专利名称：旋转磁场以改进集群分析中的检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及执行集群分析(cluster assay)的方法以及涉及用于执行这种集群分 析的设备。
背景技术：
体外诊断中的测试可以具有若干分析格式。集群分析是一类其中形成的粒子集群 的量指示样本中的生物成分的存在性和/或浓度的分析。集群分析由于快速散装动力学、 易于制造且低成本而有吸引力。集群分析的主要问题是缺乏灵敏度。一种提高灵敏度的方式是通过利用磁性粒子 执行集群分析。使用磁性粒子的优点在于，可以在培养期间形成场感应链。这已经例如被 Baudry 等人的"Acceleration of the recognition rate between grafted ligands and receptors with magnetic forces"，Proc. Natl. Acad. Sci. p. 16076)所不出。执行集群分析时的一个重要的挑战是在其他磁性粒子背景中检测非常低浓度 的集群。另一个挑战是避免形成非生物来源的集群并且优选地甚至打破弱结合的集群 (cluster)。在检测期间使用磁致动时这些挑战是特别重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许在其他磁性粒子的背景中检测非常低浓度的磁性 粒子(也称为珠)的集群20的方法和设备。提供了一种执行集群分析的方法，该方法包括步骤
a)在要分析的流体中提供超顺磁性粒子的悬浮物，其中这些超顺磁性粒子涂敷有生物 活性剂；
b)允许这些粒子由于流体内存在的分析物而形成集群；
c)通过施加至少部分旋转的磁场(B)而选择性地致动超顺磁性粒子的集群，以及
d)检测这些选择性地致动的集群。此外，提供了一种执行集群分析的设备，该设备包括
e)用于容纳样本(14)的装置(12，15)；
f)用于施加至少部分旋转的磁场(B)的装置(1-4；11)，该磁场适于选择性地致动超顺 磁性粒子的集群；以及
g)用于检测选择性地致动的集群的装置。本发明基于以下发现具有基本上变化的场幅度的旋转磁场可以选择性地耦合到 结合集群20。如果适当地选择场特性，那么场并不旋转更大的集群20，并且它不在致动期 间产生新的集群20。当暴露于旋转外部磁场时，超顺磁珠可以有效地耦合到磁场并且与场一起旋转。 该旋转行为相当复杂并且涉及三种不同的状况初始时，超顺磁珠可以以与外部场相同的 频率旋转，但是具有频率相关的相位滞后。一旦相位滞后达到90度，那么珠经受可获得的最大扭矩(在所谓的“故障频率”下)。如果外部频率进一步增加，则外部场与超顺磁珠之间 的耦合变得越来越低效，并且这些珠开始减速。此外，可以观察到集群20的摆动旋转向 后振荡叠加在超顺磁珠的平滑旋转上。摆动旋转出现在高于下面所述的临界频率的磁场频 率处。在甚至更高的频率下，由于超顺磁珠内存在铁磁材料的纳米粒子，这些珠能够再次旋 转。本发明涉及一种使用上述的发现执行集群分析的方法。依照本发明的方法，提供 要分析的流体中超顺磁性粒子的悬浮物，其中这些超顺磁性粒子涂敷有生物活性剂。于是， 由于流体中存在分析物，这些粒子被允许形成集群(cluster) 20。超顺磁性粒子结合到分 析物在本领域的技术中是已知的。随后，通过施加至少部分旋转的磁场选择性地致动超顺 磁性粒子的集群20，其中磁场的幅度随着时间而变化。该磁场可以被设计成具有完全旋转 的性质或者可替换地具有部分常见的性质和部分旋转的性质。最后，检测所述选择性地致 动的集群20。所述超顺磁性粒子优选地为直径在IOnm与IOMm之间、优选地在IOOnm与3Mm之 间的范围内的超顺磁珠。这些超顺磁性粒子可以涂敷有任何适合执行集群分析的生物活性 剂。对于这样的生物活性剂的典型实例是抗体、蛋白质、细胞、DNA、RNA、小分子、组织、病在允许粒子形成集群20的步骤期间，粒子借助于流体内存在的分析物而彼此结 合，所述分析物选择性地结合到超顺磁性粒子的表面上提供的生物活性剂。依照一个实施 例，该步骤通过简单地设置预定的延迟时间而提供，在所述延迟时间期间，分析物可以与生 物活性剂相互作用。在另一个实施例中，例如借助于施加磁场而主动地支持粒子形成集群 20。一旦形成超顺磁性粒子的集群20，那么通过施加旋转磁场选择性地致动这些集群 20。在本申请的上下文中，“选择性地致动集群20”表示仅仅致动某些预定特性的集群20。 例如，优选的是仅仅致动达到预定尺寸的集群20。特别优选的是，致动仅包含两个粒子的集 群20。依照一个优选的实施例，致动集群20包括旋转集群20。因此，如果适当地选择旋转 磁场的特性，那么可以实现仅仅旋转包含两个粒子的集群20，而更大的集群20根本不旋转 或者以另一频率和/或其他特性而旋转。其中，选择性地致动(即旋转)超顺磁性粒子的集群20的过程通过施加具有变化的 场幅度的旋转磁场来控制。例如，该旋转磁场可以包括(consist of)两个分量，其中这两 个分量在幅度和相位上不同。依照一个优选的实施例，磁场的最大幅度和最小幅度之间的 比值介于1. 1与10之间，优选地介于2与8之间，并且最优选地介于4与6之间。进一步优选的是，旋转磁场的角频率低于临界频率，其中该临界频率被定义为 1 Π/6、T2R2
—^ 皿。其中，X为磁化率，Bmax为外部磁场的幅度并且H为流体的粘度。 2π 卿最后，须检测选择性地致动的集群20。这优选地使用光学技术来进行。由于集群 20旋转，因而任何光散射、透射或反射都被调制。该调制可以仅仅用来光学地检测旋转的集 群20。本发明进一步涉及一种用于执行集群分析，尤其是用于依照上述方法执行集群分 析的设备。该设备包括用于容纳样本的装置和用于施加旋转磁场的装置，该磁场适于选择性地致动超顺磁性粒子的集群。该设备还包括用于检测选择性地致动的集群的装置。用于施加旋转磁场的装置优选地包括若干磁性线圈，尤其是四个磁性线圈的四极
配置。优选的是，旋转磁场的最大幅度和最小幅度之间的比值介于1. 1与10之间，优选地
介于2与8之间，并且最优选地介于4与6之间。进一步优选的是，旋转磁场的角频率低于
权利要求
1.一种执行集群分析的方法，包括步骤h)在要分析的流体中提供超顺磁性粒子的悬浮物，其中这些超顺磁性粒子涂敷有生物 活性剂；i)允许这些粒子由于流体内存在分析物而形成集群；j)通过施加至少部分旋转的磁场(B)而选择性地致动超顺磁性粒子的集群，以及k)检测这些选择性地致动的集群。
2.依照权利要求1的方法，其中该选择性地致动集群的步骤包括选择性地旋转集群。
3.依照权利要求2的方法，其中只有达到预定尺寸的集群被旋转磁场旋转。
4.依照权利要求3的方法，其中只有包含两个粒子的集群被旋转磁场旋转。
5.依照权利要求1的方法，其中所述磁场的最大幅度和最小幅度之间的比值介于1.1 与10之间，优选地介于2与8之间，并且最优选地介于4与6之间。
6.依照权利要求1的方法，其中所述磁场的振荡频率低于集群对准的时间的倒数。
7.一种执行集群分析的设备，包括a)用于容纳样本(14)的装置(12，15)；b)用于施加至少部分旋转的磁场(B)的装置(1-4；11)，该磁场适于选择性地致动超顺 磁性粒子的集群；以及c)用于检测选择性地致动的集群的装置。
8.依照权利要求6的设备，其中用于施加旋转磁场的装置包括四个磁性线圈(1，2，3， 4)的四极配置。
9.依照权利要求6的设备，其中所述磁场的最大幅度和最小幅度之间的比值介于1.1 与10之间，优选地介于2与8之间，并且最优选地介于4与6之间。
10.依照权利要求6的设备，其中用于检测的装置包括光学检测器。
11.依照权利要求1的方法或者依照权利要求8的设备，在下述中的使用-在诸如血液、唾液、尿液之类的复杂生物混合物中快速且灵敏地检测蛋白质、蛋白质 复合物、代谢物、糖蛋白类、肽、DNA、RNA、脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或其他两性电解质，-例如用于现场(需要点)测试或者用于中心实验室或科学研究中的诊断的测试芯片， 例如蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白类、肽、DNA、RNA、脂类、脂肪酸、碳水化合物和/ 或其他两性电解质，-用于分子诊断的生物传感器，尤其是微流体生物传感器，-用于化学、药物学或分子生物学的高通量筛选芯片，-用于心脏病学、传染病、新出生筛选、肿瘤学、食物、环境和/或代谢学的蛋白质诊断 生物芯片，和/或-用于检测并且利用转译后修饰和/或相同蛋白质的修饰的和未修饰的物种之比量 化蛋白质的生物芯片。
全文摘要
在一种执行集群分析的方法中，提供在要分析的流体中的超顺磁性粒子的悬浮物(14)，其中这些超顺磁性粒子涂敷有生物活性剂。然后，允许这些粒子由于流体内存在分析物而形成集群。随后，通过施加旋转磁场而选择性地致动超顺磁性粒子的集群，其中该磁场的幅度随着时间而变化。最后，检测这些选择性地致动的集群。一种用于执行集群分析的设备，包括用于容纳样本(14)的装置和用于施加旋转磁场的装置(11)，该磁场适于选择性地致动超顺磁性粒子的集群。该设备还包括用于检测选择性地致动的集群的装置。
文档编号G01N33/543GK102144162SQ200980134594
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月4日 优先权日2008年9月5日
发明者A·兰佐尼, M·M·奥夫斯彦科, M·W·J·普林斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司