为PTA-7938。在另一个实施例中，合适的单克隆抗体及其抗原结合片段是显示出杂交瘤细胞系358A107.2所产生的单克隆抗体107的免疫结合特性的那些。鼠单克隆抗体107是鼠IgG2A，从蛋白A免疫的小鼠中分离.的k抗体。根据布达佩斯条约，产生单克隆抗体107的杂交瘤358A107.2于2006年10月18日存放在美国典型培养物保藏中心(ATCC)存放处(10801UniversityBoulevard,Manassas,VA20110-2209)，并且获得专利保藏号PTA-7937(本文中也称为登记号PTA-7937)。杂交瘤358A107.2产生一种在本文中称为"Mab107"的抗体。Mab107在本文中也称为"Mabl07"、"Mab-107"、"MAb-107"、"单克隆107"、"单克隆抗体107"、"107"、"M107"或"M107"，它们在本文中均可互换使用，指由杂交瘤细胞系产生的免疫球蛋白，该杂交瘤细胞系于2006年IO月18日存放在美国典型培养物保藏中心(ATCC)，并指定登记号为PTA-7937。合适的单克隆抗体也是抑制单克隆抗体MAb-76与金黄色葡萄球菌的蛋白A结合的那些。本发明包括结合至由单克隆抗体MAb-76识别的金黄色葡萄球菌的蛋白A的相同表位的单克隆抗体。用于确定单克隆抗体是否抑制单克隆抗体MAb-76与金黄色葡萄球菌的蛋白A结合的方法，以及用于确定单克隆抗体是否结合至由单克隆抗体MAb-76识别的金黄色葡萄球菌的蛋白A的相同表位的方法是免疫学领域的技术人员所熟知的。合适的单克隆抗体也是抑制单克隆抗体MAb-107与金黄色葡萄球菌的蛋白A结合的那些。本发明包括结合至由单克隆抗体MAb-107识别的金黄色葡萄球菌蛋白A的相同表位的单克隆抗体。用于确定单克隆抗体是否抑制单克隆抗体MAb-107与金黄色葡萄球菌蛋白A结合的方法，以及用于确定单克隆抗体是否结合至由单克隆抗体MAb-107识别的金黄色葡萄球菌蛋白A的相同表位的方法是免疫学领域的技术人员所熟知的。合适的单克隆抗体是由这种杂交瘤的后代或衍生物产生的那些以及由等同或类似的杂交瘤产生的单克隆抗体。本发明中还包括多种抗体片段，也称为抗原结合片段，其仅包括完整抗体的部分，通常包括完整抗体的抗原结合位点，因此保留了结合抗原的能力。抗体片段的例子包括(例如)由蛋白分解消化和/或还原二硫键产生的Fab、Fab'、Fd、Fd'、Fv、dAB和F(ab')2片段以及由Fab表达库产生的片段。可以通过本领域中熟知的技术产生这种抗体片段。可用于本发明的单克隆抗体包括(但不限于)人源化抗体、嵌合抗体、单链抗体、单链Fvs(scFv)、二硫键连接的Fvs(sdFv)、Fab片段、F(ab')片段、F(ab')2片段、Fv片段、双链抗体、由Fab表达库产生的线性抗体片段、包括VL或VH结构域的片段、细胞内产生的抗体(即细胞内抗体)以及它们的结合抗原的抗体片段。可用于本发明的单克隆抗体可以是任意同种型的。可用于本发明的单克隆抗体可以是(例如)鼠IgM、IgGl、IgG2a、IgG2b、IgG3、IgA、IgD或IgE。可用于本发明的单克隆抗体可以是(例如)人IgM、IgGl、IgG2、IgG3、IgG4、IgAl、IgA2、IgD或IgE。在一些实施例中，单克隆抗体可以是鼠IgG2a、IgGl或IgG3。对于本发明，给定的重链可以搭配k或入形式的轻链。可用于本发明的单克隆抗体可以由动物(包括(但不限于)人、小鼠、大鼠、兔、仓鼠、山羊、马、鸡或火鸡)产生、通过化学合成产生或通过重组表达产生。可用于本发明的单克隆抗体可以通过本领域己知用于纯化免疫球蛋白分子的任何方法进行纯化，例如通过色谱法(如，离子交换色谱法、亲和色谱法和分子筛柱色谱法(sizingcolumnchromatography))、离心法、差别溶解法(differentialsolubility)或通过用于纯化蛋白质的任何其他标准技术进行纯化。合适的抗体还包括高亲合力的抗-金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂，该多克隆抗体制剂可以优选至少1皮克每毫升(pg/mL)，更优选最多100pg/mL的浓度检测金黄色葡萄球菌重组凝聚因子(rClf40)蛋白。合适的抗体还包括高亲合力的抗-金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂，与金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白抗血清相比较，该多克隆抗体制剂表现出增强了至少4倍的检测灵敏度。在某些实施例中，高亲合力的抗-金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂是可用的，其中高亲合力的抗金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂的制备方法包括从用金黄色葡萄球菌的重组凝聚因子(rClf40)蛋白免疫的动物中获取抗血清；将抗血清结合至金黄色葡萄球菌凝聚因子(Clf40)蛋白亲和柱；用具有0.5摩尔每升(M)的盐且pH为4的洗涤缓冲液洗涤该柱；以及用pH为2的洗脱缓冲液将高亲合力的抗金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂从该柱中洗脱出来。在本文中，来自兔和山羊的高亲合力的抗-金黄色葡萄球菌凝聚因子的多克隆抗体制剂分别称为亲和纯化的RxClf40和亲和纯化的GxClf40。在一些实施例中，高亲合力的抗-金黄色葡萄球菌凝聚因子蛋白的多克隆抗体制剂的获取方法还可以包括在将抗血清结合至金黄色葡萄球菌凝聚因子(Clf40)蛋白亲和柱之前，使抗血清中IgG类抗体富集。这种富集可以将非免疫球蛋白从制剂中除去和/或使样品内富集IgG类抗体。如本文所用，抗血清指来自免疫宿主动物的已移除凝固蛋白和红细胞(RBC)的血液。靶抗原的抗血清可以通过免疫多种宿主动物中的任何一种获得。可以使用多种免疫方法中的任何一种。抗体亲合力是多克隆抗体制剂的功能性亲和力的量度。亲合力是多种抗体/抗原相互作用的复合亲和力。也就是说，亲合力是抗原/抗体结合的表观亲和力，而不是真实亲和力。尽管大多数抗血清中存在亲和力异质性，但人们可以通过限定平均亲和力(KG)来表征这种群体。捕获剂在表面上的表面覆盖率和填充率可影响靶生物分析物检测的灵敏性。将捕获剂连接至表面的固定化学可在填充捕获剂、保持Jf获剂活性方面起作用，并且还可以有助于表面的可再生性和寿命。可以使用在本文中其他地方描述的多种固定方法来与表面连接，以实现高收率、高活性、高寿命和高稳定性的目标。除了结合捕获剂并使其依然保持活性的化学之外，存在着其他的与本发明结合使用的任何捕获剂的表面特性或者固定化学需要考虑并且可能会与临床或环境诊断应用相关。固定化学应该优选对结合至表面的耙标的检测造成有限的干扰或无干扰。例如，捕获剂或固定化学应该不会干扰(如破坏)与表面结合的荧光染料的荧光发射。固定化学还可以决定抗体或蛋白质如何结合至表面，从而决定捕获剂活性位点的取向。固定化学可优选提供可重复的特性以从本发明表面获得可重复的数据和灵敏度。可以将生物亲和力配对体(例如抗原/半抗原、抗体/抗体的抗原结合片段或互补核酸、生物受体/配体(白介素-4及其受体)用于连接捕获剂。将这种生物分子配对体中的一者共价连接至结合生物分子的试剂。这些生物分子形成用于靶生物分析物的"捕获剂"的部分。例如，当将抗体连接至表面时，生物素和亲和素和/或链霉亲和素之间形成的强的键是特别有用的。优选的是，链霉亲和素可以用作将抗体连接至表面的手段。链霉亲和素是分离自阿维丁链霉菌(Streptomycesavklinii)的四聚体蛋白，其可牢固地结合至维生素生物素。可以通过多种化学将诸如链霉亲和素之类的蛋白质连接至表面。可以将生物素的衍生物，例如生物素的N-羟基琥珀酰亚胺酯(称为NHS-生物素)、生物素的N-羟基磺基琥珀酰亚胺酯(称为磺基-NHS-生物素)、磺基琥珀酰亚胺基-6-[生物素酰氨基]己酸酯(称为磺基-NHS-LC-生物素)、磺基琥珀酰亚胺基-6-[生物素酰氨基]-6-己酰氨基己酸酯(称为磺基-NHS-LC-LC-生物素)，以及N-羟基琥珀酰亚胺PEG『生物素和N-羟基琥珀酰亚胺PEG4-生物素(称为NHS-PEOu-生物素或磺基-NHS-PE04-生物素)用于将生物素在第一位氨基酸基团处连接至生物分子，例如抗体。这些生物素化的生物分子随后可以被连接至其上连接有链霉亲和素的表面。靶生物分析物"靶生物分析物"包括(例如)组织、细胞或其内的生物分子或由其衍生的生物分子(如生物体特异性抗原、酶或其他蛋白质、肽、碳水化合物、毒素或朊病毒、细胞壁成分或片段、鞭毛、菌毛、核酸、抗体)。如本文所用，术语"组织"指源自动物或植物的多细胞聚集体或器官，并且包括活细胞和坏死细胞两者、结缔组织和间质液。"细胞"指所有活生物体的基本结构和功能单元，活生物体包括动物、植物和单细胞微生物。如本文所用，术语"微生物"指通常归类为细菌、病毒、酵母、丝状真菌和原生动物的原核或真核生物体。如本文所用，术语"原核生物体"包括被认为是细菌的所有形式的微生物，包括球菌、杆菌、螺旋菌、原生质球、原生质体、孢子等。特别关注的微生物(即微生物体)包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、原生动物、支原体、酵母、病毒，甚至包括脂包膜病毒。特别相关的生物体包括肠杆菌科(Enterobacteriaceae)或葡萄球菌属(Staphylococcus)物种、链球菌属(Streptococcus)物种、假单胞菌属(Pseudomonas)物种、肠球菌属(Enterococcus)物种、埃希菌属(Esherichia)45物种、芽孢杆菌属(Bacillus)物种、李斯特菌属(Listeria)物种、弧菌属(Vibrio)物种，以及疱疹病毒、曲霉菌属(Aspergillus)物种、镰孢菌属(Fusarium)物种，以及念珠菌属(Candida)物种的成员。特别的毒性生物体包括金黄色葡萄球菌(包括抗性株，例如耐甲氧西林(Methicillin)金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素(Vancomycin)金黄色葡萄球菌(VRSA)、万古霉素中度耐性-金黄色葡萄球菌(VISA)、表皮葡萄球菌(S,Epidermidis)、月巿炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)、无乳链球菌(S.Agalactiae)、酿脓链球菌(S.Pyogenes)、粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)、耐万古霉素肠球菌(Enterococcus)(VRE)、炭疽杆菌(Bacillusanthracis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)、溶淀粉芽胞杆菌(Bacillusamylolyticus)、蜡状芽孢杆菌(Bacmuscereus)、凝结芽胞杆菌(Bacilluscoagulans)、胶质芽胞杆菌(Bacillusmacerans)、巨大芽胞杆菌(Bacillusmegaterium)、多粘芽胞杆菌(Bacilluspolymyxa)、嗜热脂肪芽胞杆菌(Bacillusstearothermophillus)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、黑曲霉(Aspergillusniger)、烟曲霉(A.fumigatus)、棒曲霉(A.clavatus)、茄病镰刀菌(Fusariumsolani)、尖孢镰刀菌(F.oxysporum)、厚孢镰刀菌(F.chlamydosporum)、单核细胞增多性李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、霍乱弧菌(Vibriocholera)、副溶血性弧菌(V.parahemolyticus)、猪霍乱沙门菌(Salmonellacholerasuis)、伤寒沙门菌(S.typhi)、鼠伤寒沙门菌(S.typhimurium)、白色念珠菌(Candidaalbicans)、光滑念珠菌(C.glabrata)、克鲁斯念珠菌(C.kmsei)、链球菌A、链球菌B、根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)、木糖氧化产碱菌亚种反硝化产碱菌(Alcaligenesxylosoxydanssubsp.denitrificans)、少动鞘氨醇单胞菌(Sphingomonaspaucimobilis)多种药物耐受的革兰氏阴性杆菌(Gramnegativerod)(MDR)。革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌是所关注的。特别关注的是革兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌。通常，这些可以通过检测细菌的细胞壁成分特性(例如细胞壁蛋白)的存在而得以检测。另外，特别关注的有耐抗生素微生物，包括MRSA、VRSA、VISA、VRE和MDR。通常，这些可以通过另外检测内部细胞成分(例如膜蛋白)的存在而得以检测。可以分析得自任何来源的测试样品中的所关注的这类微生物或其他微生物类型，这些来源是例如生理流体，如血液、唾液、眼晶状体流体、滑膜液、脑脊髓液、脓液、汗液、渗出物、尿液、粘液、哺乳期乳液等。此外，测试样品可来自身体部位，如伤口、皮肤、鼻孔、头皮、指/趾甲等。本领域描述了用于检测微生物(例如金黄色葡萄球菌)的多种患者取样技术。这些取样技术也适用于本发明的方法。通常通过擦拭患者的鼻孔来获取样品。特别优选的取样技术包括用无菌拭子或取样装置拭抹受试者(如患者)的前鼻孔。例如，用一个拭子为每个受试者取样，即两个鼻孔使用一个拭子。取样可以(例如)通过这样实现将干的或用合适溶液预润湿的拭子(例如可以商品名"Pure-Wraps"从Puritan(EastGrinstead，UK)商购获得的拭子)插入受试者鼻孔的前端，将拭子沿鼻孔粘膜表面旋转两个完整的转。然后，通常将拭子直接培养或用合适的溶液进行提取，该溶液通常包括任选与缓冲液混合的水以及至少一种表面活性剂。除了生理溶液以外，其他测试样品可包括其他液体以及溶解于液体介质中的固体。所关注的样品可包括加工料流、水、土壤、植物或其他植被、空气、表面(如被污染表面)等。可以让测试样品(如液体)接受预先处理，例如稀释粘稠流体。可以让测试样品(如液体)在注射进样品口之前接受其他处理方法，例如浓縮、过滤、离心、蒸馏、透析、稀释、过滤、使天然组分灭活、添加试剂、化学处理等。本发明的方法可以不仅涉及检测生物分子(如微生物或其生物分子)的存在，而且还优选涉及鉴定所述生物分子。在某些实施例中，检测生物分子的存在包括定量该生物分子。制备方法和使用方法可以多种方式制备本发明的纳米颗粒。通常，可以在有效使基团连接(优选共价结合，更优选不可逆地共价结合，如本文所定义)至纳米颗粒的二氧化硅表面的条件下，使含表面结合基团(如二氧化硅结合基团)和所需的生物分子结合基团、水分散性基团、屏蔽基团和/或报告基团的化合物与纳米颗粒接触。示例性的这种条件在"实例"部分中进行了详细说明。典型的添加顺序涉及首先连接屏蔽基团。虽然据信添加顺序不是关键性的，但可能会存在某些情况先加入生物分子结合基团可能会防止或影响结合屏蔽基团。然后使用改性的纳米颗粒来连接生物分子。这在有效使一种或多种生物分子通过生物分子结合基团连接至表面的条件下进行。抗体或其它生物分子的连接通常在温和的条件下进行，并且可以在宽的pH值范围内发生，优选pH值为4-11，更优选pH值为6-10，最优选pH值为7-9。用于连接抗体或其它生物分子的优选温度是室温。另外，可以采用较低或较高的温度，但不能采用使生物分子变性的温度。该化学适用于所有类型的生物介质、碱性缓冲液和甚至弱酸性缓冲液，以及包含诸如DMSO或乙腈之类的溶剂的混合溶剂。示例性的这种条件在"实例"部分中进行了详细说明。生物分子可以是所需的靶分析物、可以在靶分析物内、可以是耙分析物的部分，或者它可以是用于靶分析物的捕获剂(优选对特定靶分析物具有特异性)，靶分析物在随后的步骤中被捕获。生物分子与生物分子结合基团之间的相互作用可以是共价的(优选为如本文所定义的不可逆共价)，捕获剂与靶分析物之间的相互作用不需要是共价48的。应当理解，包括将生物分子(无论其为捕获剂还是靶分析物)连接至纳米颗粒的本发明方法通常不是涉及在捕获这类生物分子后将该生物分子从表面洗脱出来的色谱法。实例通过以下实例进一步说明本发明的目标及优点，但在这些实例中列举的具体材料及其量以及其它的条件和细节不应被理解为对本发明的不当限制。除非另外指明，否则实例中的所有份数、百分比、比例等均按重量计。除非另外指明，否则所使用的溶剂和其它试剂均得自密苏里州圣路易斯的西格玛-奥尔德里奇化学公司(Sigma-AldrichChemicalCompany,St丄ouis，MO)或马萨诸塞州瓦德希尔的阿法埃莎公司(AlfaAesar，WardHill,MA)。除非另外指明，否则所有水溶液均用MILLI-Q纯化水(Millipore，Billerica，MA)制备。磷酸盐缓冲盐水(PBS)由10mM磷酸钠中的0.9。/0(w/v)的NaCl组成，pH值为7.4。PBS/吐温由含0.05。/。(w/v)的吐温20的PBS组成。金黄色葡萄球菌株6538得自美国典型培养物保藏中心(ATCC，Manassas，VA)。多克隆(兔)抗金黄色葡萄球菌IgG抗体可购自AccurateChemical&ScientificCorporation公司(Westbury，NY)。荧光素缀合的山羊抗兔抗体F(ab')2IgG片段(H+L)可以商品名AffiniPure购自JacksonImmunoResearch(WestGrove，PA)。实例1制备用芳基胺生物分子结合基团和聚(环氧乙烷)屏蔽基团(但未用不同的水分散性基团)改性的二氧化硅纳米颗粒按如下一般工序制备连接有4-氨基苯基硅垸的二氧化硅纳米颗49粒。用46.6g变性乙醇稀释水中固体含量为40.88%的NALCO2327二氧化硅(73.4克(g)，得自伊利诺斯州内珀维尔的NalcoCo.)样品。向反应容器中添加聚(环氧乙烷)三甲氧基硅垸(3.0g，SILQUESTA-1230,得自康涅狄格州威尔顿的GESilicones公司，分子量为500)，导致比率为每克纳米二氧化硅为0.2毫摩尔(mmol)聚(环氧乙烷)三甲氧基硅烷。将该混合物在80'C下于密封的反应容器中反应16小时(hr)，以形成PEG改性的二氧化硅。将该混合物样品(1.5g)与0.3毫摩尔的4-氨基苯基三甲氧基硅烷(APS)反应。用乙醇稀释APS至10%或1%，并以所需量加入至PEG改性的二氧化硅等分试样中。在乙醇中稀释是为了确保准确地将少量硅烷加入反应物中。将反应物置于密封的反应容器中并在80'C下反应16小时。该反应后，将额外的A-1230聚(环氧乙垸)三甲氧基硅烷物料加入反应容器中。调节A-1230聚(环氧乙垸)三甲氧基的载荷，以便总硅烷载荷(A-1230+APS)为每克纳米二氧化硅为0.62mmo1硅烷。将反应容器重新密封并置于80°C的烘箱中16小时。接下来，将反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.(RanchoDominguez，CA))中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中16小时。实例2抗体的氧化以及与芳基胺和PEG改性的二氧化硅纳米颗粒(无不同的水分散性基团)的连接多克隆(兔)抗-金黄色葡萄球菌IgG抗体可购自AccurateChemical&ScientificCorporation公司(Westbury，NY)。磷酸盐缓冲盐水(PBS)由10毫摩尔(mM)磷酸钠中的0.9%(重量/体积(w/v))NaCl组成，pH值为7.4。PBS/吐温由含0.05。/。(w/v)吐温20的PBS(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇化学公司)组成。将兔抗体IgG(抗金黄色葡萄球菌，0.5毫升(mL)，4.8mg/mL)与2.5mL缓冲溶液(pH=5，0.02摩尔每升(M)的醋酸钠和0.15M的NaCl)混合，并将抗体溶液穿过Econo-10DG脱盐柱(Pierce化学公司(Rockford，IL))进行缓冲液更换。弃去来自该柱的三毫升(3mL)最初的洗脱液。然后将接下来的7个0.5-mL的级分(各自检测为对抗体阳性)合并在一起。在暗处实施高碘酸试剂的制备和抗体的氧化，以便使光暴露最小化。将Nal04溶液(0.01M)加入抗体溶液中。允许抗体氧化反应在室温下进行30分钟(min)。反应后加入乙二醇(20体积％)以淬灭反应。通过以10，000转每分钟(rpm)离心并弃去上清液来除去未反应的乙二醇和不期望的氧化副产物，例如甲醛。首先用lmL纯化水通过以5000rpm旋转30分钟来洗涤CENRICON过滤装置(Millipore公司)，然后将过滤器倒置并以1000rpm旋转来除去剩余的水。然后施加最多l.lmL氧化液并以5000rpm离心40分钟。加入一毫升(lmL)25mM的磷酸盐缓冲液(pH=7.0)以进一步洗涤掉未反应的乙二醇和不期望的氧化副产物，然后将样品以5000rpm旋转40分钟。将经氧化的抗体转移至埃彭道夫管中。在4'C下使4-氨基苯基三甲氧基硅烷和浓度为1013及1014个颗粒/mL的上述PEG-连接的二氧化硅纳米颗粒与经氧化的抗体(50微克(吗))反应过夜。将所得颗粒以13，000rpm旋转30分钟，然后将颗粒用PBS+0.05。/。吐温20洗涤两次，以移除未反应的抗体。实例3牛物素与芳基胺和PEG改性的二氧化硅纳米颗粒(但未用不同的水分散性基团改性)的连接将一毫升实例1中4.68重量％的20nm尺寸的二氧化硅纳米颗粒样品置于小瓶中，该二氧化硅纳米颗粒样品覆盖有0.3毫摩尔的4-氨基苯基三乙氧基硅烷并且覆盖有PEG硅烷A123。向该溶液中添加溶解于1.2gTHF/2-甲氧基丙醇混合溶剂(体积比为2:1)中的1.2mg(+)-生物素-N-羟基-琥珀酰亚胺酯。随后将含生物素的溶液加入至二氧化硅分散51溶液中。混合的溶液依然澄清，将其在室温下置于超声波浴槽中30分钟。最后，将溶液在6(TC下加热过夜。反应后，将反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.)中。将该膜在具有连续流动的去离子水的容器中放置24小时。实例4生物素与用长链胺生物分子结合基团和聚(环氧乙烷)屏蔽基团(但未用不同的水分散性基团)改性的二氧化硅纳米颗粒的连接如下制备伯胺封端的聚环氧乙烷三烷氧基硅垸将10gJEFFAMINEXTJ-501(分子量为1,000的聚环氧乙垸，具有两个伯胺端基，得自HuntsmanChemical(SaltLakeCity，UT))置于50mL的烧杯中，并通过升温至4(TC熔化。向熔化的聚醚二胺中加入1.08g异氰酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯样品。使该混合物在4(TC下反应1小时，得到伯胺封端的聚环氧乙烷三烷氧基硅烷。将样品用乙醇稀释成50%的固体。按如下方式使聚环氧乙垸伯胺基团连接至PEG改性的二氧化硅纳米颗粒将lmL8.25重量％的20nm二氧化硅纳米颗粒、0.1毫摩尔伯胺封端的聚环氧乙垸三垸氧基硅烷和聚(环氧乙垸)三甲氧基硅烷(SILQUESTA-1230，得自GESilicones(Wilton,CT)，分子量为500)置于小瓶中，调节SILQUESTA-1230的载荷，以便总的硅烷载荷(A-1230+伯胺封端的聚环氧乙烷硅垸)为0.65毫摩尔硅垸/克纳米二氧化硅。向该材料中加入溶解于1.2gTHF/2-甲氧基丙醇混合溶剂(比例为2:1)中的1.8mg(+)-生物素-N-羟基-琥珀酰亚胺酯。混合的溶液依然澄清，将其在室温下置于超声波浴槽中30分钟。然后将溶液在60'C下加热过夜。反应后，将反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.)中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中24小时。实例5(比较例)生物素与短链胺和PEG改性的二氧化硅纳米颗粒(但未用不同的水分散性基团改性)的连接以及与长链胺基团的比较在比较研究中，将lml8.25重量％的20nm二氧化硅纳米颗粒用0.1毫摩尔3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和聚(环氧乙烷)三甲氧基硅烷(SILQUESTA-1230，得自GESilicones(Wilton，CT)，分子量为500)(调节A-1230进料，以便总的硅烷载荷(A1230+APS)为0.65毫摩尔硅垸/克纳米二氧化硅)覆盖。向溶液中加入溶解于1.2gTHF/2-甲氧基丙醇溶剂混合物(比例为2:1)中的1.8mg(+)-生物素-N-羟基-琥珀酰亚胺酯。混合的溶液依然澄清，将其在室温下置于超声波浴槽中30分钟。然后将该溶液在60'C下加热15小时。这段时间过后，将反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.(RanchoDominguez，CA)中。然后将该膜置于具有连续流动的水的容器中24小时。虽然实例4和实例5的材料不包含任何不同的水分散性基团，但让材料经受采用荧光强度信号的细菌检测分析表明，实例4的材料具有高强度信号，而实例5的材料只具有中等强度信号。实例6制备用丙烯酸酯生物分子结合基团和PEG屏蔽基团(但未用不同的水分散性基团)改性的二氧化硅纳米颗粒以及抗体与丙烯酸酯基团的连接将三羟甲基丙垸三丙烯酸酯(TMPTA，6.78克(g)，0.025摩尔(mol)，得自Sartomer公司(Exton，PA))溶解于25毫升(mL)四氢呋喃(THF)中。将THF溶液在冰浴中搅拌冷却至5'C。向溶液中缓慢加入3-氨基丙基三乙氧基硅垸(4.44g，0.020摩尔)。添加后，将溶液在相同条件(即5'C的冰浴中)下搅拌1-2小时(hr)。在室温下53进一步搅拌该溶液l-2小时。反应后，移除THF得到澄清的粘性液体。将反应混合物(即该澄清的粘性液体)取样并通过iHNMR进行分析，分析表明3-氨基丙基三乙氧基硅烷消失并且存在所需的基于仲胺的迈克尔加合物(作为主要产物)和基于叔胺的迈克尔加合物(作为次要产物)的混合物。将NALCO2327二氧化硅纳米颗粒(36.6g，水中固体含量为40.88%的20nm二氧化硅颗粒分散体)与聚(环氧乙烷)三甲氧基硅垸(SILQUESTA-1230，得自GESilicones(Wilton，CT)，2.99g或3.74g，分子量=500)以每克20nm尺寸的纳米二氧化硅为0.40毫摩尔或0.50毫摩尔A-1230硅烷的比例混合。将混合物在80'C下于密封的反应容器中反应16小时，以形成改性的二氧化硅。将改性的二氧化硅的等分试样(用每克二氧化硅为0.4毫摩尔的A-1230硅垸制备)与不同量(每克纳米二氧化硅为0.05至0.2毫摩尔硅垸)的以上制备的丙烯酸硅烷化合物反应。将丙烯酸硅烷(在THF中稀释至10%)以以下量加入至改性的二氧化硅的等分试样中lg20nm的Si02表面-覆盖有0.1毫摩尔丙烯酸硅烷和0.4毫摩尔A1230PEG硅烷。将反应物置于密封的反应容器中，在65'C下反应20小时。之后，将反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(RanchoDominguez，CA)中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中20小时。多克隆(兔)抗-金黄色葡萄球菌IgG抗体可得自Chemical&ScientificCorporation(Westbury，NY)。磷酸盐缓冲盐水(PBS)由10毫摩尔每升(mM)磷酸钠中的0.9。/。(重量/体积(w/v))的NaCl组成，pH-7.4。PBS/吐温20由含0.05。/。(w/v)吐温20的PBS(密苏里州圣路易斯的西格玛-奥尔德里奇化学公司)组成。在4t:下将如上制备的丙烯酸酯二氧化硅纳米颗粒(浓度为1013和10"个颗粒每毫升)与抗体IgG(兔多克隆抗金黄色葡萄球菌抗体，Chemical&ScientificCorporation(Westbury，NY))反应过夜。将所得颗粒以13,000转每分钟(rpm)旋转30分钟(min)，然后用PBS+0.05%吐温20洗涤颗粒两次以去除未反应的抗体。之后，加入2mg/mL的牛血清白蛋白(BSA)(作为载体蛋白)并在4'C下保持过夜。然后用PBS+吐温20(同上)洗涤BSA处理过的固定有抗体的颗粒2次以去除多余的BSA。实例7-24制备用a.P-烯属不饱和生物分子结合基团和屏蔽基团(但未用不同的水分散性基团)改性的二氧化硅纳米颗粒按如下一般工序制备连接有其它官能团的二氧化硅纳米颗粒将水中固体含量为40.0°/0的1.0克NALCO2327二氧化硅纳米颗粒(20nm的二氧化硅颗粒，可得自NalcoCo.(Naperville，IL))与表1中指定量的硅垸醇#1和硅烷醇#2混合。聚(环氧乙垸)三甲氧基硅烷(分子量为500，以商品名SILQUESTA-1230获得)可购自GESilicones(Wilton，CT)。有机硅烷磺酸基本上按照美国专利No.4，338，377的实例1中所述的工序制备。列出的所有其他物质都可购自Gelest,Inc.(Morrisville，PA)。将上述混合物在80'C下于密封的反应容器中反应4-6小时。反应后，将所得反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.(RanchoDominguez，CA))中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中20小时。在4'C下将如上制备的二氧化硅纳米颗粒(浓度为1013和1014个颗粒每毫升)与抗体IgG小鼠单克隆抗-金黄色葡萄球菌抗体(3X1014个抗体分子，75ng抗体，得自StrategicDiagnostics,Inc.(Newark,DE))在PBS缓冲溶液(由10mM磷酸钠中的0.9%(w/v)NaCl组成，pH=7.4)中反应过夜，得到类似的结果。将抗体-缀合的颗粒沉淀成小丸，用PBS/吐温洗涤两次，用2mg/mLBSA阻断，将其离心洗涤，并再悬浮于PBS/<table>tableseeoriginaldocumentpage56</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage57</column></row><table>(A-1230PEG硅烷+磺化硅烷)为0.62mmol硅烷/克纳米二氧化硅。有机硅垸磺酸完全按照美国专利No.4,338,377的实例1中所述的工序制备。将上述混合物在8(TC下于密封的反应容器中反应4-6小时。反应后，将所得反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.(RanchoDominguez，CA))中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中20小时。将浓度为1X10"个颗粒/mL的PEG硅垸改性的二氧化硅纳米颗粒以13,000rpm旋转30分钟。然后将收集的纳米颗粒再悬浮于200微升(pL)PBS/吐温中，随后将其与IOO微克每毫升(pg/mL)的每种异硫氰酸荧光素标记的细胞色素C和异硫氰酸荧光素-标记的牛血清白蛋白(通过将FITC染料分子与蛋白质混合物在室温下反应2小时，之后进行标准的荧光素标记工序(来自MolecularProbes/Invitrogen(Carlsbad,CA))而获得)混合。然后将所得混合物在4'C下孵育14小时。孵育阶段过后，将颗粒通过以13,000rpm离心30分钟分离，并将其再分散于lmLPBS/吐温中。将该步骤重复三次。将5微升(5fiL)这种纳米颗粒分散液用于制备待用显微镜观察的样品。通过Leica荧光显微镜获得荧光图像，并将其用于确定非特异性结合的程度。具有高荧光的图像表明高的非特异性结合(低是与背景相当，即其不比背景强度高很多；高指明显高于背景)。用未处理过的二氧化硅纳米颗粒以类似的方式进行对照试验。结果列于下表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage59</column></row><table>实例35制备用荧光基团和聚(环氧乙烷)屏蔽基团(但未用生物分子结合基)改性的二氧化硅纳米颗粒将365克水中固体含量为40.88%的NALCO2327二氧化硅(150g，20-纳米(20-nm)氨稳定的二氧化硅颗粒，可得自NalcoCo.(Naperville，IL))样品加入反应容器中。将30克SILQUESTA-1230(—种分子量为500的三甲氧基硅垸官能化的聚(环氧乙烷)(PEG-硅烷)，得自GESilcones)样品加入反应容器中。将该溶液在8(TC下加热16小时。反应产物为澄清的流体分散体，并且每克20-nm粒径的二氧化硅纳米颗粒包括0.4毫摩尔(mmol)硅烷取代的聚(环氧乙垸)低聚物。将19.5毫克(mg)异硫氰酸荧光素(得自AlfaAesar(WardHill，MA)的技术等级)样品加入小瓶中。将该染料完全溶解于0.23克(g)干二甲亚砜(DMSO)中。将0.12gDMSO中10%的3-氨基丙基三乙氧基硅垸溶液样品加入至染料溶液中，并将其在60'C下反应60分钟以形成硅垸官能化的荧光素染料。将新鲜制备的DMSO中的硅烷官能化的荧光素染料加入含有上述分散的PEG-改性的二氧化硅纳米颗粒的水溶液(58.5g和25g的二氧化硅)中。随后将该混合物在6(TC下加热16小时，以形成荧光素和PEG官能化的二氧化硅纳米颗粒。实例36至39荧光标记的蛋白质与PEG官能化的二氧化硅纳米颗粒的非特异性^口口对于这些实例，磷酸盐缓冲盐水(PBS)由10mM磷酸钠中的0.9%(w/v)NaCl组成，pH=7.4。PBS/吐温由含0.05°/。(重量/体积)吐温20的PBS(Sigma)组成。异硫氰酸荧光素(FITC)可购自MolecularProbes/Invitrogen(Carlsbad,CA)。Nalco2327二氧化硅纳米颗粒(20-nm二氧化硅颗粒)可购自NalcoCo.(Naperville，IL)。PEG硅垸(聚(环氧乙烷)三甲氧基硅烷(PEG-硅烷)，分子量为500，可以商品名SilquestA-1230获得)可购自GESilicones(Wilton,CT)。通过如下一般工艺制备PEG-硅烷、丙烯酸酯硅垸和磺化硅烷改性的纳米颗粒将水中固体含量为40.0%的Nalco2327二氧化硅纳米颗粒(1克)与表3中指定量的SilquestA-1230PEG硅垸、磺化硅垸((OH)3Si(CH2)30CH2CH(OH)CH2S03H)或羧化硅烷(羧乙基硅烷三醇)以及丙烯酸酯硅烷(3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，Gelest,Inc.(Philadelphia，PA)混合。调节A-1230PEG-硅烷的量以便总硅烷载荷(A-1230PEG-硅烷+磺化硅烷+丙烯酸酯硅垸)为0.65mmol硅烷/克二氧化硅纳米颗粒。将PEG-硅垸、磺化硅烷和丙烯酸酯硅垸以及二氧化硅纳米颗粒的混合物在80"C下于密封的反应容器中反应4-6小时。反应后，将所得反应混合物置于SPECTRA/POR2透析膜(截留分子量为12-14,000的分子多孔膜管，得自SpectrumLaboratories,Inc.(RanchoDominguez，CA))中。将该膜置于具有连续流动的去离子水的容器中20小时。<table>tableseeoriginaldocumentpage61</column></row><table>为了使通过反应性丙烯酸酯基团的蛋白质结合最小化，用乙醇胺将丙烯酸酯基团淬灭。为了制备经淬灭的颗粒，将硅烷-改性的二氧化硅纳米颗粒在室温下悬浮(以1X10"个颗粒/ml的浓度)于碳酸氢钠缓冲液中的10mM乙醇胺(pH9.0)中2小时。将颗粒以13，000rpm旋转30分钟。然后将收集的纳米颗粒再悬浮于200^1PBS/吐温20中，随后将其与100pg/ml的各种异硫氰酸荧光素-标记的细胞色素C和异硫氰酸荧光素-标记的牛血清白蛋白(通过将FITC染料分子与蛋白质混合物在室温下反应2小时，之后进行标准的荧光素标记工序(来自MolecularProbes/Invitrogen(Carlsbad,CA))而获得)混合。然后将所得混合物在室温下孵育1小时。孵育阶段过后，通过使悬浮液以13，000rpm离心30分钟来洗涤颗粒，移除上清液，并将颗粒再悬浮于lmLPBS/吐温20中。将洗涤步骤重复三次。将100微升经三次洗涤的再悬浮纳米颗粒溶液置于微量滴定板中，用SpectraMaxM2Microplate荧光板读数仪(MolecularDevicesCorp.(Sunnyvale，CA))测量结合至颗粒的荧光蛋白的量。以相对光单位(RLU)记录的结果在表4中列出。表4.荧光素标记的蛋白质与二氧化硅纳米颗粒的结合<table>tableseeoriginaldocumentpage62</column></row><table>实例40抗体连接至丙烯酸酯化的二氧化硅纳米颗粒以及细菌结合金黄色葡萄球菌菌株6538可得自美国典型培养物保藏中心(ATCC，Manassas,VA)。小鼠单克隆抗-金黄色葡萄球菌IgG抗体(Mab107)在提交于2006年11月22日标题为"ANTIBODYWITHPROTEINASELECTIVITY(具有蛋白质选择性的抗体)"的美国专利申请No.11/562,747中有描述。磷酸盐缓冲盐水(PBS)由10mM磷酸钠中的0.9%(w/v)NaCl组成，pH值为7.4。PBS/吐温由含0.05。/0(w/v)吐温20的PBS(Sigma)组成。荧光素缀合的山羊抗小鼠IgG(H+L)可购自JacksonImmunoresearch(WestGrove，PA)。将如实例59-62中所述制备的丙烯酸酯二氧化硅纳米颗粒以1014个颗粒每毫升的浓度悬浮于PBS/吐温中。在该实验中，来自实例59-62的颗粒的固体百分比分别为8.35%、8.70%、8.55%和8.17%。将颗粒悬浮液与抗金黄色葡萄球菌Mabl07IgG抗体(75吗/30(HiL)在室温下反应2小时。将所得颗粒以13，000转每分钟(rpm)旋转30分钟(min)，并将颗粒用PBS+0.05g/q吐温20洗涤两次以除去任何未缀合的抗体。金黄色葡萄球菌ATCC6538(SA6358)通过如下方式制备将培养物在TSB肉汤中培育过夜，将细胞在PBS/吐温中洗涤两次，并将细胞再悬浮于等体积的PBS/吐温20中。通过在室温下以8000rpm离心8分钟以使细胞形成沉淀小丸来洗涤细胞，并将细胞再悬浮于PBS/吐温20中。洗涤过的细菌的浓度为约1()S个细胞/ml，这通过在670nm处的吸收测量值估算。使浓度为lX108CFU/ml的金黄色葡萄球菌6538细菌与固定有抗体的二氧化硅颗粒一起孵育30分钟。通过离心洗涤混合物两次。将荧光素缀合的山羊抗小鼠IgG(H+L)(50ng/ml)引入上述含细菌和固定有抗体的二氧化硅颗粒的培养悬浮液中以进行标记。将该混合溶液在室温下另外孵育30分钟。通过以6000rpm离心来洗涤样品两次，每次6分钟(注意这些洗涤步骤的相对离心力足以使细菌细胞形成沉淀小丸，但游离的丙烯酸酯纳米颗粒M)。将沉淀小丸再悬浮并通过Leica荧光显微镜观察。将溶液的100ul等分试样置于96孔平板中的各个孔中，用SpectraMaxM2Microplate荧光板读数仪(MolecularDevicesCorp.(Sunnyvale，CA))测量相对荧光。激发波长为485nm而发射波长为525nm。未使用截止滤波器。阴性对照为洗涤过的金黄色葡萄球菌细胞悬液的等分试样。阳性对照为洗涤过的金黄色葡萄球菌细胞悬液的等分试样，该细胞悬液已经如上所述与Mab107IgG抗体一起孵育，之后与荧光素-缀合的抗-小鼠IgG抗体一起孵育。结果示于表5中。对于改性的纳米颗粒而言，检测到细菌的明亮的荧光标记，这表示抗体-缀合的纳米颗粒与细菌的相对高水平的结合。相反，检测到阴性对照样品为非常低的荧光或无荧光(相对于背景而言)，在阴性对照样品中用缓冲液代替抗-金黄色葡萄球菌抗体。表5:抗体-缀合的纳米颗粒(含水分散性基团和(可任选的)PEG)与金黄色葡萄球菌细胞的结合。结果以相对荧光单位(RFU)的形式提供。在该实验中，空的微孔板的孔获得大约75RFU的平均背景读数。含PBS/吐温的微孔板的孔获得约554RFU的平均背景读数。<table>tableseeoriginaldocumentpage64</column></row><table>本文引用的专利、专利文件和出版物的完整公开内容全文以引用方式并入，就如同每个文件被单独地并入一s样。在不背离本发明的范围和实质的前提下，对本发明的多种修改和更改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。应当理解，本发明并非意图受本文示出的示例性实施例和实例的不当限制，这些实例和实施例仅以举例的方式提供，本发明的范围旨在仅受本文示出的以下权利要求书的限制。权利要求1.一种捕获靶分析物的方法，所述方法包括提供水分散性纳米颗粒，每个所述水分散性纳米颗粒包括二氧化硅表面，所述二氧化硅表面具有通过不可逆共价键连接至所述表面的官能团，其中所述官能团包括用于连接生物分子的生物分子结合基团；数量足以为所述纳米颗粒提供水分散性的水分散性基团；和不同于所述水分散性基团的屏蔽基团，其中所述结合的屏蔽基团不包括酰胺基团和/或脲基团；在有效使所述生物分子共价结合至一个或多个生物分子结合基团的条件下，使所述水分散性纳米颗粒与所述生物分子接触，其中所述生物分子是靶分析物的捕获剂；以及使其上共价结合有所述生物分子捕获剂的所述水分散性纳米颗粒与怀疑含有靶分析物的样品接触；前提条件是，所述生物分子结合基团不包括碳原子少于6个的脂族胺和/或马来酰亚胺基团，当所述水分散性基团和/或屏蔽基团包括含聚(环氧烷)的基团时，所述脂族胺和/或马来酰亚胺基团能够共价结合至生物分子。2.根据权利要求l所述的方法，其中所述靶分析物包括微生物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述微生物包括细菌。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述细菌包括金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述屏蔽基团包括含聚(环氧垸)的基团、含乙二醇醚的基团、含聚(环氧乙烷)醚的基团、含乙二醇乳酸酯的基团、含糖的基团、含多元醇的基团、含冠醚的基团、含低聚縮水甘油基的基团、含羟基丙烯酰胺的基团、含有机磺酸根的基团、含有机羧酸根的基团或它们的组合。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述屏蔽基团包括含聚(环氧垸)的基团。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述含聚(环氧烷)的屏蔽基团包括含聚(环氧乙垸)的基团。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述水分散性基团包括羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、它们的盐或它们的组合。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述生物分子通过不可逆共价键结合至一个或多个生物分子结合基团。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒的粒度不大于200nm。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括选自如下基团的官能团胺、肼、羟基、砜、醛、醇、环氧烷、齒素、N-氧琥珀酰亚胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、具有吸电子基团的a，P-烯属或炔属不饱和基团、羧酸根、酯、酐、碳酸根、草酸根、氮丙啶、环氧基团、N-取代的马来酰亚胺、二氢唑酮以及它们的组合。12.根据权利要求ll所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括选自如下基团的官能团乙烯砜、环氧基团、丙烯酸酯、胺或它们的组合。13.根据权利要求ll所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括a,e-烯属不饱和基团和吸电子基团。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述吸电子基团包括羰基、酮、酯、酰胺、-S02-、-SO-、-CO-CO-、-CO-COOR、磺酰胺、卤素、三氟甲基、磺酰胺、卤素、马来酰亚胺、马来酸基、或它们的组合。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述生物分子结合基团是丙烯酸酯或a,e-不饱和酮。16.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括芳族非叔胺基团和/或芳族肼基团。17.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述生物分子是醛官能化的并且共价结合至所述生物分子结合基团，形成-Ar-N二C(H)-生物分子或-Ar-NH-NK:(H)-生物分子，其中Ar是芳基。18.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中其上共价结合有生物分子的所述生物分子结合基团包括通过胺官能化基团共价结合至所述纳米颗粒表面的含生物素的基团。19.根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒还包含连接至所述二氧化硅表面的报告基团。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述报告基团包括荧光基团。21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中在使所述水分散性纳米颗粒与生物分子接触之前，所述方法包括氧化所述生物分子以形成醛官能化的生物分子。22.根据权利要求21所述的方法，其中所述生物分子是抗体。23.根据权利要求1至22中任一项所述的方法，其中使所述水分散性纳米颗粒与生物分子接触包括使所述水分散性纳米颗粒与多种不同特异性的抗体接触。24.—种将生物分子连接至纳米颗粒的方法，所述方法包括提供二氧化硅纳米颗粒，每个所述二氧化硅纳米颗粒包括表面；提供水分散性化合物，所述水分散性化合物包含水分散性基团和表面结合基团；提供生物分子结合化合物，所述生物分子结合化合物包含生物分子结合基团和表面结合基团；提供屏蔽化合物，所述屏蔽化合物包含屏蔽基团和表面结合基团，其中所述屏蔽化合物与所述水分散性化合物不同；将多个生物分子结合基团、水分散性基团和屏蔽基团通过所述表面结合基团与所述表面之间的不可逆共价结合来共价结合至多个所述二氧化硅纳米颗粒的所述表面；其中所述结合的屏蔽基团不包括酰胺基团和/或脲基团；以及在有效使所述生物分子共价结合至一个或多个生物分子结合基团的条件下，使所述水分散性纳米颗粒与生物分子接触；前提条件是，所述生物分子结合基团不包括碳原子少于6个的脂族胺和/或马来酰亚胺基团，当所述水分散性基团和/或屏蔽基团包括含聚(环氧垸)的基团时，所述脂族胺和/或马来酰亚胺基团能够共价结合至生物分子。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述生物分子通过不可逆共价键结合至一个或多个生物分子结合基团。26.根据权利要求24或权利要求25所述的方法，其中所述生物分子是靶生物分析物的捕获剂。27.根据权利要求26所述的方法，其中所述生物分子捕获剂是抗体。28.根据权利要求24或权利要求25所述的方法，其中所述生物分子是靶生物分析物。29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，还包括提供报告分子，所述报告分子包含报告基团和表面结合基团；以及将多个所述报告基团通过所述表面结合基团共价结合至多个所述二氧化硅纳米颗粒的所述表面。30.根据权利要求29所述的方法，其中所述报告基团包括荧光基团。31.根据权利要求30所述的方法，其中在所述报告分子结合至所述固体载体材料表面之前将所述屏蔽化合物共价结合至所述固体载体材料的表面。32.根据权利要求24至31中任一项所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括选自如下基团的官能团胺、肼、羟基、砜、醛、醇、环氧烷、卤素、N-氧琥珀酰亚胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、具有吸电子基团的a，P-烯属或炔属不饱和基团、羧酸根、酯、酐、碳酸根、草酸根、氮丙啶、环氧基团、N-取代的马来酰亚胺、二氢唑酮、以及它们的组合。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括选自如下基团的官能团乙烯砜、环氧基团、丙烯酸酯、胺或它们的组合。34.根据权利要求32所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括a-P烯属不饱和基团和吸电子基团。35.根据权利要求34所述的方法，其中所述吸电子基团包括酮、酯、酰胺、-S02-、國SO-、陽CO-CO-、-CO-COOR、磺酰胺、卤素、三氟甲基、磺酰胺、卤素、马来酰亚胺、马来酸基、或它们的组合。36.根据权利要求35所述的方法，其中所述生物分子结合基团是丙烯酸酯或a,e-不饱和酮。37.根据权利要求32所述的方法，其中所述生物分子结合基团包括芳族非叔胺基团和/或芳族肼基团。38.根据权利要求37所述的方法，其中所述生物分子是醛官能化的并且共价结合至所述生物分子结合基团，形成-Ar-^C(H)-生物分子或-Ar-NH-NKXH)-生物分子，其中Ar是芳基。全文摘要用水分散性基团、屏蔽基团和生物分子结合基团官能化的二氧化硅纳米颗粒的用途。文档编号G01N33/543GK101663581SQ200880012502公开日2010年3月3日申请日期2008年4月17日优先权日2007年4月19日发明者威廉·J·舒尔茨,张亦帆,景乃勇,米歇尔·L·莱格特,郭春梅申请人:3M创新有限公司