表面结合磁颗粒的检测的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测结合至样本室(112)的结合表面(111)的磁颗粒(1)的方法和传感器设备(100)，其中，所述检测是在吸引磁场的作用期间做出的和/或是在吸引磁场的作用后立即做出的。优选地，排斥磁场(B)处于所述吸引磁场(B)之前，所述排斥磁场将未结合的磁颗粒从所述结合表面(111)移除。由于所述吸引磁场(B)的原因，结合的磁颗粒(1)更加靠近所述结合表面(111)，这增强了诸如受抑全内反射的表面特异性检测技术的信号。能够通过平行于所述结合表面(111)从而诱发未结合的磁颗粒与结合的磁颗粒之间的链的生成的吸引磁场，来实现所述信号的进一步增强。
【专利说明】表面结合磁颗粒的检测
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于检测结合到样本室的结合表面的磁颗粒的方法和传感器设备。
【背景技术】
[0002]W02008/155716公开了一种光生物传感器，其中，光束的受抑全内反射(FTIR)被检测并相对于结合表面处的磁颗粒的量被评估。使用磁场将磁颗粒吸引到所述表面上以获得加速结合，并在做出检测之前将未结合的磁颗粒洗去。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供用于定量检测具有提高的灵敏度的表面结合磁颗粒的手段。
[0004]这一目的是通过根据权利要求1和2的方法以及根据权利要求3的传感器设备实现的。在从属权利要求中公开了优选实施例。
[0005]根据本发明的方法服务于对结合至样本室的结合表面的磁颗粒的检测。
[0006]在这一语境中，术语“磁颗粒”应当既包括永久性磁颗粒又包括可磁化颗粒，例如，超顺磁珠。磁颗粒的尺寸通常处于3nm和50 μ m之间的范围内。此外，磁颗粒可以包括实际感兴趣的所结合的目标成分。“样本室”通常是开放腔、闭合腔或者通过流体连接通道连接至其他腔的腔。样本室的“结合表面”只是该室的一个专用内表面，其能够与磁颗粒或者其他实体接触，并且可以在其上通过适当的方法对它们进行检测。顾名思义，结合表面通常被提供有能够专门结合磁颗粒的结合部位。
[0007]该方法包括如下步骤:
[0008]a)生成将磁颗粒吸引至结合表面的磁场。由于这一作用，下文将这种磁场称为“吸引磁场”。这种吸引磁场应当在所述结合表面处并且在所述样本室的至少一部分当中占据主导。为了生成其对磁颗粒的吸引作用，所述磁场将具有非零梯度。
[0009]b)在上述步骤期间检测和/或在上述步骤之后立即检测结合表面处的磁颗粒，上述步骤即为吸引磁场的生成。在这一语境中，术语“在…期间”一般应当包括贯穿吸引磁场存在的整个时段的连续检测或者这一时段内的一个或几个离散时点/间隔处的检测。术语“立即”应当表示吸引磁场已经关闭但是磁颗粒还没有移动显著(即可检测)的距离的时段。因而，该术语与磁场作用的弛豫时间以及颗粒的布朗运动程度(与处于一团中的情况相比，由于接近表面处粘度提高，因而在接近表面处布朗运动程度较低)相关。
[0010]应注意，在上述步骤之前通常具有所述方法固有的准备工作，例如，样本室中的具有磁颗粒的样本的提供以及(借助或者不借助主动辅助)允许磁颗粒结合至结合表面的结合时段。
[0011]根据本发明的传感器设备服务于检测结合至样本室的结合表面的磁颗粒，并且包括下述部件:
[0012] a)磁场生成器，其用于生成将磁颗粒吸引至所述结合表面的吸引磁场。例如，可以通过永磁体或电磁体实现所述磁场生成器。
[0013]b)检测单元，其用于检测所述结合表面处的磁颗粒。
[0014]c)控制单元，其用于控制所述检测单元和所述磁场生成器，使得在将磁颗粒吸引至所述结合表面的同时做出检测和/或在将磁颗粒吸引至所述结合表面之后立即做出检测。可以通过专用电子硬件、具有相关软件的数字数据处理硬件或者两者的混合来实现所述控制单元。
[0015]所述方法和所述传感器设备是同一发明构思(即，在吸引磁场的作用下检测磁颗粒)的不同实现。因此，为这些实现之一提供的解释和定义对另一实现也有效。
[0016]已经表明，能够通过所提出的构思提高磁颗粒检测的准确度和灵敏度。这是令人惊讶的，因为通常认为必然要在将磁颗粒从表面冲离的排斥磁场的作用期间执行测量(参考 W02008/155716)。
[0017]在下文中，将描述本发明的各种优选实施例，其既涉及上文定义的方法又涉及上文定义的传感器设备。
[0018]评估单元可以地优选被提供用于评估在检测程序期间产生的检测结果(信号)，其中，相对于所述结合表面处结合的磁颗粒的量做出评估。所述评估单元可以是本身与所述控制单元集成的部件。
[0019]可以优选地在位于所述吸引磁场开始之后的大约0.0ls和大约Is之间的时间点处检测所述结合表面处的磁颗粒，优选大约在开始之后大约100ms。在磁场吸引开始之后非常短的时间内做出的这样的检测的优点在于，主要是结合磁颗粒而不是未结合磁颗粒显示出对所述吸引磁场的可检测反应，因为它们已经接近所述结合表面。
[0020]根据本发明的另一实施例，生成将磁颗粒从所述结合表面拉离的另一磁场，其中，在所述吸引磁场之前生成该磁场。相对于其作用，下文将所述另一磁场称为“排斥磁场”。所述排斥磁场的优点在于，其将未结合磁颗粒从所述结合表面去除。在接下来的所述吸引磁场的作用期间，因此，最初只有结合的磁颗粒更加靠近所述结合表面(在它们的结合所允许的范围中)，从而生成可检测的作用。相反，未结合的颗粒在抵达所述结合表面之前必须首先行进先前被所述排斥磁场冲开的距离。
[0021]在前述实施例中，所述排斥磁场的持续时间和/或强度和/或梯度优选分别大于所述吸引磁场的持续时间和/或强度和/或梯度。这意味着，平均而言，排斥磁场将未结合磁颗粒从所述结合表面移开的距离要大于吸引磁场将其吸引至所述结合表面的距离。因此，在做出检测时所述结合表面将仍然没有未结合的磁颗粒。
[0022]优选对上文描述的首先是排斥磁场之后是吸引磁场的序列重复两次或更多次(有或者没有中间间隔)。因此，能够在磁性吸引相位期间收集到多个检测结果。这提高了统计显著性，并且允许排除这样的事件:所述事件能够以实验方式观测到，在该事件期间所述吸引磁场没有对结合的磁颗粒表现出具体作用。
[0023]一般而言，可以将任何方法应用于所述结合表面处的磁颗粒的检测。优选地，使用仅在靠近结合表面的区域中灵敏的表面特异性技术。这一种类的一种优选技术利用了衰逝光波来检测处于所述结合表面处的磁颗粒。衰逝波的优点在于它们只影响邻近所述结合表面的小区域，因此适于选择性地感测(磁)颗粒的单层。
[0024]可以任选通过光束在所述结合表面处的全内反射生成上述衰逝波。利用在透明材料和邻近样本流体之间的界面处全内反射的光束进行的检测是一种被称为受抑全内反射(FTIR)的技术。
[0025]根据本发明的另一实施例，提供了用于检测来自所述结合表面的输出光束的图像传感器。例如，这种输出光束可以是以上文提到的方式通过输入光束的(受抑)全内反射生成的。利用图像传感器检测输出光束的优点在于，能够同时在(由图像传感器的像素或像素组表示的)很多位置上对所述结合表面进行观测和评估。
[0026]在上述实施例中，优选使所述图像传感器的快门时间和/或帧速率与所生成的(吸引和/或排斥)磁场同步。因此，能够保证在正确的时间点上，即通常在吸引磁场开始之后非常短的时间内生成所述结合表面的图像。
[0027]所述吸引磁场优选与所述结合表面平行或者具有与所述结合表面平行的至少一个分量。在这一语境下应当注意，磁场(即磁场线)的方向不同于决定着在磁颗粒上生成的磁力的场梯度的方向；一般而言，所示梯度可以具有任何相对于场线倾斜的方向。在平行于所述结合表面的磁场中，在结合和未结合的磁颗粒之间形成了平行于表面的链。以这种方式，将增强与结合的磁颗粒相关联的信号。
[0028]本发明还涉及上述传感器设备用于分子诊断、生物样本分析、化学样本分析、食品分析和/或法医分析的用途。例如，可以借助于直接或间接附着于目标分子的磁珠或荧光颗粒来完成分子诊断。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考下文描述的实施例加以阐述。
[0030]在附图中:
[0031]图1在根据本发明的传感器设备的示意性侧视图中示出了通过受抑全内反射(FTIR)进行的对结合的磁颗粒的检测；
[0032]图2示出了吸引磁场对结合和未结合的磁颗粒的作用；
[0033]图3是根据本发明的传感器设备的示意性侧视图，其说明了与结合表面平行的磁场进行的信号增强；
[0034]图4示出了在排斥磁场和吸引磁场的交替期间针对结合的磁珠的测量结果。
[0035]在附图中类似的附图标记表示等同或类似的部件。
【具体实施方式】
[0036]用于检测可以作为人体内的各种疾病的标志的核酸(DAN，RNA)、代谢物(分子诊断)和蛋白质(免疫测定)的仪器已经成为了医疗保健领域的重要部分。典型的免疫测定技术使用小的超顺磁颗粒(珠)作为标签来检测溶液中目标分子的存在。例如，所述目标分子能够是肌钙蛋白-1蛋白质(cTnl)，其被用作检测心肌梗塞的标志。利用专门俘获目标分子的抗体涂覆这些标签。在磁标签结合至同样涂覆有功能抗体的表面之后，借助例如光学检测技术检测所述磁标签。例如，可以使用受抑全内反射(FTRI)测量表面上的珠密度。在这种技术中，来自诸如激光器或LED的光照源的光束以使所述光束发生全反射的临界角射到表面上。[0037]图1示意性地示出了用于磁颗粒的FTIR检测的示范性传感器设备100的侧视图。传感器设备100被设计为在一次性试剂盒110中做出光学测量，所述一次性试剂盒例如可以是由玻璃或者诸如聚苯乙烯的透明塑料构成的。所述试剂盒包括样本室112，能够将具有所要检测的目标成分的样本流体提供到所述样本室中。所述样本还包括磁颗粒I，例如超顺磁珠1，其中，这些颗粒I通常作为标签结合到上述目标成分上(为简单起见在该图中仅示出了磁颗粒I)。
[0038]试剂盒110具有带结合表面111的透明底部，结合表面111 (部分地)作为样本室112的边界。通常在结合表面111上设置多个“检测点”。它们包括能够专门结合目标成分的诸如抗体的结合部位(参考图2)。
[0039]传感器设备100包括光源120，光源120用于发射输入光束LI，使得使该光束以大于全内反射(TIR)的临界角的角度Θ c抵达结合表面111,并因此被全内反射为输出光束L2。输出光束L2由光检测器，例如，由照相机130的光敏像素检测。因此，光检测器130生成作为检测信号S的结合表面的图像，在评估和控制单元140中对该图像做进一步处理。
[0040]传感器设备100还包括磁场生成器，所述磁场生成器例如是通过设置在试剂盒110的底部和/或顶部(未示出)的具有线圈和芯的电磁体150实现的，其用于可控地在样本室112中生成磁场。借助这种磁场，能够对磁颗粒I进行操纵，即，使其磁化，尤其是使其发生移动(如果使用具有梯度的磁场的话)。因而，能够例如将磁颗粒I吸引至结合表面111，以便加速相关联的目标成分与所述表面的结合。
[0041]在结合表面111处创建指数阻尼衰逝波Le。当在表面附近的衰逝波中不存在磁珠时，不会发生光吸收，因而反射光束L2含有100%的其初始强度。然而，当在表面上存在颗粒时，将发生吸收和/或散射，反射射束的强度降低。因此，反射光束L2的强度Irefl是表面上的珠密度的度量。这能够通过下述公式表达:
[0042]
【权利要求】
1.一种用于检测样本室(112)中的磁颗粒(1、1’)的方法，包括: a)生成排斥磁场和吸引磁场(B)的序列，其中， al)所述吸引磁场(B)具有平行于所述样本室(112)的结合表面(111)的分量，并且所述吸引磁场⑶将磁颗粒(1、1’)吸引至所述结合表面(111)； a2)所述排斥磁场将磁颗粒从所述结合表面(111)拉离； a3)所述排斥磁场的持续时间和/或梯度大于所述吸引磁场(B)的持续时间和/或梯度； b)在所述吸引磁场(B)开始之后大约0.01s和大约Is之间的时间处检测所述结合表面(111)处的磁颗粒
2.一种用于检测结合至样本室(112)的结合表面(111)的磁颗粒的方法，所述方法包括: a)生成将磁颗粒吸引至所述结合表面(111)的吸引磁场(B)； b)在生成所述吸引磁场(B)期间检测和/或在生成所述吸引磁场(B)之后立即检测所述结合表面(111)处的磁颗粒(1、1’)。
3.一种用于检测结合至样本室(112)的结合表面(111)的磁颗粒的传感器设备(100)，包括: a)磁场生成器(150)，其用于生成将磁颗粒吸引至所述结合表面(111)的吸引磁场⑶； b)检测单元(120、130)，其用于检测在所述结合表面(111)处的磁颗粒； c)控制单元(140)，其用于控制所述检测单元和所述磁场生成器，使得在将磁颗粒(1、I’)吸引至所述结合表面(111)的同时做出检测和/或在将磁颗粒(1、1’)吸引至所述结合表面(111)之后立即做出检测。
4.根据权利要求3所述的传感器设备(100)，其特征在于，评估单元(140)被提供用于相对于结合至所述结合表面(111)的磁颗粒(1、1’)的量对所述检测进行评估。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述吸引磁场(B)开始之后的大约.0.01s和大约Is之间检测所述结合表面(111)处的磁颗粒(1、1’)。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在生成所述吸引磁场(B)之前生成排斥磁场，所述排斥磁场将磁颗粒(1、1’)从所述结合表面(111)拉离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述排斥磁场的持续时间和/或强度和/或梯度大于所述吸引磁场(B)的持续时间和/或强度和/或梯度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述排斥磁场和所述吸引磁场(B)的序列被至少重复两次。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助衰逝波(Le)检测所述结合表面(111)处的所述磁颗粒
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述衰逝波(Le)是由光束(LI)在所述结合表面(111)处的全内反射生成的。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，图像传感器(130)被提供用于检测来自所述结合表面(111)的输出光束(L2)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述图像传感器(130)的快门时间和/或帧速率与所生成的磁场(B)同步。
13.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吸引磁场(B)具有平行于所述结合表面(111)的分量。
14.根据权利要求3所述的传感器设备用于分子诊断、生物样本分析、化学样本分析、食品分析和/或法医 分析的用途。
【文档编号】G01N21/552GK103907012SQ201280053251
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】J·B·A·D·范佐恩, R·M·L·范利斯豪特 申请人:皇家飞利浦有限公司