专利名称：用于光谱分析的试剂和方法
技术领域：
本发明提供了使用气相和蒸汽相分析用于单丛(imiplexed)或多丛 (multiplexed)方式试验的试剂、方法和设备。更具体地，本发明提供了对光谱分析有用的 催化剂和它们的相关底物以及产物的各种组合。
背景技术：
气相和蒸汽相分析方法例如离子迁移光谱(IMS)、离子迁移阱光谱(ITMS)、质谱 (MS)、高场不对称波形离子迁移光谱(FAIMS)、微分迁移光谱(DMS)以及气相色谱(GC)可以 用于检测和识别化学品，例如炸药、药物、有毒工业材料或化学武器。气相和蒸汽相分析方法可以用于间接检测试剂，该试剂不能通过计划性地将不能 离子化的试剂偶合到可以离子化的化学品上而被离子化。为了增强间接检测方法的能力，需要存在具有使用气相或蒸汽相分析装置用于光 谱分析的可辨别组分的试剂装置。
发明内容
在一个方面，这里描述的测定测试样品中目标物存在的方法包括(a)提供测试 样品和存在于测试样品中的目标物；(b)提供能够选择性地与目标物相连的捕获剂，其中 捕获剂粘附在固体载体上；(c)提供能够选择性地与目标物相连的粘合剂，其中粘合剂能 够与催化剂偶合；(d)在试验溶液中使测试样品与捕获剂和粘合剂接触，当捕获剂和粘合 剂与目标物结合时，形成其中包含捕获剂、目标物和粘合剂的捕获的目标物络合物；(e)从 非络合的试验组分中分离捕获的目标物络合物；(f)将与催化剂具有反应性的底物结合到 溶液中分离的捕获的目标物络合物中，其中催化剂将底物转化为催化产物；以及(g)分析 步骤(f)的溶液中选自底物或催化产物的分析物，其中分析物选自3，3' ,5,5'-四甲基联 苯胺(TMB)、过氧化氢、烟酰胺、8-羟基喹啉、正硝基酚、对硝基酚、苯酚、吡哆醛、吡哆胺、甲 基水杨酸盐和氨水。在另一个方面，这里公开的用以测定测试样品中的一种或几种目标物存在的设备 包括底物和催化剂对，其中底物和催化剂在溶液中结合以制备催化产物，其中底物和催化 产物中仅有一种能够使用预先选择的气体或离子光谱方法检测。还在另一个方面，这里提供了一种用于测定测试样品中多重目标物存在的方法， 其包括(a)提供测试样品；(b)提供多种粘附在固体载体上的捕获剂，其中每一种捕获剂 都能选择性地与多重目标物中预先选择的目标物相连；(C)提供多种不同的粘合剂，其中 每一种都能选择性地与多种目标物中预先选择的目标物相连，其中不同的粘合剂分别偶合 到预先选择的催化剂上；(d)使测试样品与捕获剂和粘合剂在试验溶液中接触，其中当捕 获剂和粘合剂选择性地与存在于测试样品中相应的预先选择的目标物相连时，形成包含捕 获剂、相应的预先选择的目标物和相应的预先选择的粘合剂的捕获目标物络合物的不同对 象；(e)洗涤固体载体以便从非络合的试验组分中分离捕获的目标物络合物；(f)将多种与
4相应的预先选择的催化剂有反应性的底物结合到溶液中分离的捕获的目标物络合物中，其 中催化剂将相应的预先选择的底物分别转化为催化产物，以及(g)分析步骤(f)的溶液中 选自底物或催化产物的多种不同的分析物，其中分析物选自底物或催化产物，其中分析物 选自3，3' ,5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、过氧化氢、烟酰胺、8-羟基喹啉、正硝基酚、对硝基 酚、苯酚、吡哆醛、吡哆胺、甲基水杨酸盐和氨水。还在另一 个方面，这里公开了一种测定测试样品中的目标物存在的方法，其包括 (a)提供一种测试样品和存在于该测试样品中的目标物；(b)提供能够选择性地与目标物 相连的捕获剂，其中捕获剂粘附到超顺磁性珠上；(c)提供能够选择性地与目标物相连的 粘合剂，其中该粘合剂与催化剂偶联；(d)在试验溶液中使测试样品与捕获剂和粘合剂接 触，其中当捕获剂和粘合剂与存在于测试样品中的目标物结合时形成包含捕获剂、目标物 和粘合剂的捕获的目标物络合物；(e)洗涤固体载体以便从非偶合的试验组分中分离捕获 的目标物络合物；(f)将与催化剂有反应性的底物结合到溶液中分离的捕获的目标物络合 物中，其中催化剂将底物转化为催化产物；以及(g)分析步骤(f)的溶液中选自底物或催 化产物的分析物，其中分析物选自3，3' ,5,5' _四甲基联苯胺(TMB)、过氧化氢、烟酰胺、 8-羟基喹啉、正硝基酚、对硝基酚、苯酚、吡哆醛、吡哆胺、甲基水杨酸盐和氨水。还在另一个方面，这里公开了一种测定测试样品中目标物存在的方法，其包括 (a)提供一种测试样品和存在于该测试样品中的目标物；(b)提供能够与目标物选择性地 相连的捕获剂，其中该捕获剂粘附在固体载体上；(c)提供一种能够选择性地与目标物相 连的粘合剂，其中粘合剂与催化剂偶连；(d)在试验溶液中使测试样品与捕获剂和粘合剂 接触，其中当捕获剂和粘合剂与测试样品中存在的目标物结合时形成包含捕获剂、目标物 和粘合剂的捕获的目标物络合物；(e)洗涤固体载体以便从非络合的试验组分中分离捕获 的目标物络合物；(f)将与催化剂有反应性的底物结合到溶液中分离的捕获的目标物络合 物中，其中催化剂将底物转化为催化产物；以及(g)分析步骤(f)的溶液中选自底物或催 化产物的分析物，其中分析物选自3，3' ,5,5' _四甲基联苯胺(TMB)、过氧化氢、烟酰胺、 8-羟基喹啉、吡哆醛和吡哆胺。
具体实施例方式为了更清楚和简明的描述并指出要求保护的发明的主要问题，提供以下用于特定 术语的限定，其用于以下的说明书和所附的权利要求书。单数形式“一”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有清楚的说明。这里贯穿 整个说明书和权利要求书的近似性的语言可以用于修改许可并不导致相关基本功能的改 变的变化的任何量的陈述。因此，通过例如“大约”这样的术语改变的值并不限定特殊的准 确的值。除非另有说明，用于说明书和权利要求书中的表示成分的用量、诸如分子量的性能 参数、反应条件等的所有数值理解为在所有的实例中用术语“大约”进行的改变。因此，除 非有相反的说明，在以下说明书和所附权利要求中设定的数字参数是可以取决于通过本发 明寻求获得的期望的性质变化的近似值。至少每一个数字参数应当至少按照报道的有效数 字并且围绕着技术的普通应用进行解释。这里使用的术语“分析物”通常指的是使用本发明的方法光谱测量的实验组分。因 此，在一些实施方案中，分析物可以是反应底物。在另一些实施方案中，分析物可以是催化产物。这里使用的术语“催化剂”通常指的是改变化学反应的速率而本身却并不消耗的 物质。催化剂可以产生或抑制用于气相分析的可检测的分子。催化剂的非限制性实例包括 导致氧化还原、电子或酶转化的无机的、有机的或生物催化剂。质子酸可以用于水解反应。 多功能固体例如沸石、氧化铝、石墨碳，以及过渡金属催化氧化还原反应(例如氧化反应和 加氢反应)。将生物底物转化为催化产物的生物催化剂例如酶、抗体酶、核酶和合成的脱氧 核酶也可以用于本发明的方法中。这里使用的术语“可检测的分析物”或“可检测的物种”或“可检测的分子”指的是 这样的分析物当其存在于样品中或导致催化反应时，被离子化并且随后在建立起的与扩 散过程、气体密度、离子中和相互反应以及电场参数相关的电磁场中进行离子运动。这里使用的术语“可离子化的分析物”指的是失去或获得电子的中性原子或分子， 因此其获得净电荷。可离子化的分析物可以是反应底物或催化产物。分析物应当具有低 于通过物质放射能量的气相离子能。离子化来源可以广义的分类为两种类型气相和解 吸。气相离子化可以使用电子碰撞、化学离子化、场离子化和光离子化实现，而解吸包括场 解吸、电子喷射、底物辅助解吸/离子化、等离子解吸、快速原子轰击、次级离子和热喷射实 现。气相离子化优选用于IMS分析并且通常能够离子化具有低于来源的离子能量、具有低 于500°C沸点的且具有低于1000道尔顿的分子量的分子。这里使用的术语“样品”和“测试样品”指的是任何可以包含用于检测或定量的目 标物的物质。目标物可以包括抗原决定基或反应性基团(例如通过它本发明的化合物可以 连接到目标物上的基团)。样品还可以包括稀释剂、缓冲剂、清洁剂和污染物以及碎片。样 品还可以包括无机或有机分子、核酸聚合物、核苷、低聚核苷、肽和缓冲溶液。正如这里使用的，术语“特殊连接”指的是与其它相比实质具有对其他分子较小 识别的对一种或两种不同分子的识别。该分子可以具有在其表面上或空穴中的面积，其在 两个分子之间由于静电的相互作用、氢键或疏水的相互作用中的一种或几种引起特殊的识 别。特殊连接的实例包括但不限于抗体-抗原的相互作用、酶-底物的相互作用、抗生物素 蛋白-生物素的相互作用或多核苷酸的相互作用。在一些实施方案中，在环境条件下例如 大约6到大约8的pH值以及在大约0°C到大约37°C范围内的温度下，粘合剂分子对目标物 可以具有内平衡缔合常数(Ka)不低于大约IO5MA正如这里使用的，术语“底物”指的是被催化剂转化为催化产物的分子的初始形式。正如这里使用的，术语“目标物”指的是当存在于样品例如生物样品中时，可以检 测的样品组分。具有代表性的生物目标物可以包括天然的或改性的组织、细胞、有机体、肽、 蛋白质(例如抗体、亲和体或适体)、核酸(例如多核苷酸、DNA、RNA或适体)；多糖(例如 外源凝集素或糖)，脂质，酶，酶底物，配位体，受体，抗原和半抗原中的一种或几种。具有代 表性的小的化学分子目标物包括药物、有毒工业化学品、有毒工业材料、炸药以及其它环境 或代谢降解产物。这里公开的是以单丛或多丛方式用于测定样品中目标物或多重目标物的存在或 浓度的试剂、方法和设备。通常，该方法能够分析可以使用气相或蒸汽相检测方法分析的液 相中制备或消耗的小分子。
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本发明方法包括能够用于有兴趣的目标物的分析的样品的底物、催化剂和催化产 物组。催化剂可以与粘合剂相连。样品顺序的或同时的暴露于与目标物粘合剂相连的催化 剂以及与目标物捕获剂相连的固体载体。固体载体_捕获剂和粘合剂_催化剂与存在于样 品中的目标物相连后，使固体载体_捕获剂_目标物_粘合剂_催化剂络合物与底物接触， 其中催化剂是特定用于导致催化产物生成的条件下的。然后这种溶液进行存在的可以是底 物或催化产物的分析物改变的光谱分析。
在一些实施方案中，在初始连接步骤之前催化剂与粘合剂连接。在选择性地实施 方案中，催化剂与同粘合剂络合的次级粘合剂偶合，之后是初始连接步骤，所述粘合剂与目 标物相连(例如通过对与目标物络合的山羊抗目标物抗体具有反应性的抗山羊抗体)。在一个实施方案中，选择底物和催化产物使得底物-催化产物对中仅有一个可使 用离子迁移光谱检测。因此，在一些优选的实施方案中，仅有底物可以使用IMS检测。在其 它可选择的优选的实施方案中，仅有催化产物可使用离子迁移光谱检测。本发明的方法包括捕获步骤，其中目标物捕获剂与样品相接触。捕获剂具有能够 在捕获剂和目标物之间特定连接以形成捕获剂-目标物络合物的连接亲和力。在一些实施 方案中，捕获剂可以在接触步骤之前粘附在固体载体上。在一些选择性的实施方案中，捕获 剂粘附在固体载体上，之后是接触和连接步骤。在捕获步骤，目标物从与捕获剂上相连的溶 液中除去。然后在捕获步骤之后或与之同时，目标物也与同催化剂偶合的粘合剂接触，其形 成捕获的目标物络合物。捕获步骤之后，捕获的目标物络合物可以通过任选的洗涤步骤浓缩。当络合物粘 附于固体载体上时，通过将洗涤溶液应用于容器保留的粘附于固体载体上的络合物上而实 现洗涤和浓缩。在选择性的实施方案中，从溶液中除去粘附于固体载体上的络合物。例如， 当固体载体包括超顺磁性珠时，超顺磁性珠可以通过应用磁场和应用的水溶液抑制。在所 有的实施方案中，洗涤溶液可以通过抽出或倾析除去。当催化剂和底物结合时催化步骤导致生成催化产物。可以使底物或催化产物的分 析物通过气相或蒸汽相分析装置离子化。通过液相试验调节的小分子可以使用其它类型的蒸汽相或气相分析进行分析，其 包括但不限于离子阱迁移光谱、微分迁移光谱、场不对称波形离子迁移光谱、抽吸离子迁移 光谱、质谱、气相色谱、光谱以及选择性地与分析化合物和物质、电子、光学或热转换相结合 的其它分析方法。这里提供的检测方法可以用于离子迁移光谱(IMS)或其它光谱检测方法，例如 离子迁移光谱(IMS)、离子迁移阱光谱(ITMS)、质谱(MS)、高场不对称波形离子迁移光谱 (FAIMS)、微分迁移光谱(DMS)以及气相色谱(GC)。在IMS中，以气态或蒸汽态存在的分析物(即底物或催化产物)被离子化(例如 使用低能量β粒子)。获得的离子必须保持它们的电荷通过气相离子中性相互作用，因为 它们通过电场操作并且测量气相离子的微分迁移。该方法可以应用于任何使用对已知的目标物有选择性的捕获剂和粘合剂的液相 试验，并且其以竞争的或非竞争的方式操作，其中贯穿可检测的产物的制备或消耗，试验结 果导致可检测的存在的产物的量的改变，这取决于目标物的存在或浓度。
检测步骤可以定性或定量测量底物或催化产物的存在或其量。在样品中目标物的 存在、不存在或其量可以通过样品的光谱分析测定。通常，反应流程可以描述为反应物转化 为产物。反应的进展，其中消耗底物并且发展为产物，可以通过观察或测量底物、产物或底 物和产物的浓度而测定。当目标物存在于样品中时，通过催化剂的作用生成催化产物。当 样品中不存在目标物时，催化剂将不会粘附在固体载体上且不会生成催化产物并且检测不 到。催化剂工作 可以由不可检测的形式(例如用半乳糖苷酶使不可检测的物种的糖 基团水解)制造可检测的物种，或者选择性的由可检测的形式(例如用过氧化物酶使可检 测形式两个分子的聚合或结合的自由基的形成)制造不可检测的形式。在每一种情况中， 气相分析设备将监测可检测物种的生成或减少并且涉及存在的催化剂的存在(定性)或其 量(定量)。典型的可检测的物种包括吡哆胺、吡哆醛(通过阴离子或阳离子敏感度分析 仪)和过氧化氢、3，3' ,5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、烟酰胺、8-羟基喹啉(通过阳离子敏 感度分析仪)。实验性底物的可检测性列于下表1中。且实验性催化产物的可检测性列于下表2 中。
权利要求
一种测定测试样品中目标物存在的方法，其包括(a)提供测试样品和存在于该测试样品中的目标物；(b)提供能够选择性地与该目标物相连的捕获剂，其中该捕获剂粘附在固体载体上；(c)提供能够选择性地与该目标物相连的粘合剂，其中该粘合剂与催化剂偶合；(d)使测试样品与捕获剂以及粘合剂在试验溶液中接触，其中当捕获剂和粘合剂与目标物结合时形成含有捕获剂、目标物和粘合剂的捕获目标物的络合物；(e)洗涤该固体载体以便从非络合的试验组分中分离捕获的目标物络合物；(f)将与催化剂有反应性的底物结合到溶液中分离的捕获的目标物络合物中，其中催化剂将底物转化为催化产物；以及(g)分析步骤(f)的溶液中选自底物或催化产物的分析物，其中该分析物选自3，3′，5，5′ 四甲基联苯胺(TMB)、过氧化氢、烟酰胺、8 羟基喹啉、吡哆醛和吡哆胺。
2.权利要求1的方法，其进一步包括在步骤(g)之前离子化步骤(f)的溶液的组分的 步骤。
3.权利要求1的方法，其中该底物选自3，3',5,5'-四甲基联苯胺、3-氰基吡啶、 8-羟基喹啉吡喃葡萄糖苷、8-羟基喹啉葡萄糖苷、8-羟基喹啉β -D-批喃半乳糖苷、磷酸吡 哆醛和磷酸吡哆胺。
4.权利要求1的方法，其中该捕获剂选自抗体、适体、亲和体和配位体。
5.权利要求1的方法，其中该粘合剂选自抗体、适体、亲和体和配位体。
6.权利要求1的方法，其中该固体载体选自超顺磁性颗粒、膜和聚合物基材。
7.权利要求6的方法，其中该固体载体选自合成的或改性的自然产生的聚合物，包括 硝化纤维素、乙酸纤维素、聚(氯乙烯)、右旋糖苷、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚醚砜、聚丙烯、聚 (4-甲基丁烯)、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、尼龙或聚(丁酸乙 烯酯)。
8.权利要求1的方法，其中该固体载体包括盘、井孔、条、棒或颗粒。
9.权利要求1的方法，其中该固体载体为膜且步骤(e)通过非络合的试验组分侧向流 动穿过该膜而获得。
10.权利要求1的方法，其中步骤(g)包括测定测试样品中分析物的缺少或存在。
11.权利要求10的方法，其中测试样品中分析物的缺少或存在的与测试样品中目标物 的缺少或存在相关。
12.权利要求1的方法，其中步骤(g)进一步包括测试样品中分析物量的定量。
13.权利要求12的方法，其中测试样品中检测的分析物的量与测试样品中目标物的量 相关。
14.权利要求1的方法，其中该目标物选自原核细胞、真核细胞、细菌、病毒、蛋白质、多 肽、毒素、脂质体、粒子、配位体、氨基酸、核酸、激素、药物、有毒工业化学品、有毒工业材料 或它们的组合。
15.权利要求2的方法，其中使用化学、电子或光离子化使分析物离子化。
16.权利要求1的方法，其中步骤(g)使用选自离子迁移光谱(IMS)、离子迁移阱光谱 (ITMS)、质谱(MS)、高场不对称波形离子迁移光谱(FAIMS)、微分迁移光谱(DMS)以及气相 色谱(GC)的方法进行。
17.一种用于测定测试样品中的一种或更多种目标物存在的设备，所述目标物其包括 底物和催化剂对，其中底物和催化剂在溶液中结合以制备催化产物，其中底物和催化剂产 物中仅有一种能够使用气相或离子光谱方法检测。
18.权利要求17的设备，其中底物选自3-氰基吡啶、8-羟基喹啉吡喃葡萄糖苷、8-羟 基喹啉葡萄糖苷、8-羟基喹啉β -D-吡喃半乳糖苷、磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。
19.权利要求17的设备，其中催化剂选自过氧化物酶、腈水合酶、葡萄糖苷酸酶、葡萄 糖苷酶、乳糖苷酶和磷酸酶。
20.权利要求17的设备，其中催化剂附着在选自抗体、适体、亲和体和配位体的粘合剂上。
全文摘要
本发明涉及用于光谱分析的试剂和方法，具体地公开了以单丛或多丛方式测定样品中目标物或多重目标物的存在或浓度的试剂、方法和设备。通常，该方法能够分析可以使用气相或蒸汽相检测方法分析的液相中制备或消耗的小分子。
文档编号G01N33/68GK101963615SQ200910258470
公开日2011年2月2日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月21日
发明者A·D·普里斯, A·J·默里, R·J·弗罗琴斯基, T·L·帕克松 申请人:莫弗探测公司