CN101501222A

CN101501222A - 通过使用可磁化物体或磁性物体作为标记物监测酶促过程

Info

Publication number: CN101501222A
Application number: CNA2007800300610A
Authority: CN
Inventors: M·W·J·普林斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-08-05
Also published as: JP2010500045A; EP2054526A2; WO2008020381A3; US20100173290A1; BRPI0715904A2; WO2008020381A2; RU2009109185A

Abstract

本发明提供方法和装置，用于通过在酶促过程期间至少一次确定附着于所述传感器表面的磁性粒子的量而监测生物分子的酶促过程。根据本发明实施方案的方法和装置可以用于监测作为时间的函数的酶促过程。

Description

通过使用可磁化物体或磁性物体作为标记物监测酶促过程

发明领域

本发明涉及酶促过程并且更具体地涉及用于使用可磁化物体或磁性物体作为标记物监测在生物分子上的酶促过程的方法及系统。本发明的方法和装置可以用于监测作为时间函数的酶促过程。

发明背景

核酸(RNA，DNA)可以极灵敏及特异性地由生物化学扩增过程测量。核酸扩增和后继检测是通常需要几个扩增步骤的复杂过程。为检测生物材料(例如微生物)，这些步骤一般包括(选择性)富集、分离/纯化及鉴定。正在进行大量工作以简化该过程并改善分析性能(例如灵敏度、特异性、速度)。例如，已经证实通过分子生物学技术与免疫检测法的组合，借助配体蛋白灵敏而特异性地检测RNA/DNA扩增产物是可行的。对于显现信号，其它测定法使用荧光、化学发光或类型广泛的(免疫)传感检测器替代比色法。然而，所开发的大部分测定法是相对复杂的、昂贵的和/或需要(复杂)设备。

已经开发一种与侧流免疫测定(LFIA)检测方法组合的简化的提取及扩增方法，此方法比凝胶电泳法灵敏几个数量级，并且在5-15分钟内显示结果。原则上，LFIA适于多重分析物检测，即在一个分析装置内筛查多达6种特异性RNA/DNA序列。一种基于黑色胶体粒子和固定在硝酸纤维素膜上的特异性配体的方法能够在微型阵列设置中检测出5-30种不同参数。结果可以通过平板扫描和图象分析加以数字化。

测量法的定量方面和动态范围是生物化学扩增中的重要问题。尤其对于指数型扩增方法(如PCR)是这样，其中所述的指数型扩增方法一方面存在亚检测水平扩增子浓度之间的急速跃迁，而另一方面具有生物化学扩增过程的饱和作用。结果往往是是-或-否式回答，而非靶浓度的精确值。

改良的方法是实时PCR，其中扩增子的浓度在指数型生物化学扩增过程期间被动态地测量(例如用分子信标)。在定量实时PCR中，使用专用探针设计、过程控制和过程监测而衍生定量性数据。从产生某种信号所需的时间推导原始靶浓度。定量实时PCR的劣势在于(i)复杂的测定流程，(ii)每个试验的高成本水平和(iii)难以进行多路测定。

在其最常使用的形式中，上述方法(ELISA、LFIA、实时PCR)均涉及光学检测。光学检测法可以有几个劣势，如

-高背景信号(例如试验装置中来自基材或装置材料的、来自样品材料或来自生物材料的自发荧光)，尤其当使用复杂的生物学样品时是这样。

-标记物特性可能依赖于生物化学环境(例如荧光效率)，这使测量法的定量复杂化。

-匣与读数仪之间易出错的互连。

-源于装置和源于流体样品的光散射。

-入射光和发射光/反射光的吸收取决于流体的光学特性。

-有时需要昂贵的读出设备。

存在对基于光的检测法的替代性检测方法。例如，正在研究检测磁性纳米粒子的磁传感器用于生物诊断目的，这归因于以下的预期优势：高分析性能(灵敏度(生物材料具有极低的磁背景并且极灵敏的传感器是可获得的))、速度(归因于磁驱动)、特异性(归因于力区分(force discrimination))、联合测定步骤(例如靶的提取和检测均用磁性粒子)和易使用(简单而可靠的电互连、传感器及读数仪紧凑而成本低)。

已经初步尝试将核酸扩增与磁检测法联合。WO00/61803披露了核酸扩增与顺序在磁传感器芯片上检测的联合。该过程包括通过磁力施加严格性(stringency)。该方案具体以链置换扩增(SDA)方法为核心。EP0781346披露其中用磁检测方法替换PCR扩增的方法。所述磁检测法基于磁标记引物和扩增的DNA之间的迁移差异。

鉴于先前系统的缺点，仍需要基于替代性检测方法和/或替代性标记物和/或替代性传感器的迅速、灵敏、定量性、高动态范围和实时性核酸检测方法。此类方法应当含有尽可能少的步骤，即具有生物化学过程和检测的最大集成。

发明概述

本发明提供用于监测酶促过程的方法及系统。该方法包括：

-使酶促过程在反应室内发生，该反应室配备了可磁化物体或磁性物体如粒子，

-提供具有传感器表面的传感器装置，

-在所述酶促过程期间，顺序将可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面和从该传感器表面撤离，以及

-在所述酶促过程期间，在将所述可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面后，至少一次测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。

根据本发明的实施方案，测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量可以在从传感器表面撤离之前或撤离之后进行。

测量或检测附着于所述传感器表面的磁性或可磁化物体可以伴随或不伴随对所述生物传感器表面扫描传感器元件而进行。

根据优选的实施方案，测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量可以进行多于一次，并且该方法还可以包括：

-监测作为时间的函数的所附着的可磁化物体或磁性物体的量。

所述可磁化物体或磁性物体可以用第一捕获部分涂敷，而所述传感器表面可以用第二捕获部分涂敷，所述第一捕获部分和第二捕获部分是相互不同的。

所述第一捕获部分可以最优选地与生物分子的第一部分相适合，而所述第二捕获部分可以最优选地与生物分子的第二部分相适合，所述第一部分与第二部分是不同的。

可以通过任何合适的检测方法例如磁检测法、光学检测法、声学检测法或电检测法测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。优选地，可以光学地测量用作标记物的可磁化物体或磁性物体，或换而言之可以光学地测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量，例如使用光学成像法或光学扫描法，优选地用表面灵敏的光学技术，例如用穿过光学透明基材检测到标记物的共聚焦扫描光学拾取器(例如类似于光学数据存储技术)或用消逝场光学检测技术。

可以借助磁力顺序将可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面和从该传感器表面撤离。磁力可以在片内(on-chip)或在片外(off-chip)产生。

根据本发明的优选实施方案，酶促过程可以是RNA或DNA核酸扩增过程。

本发明的实施方案涉及用于扩增核酸即RNA或DNA并且确定所扩增RNA或DNA的量或参与扩增过程的试剂的量的方法和工具。在这种方法中，确定所扩增核酸的量或参与扩增过程的试剂的量的步骤可以通过磁检测法、光学检测法、声学检测法或电检测法进行，并且可以在所述RNA或DNA的扩增过程期间进行至少一次。在本发明的方法中，确定所扩增RNA或DNA的量或参与扩增过程的试剂的量的步骤可以通过如下方法进行，在所述方法中所述扩增的核酸或所述试剂经一个或多个生物分子或捕获分子附着于所述传感器表面。

本发明的具体实施方案涉及用于进行如上所述方法的方法及工具，在所述方法中用来结合所扩增的核酸的一个或多个生物分子是特异性结合所扩增核酸或扩增子的DNA、肽核酸(PNA)或RNA。或者，所述生物分子可以是蛋白质、维生素、脂类或糖类或可以是确保所述扩增子与传感器表面结合的核酸和蛋白质的组合。

本发明的具体实施方案涉及用于进行如上所述方法的方法和工具，其中通过等温方法或通过热循环方法扩增所述核酸。

本发明的其它具体实施方案涉及用于进行如上所述方法的方法和工具，其中用于扩增的引物(扩增引物)以磁性粒子标记。本发明的可选实施方案涉及用于进行如上所述方法的方法和工具，其中扩增子由标记的特异性杂交探针检测(在该实施方案中，不以磁性粒子标记扩增引物)。

本发明还提供用于监测生物分子上的酶促过程的系统。该系统包括：

-用于使酶促过程发生的反应室，该反应室与可磁化物体或磁性物体一起使用或配备所述可磁化物体或磁性物体，

-具有传感器表面的传感器装置，

-用于在所述酶促过程期间顺序将可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面和从该传感器表面撤离的构件，以及

-用于在将所述可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面后至少一次测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量的构件。

用于测量附着于所述表面的可磁化物体或磁性物体的量的构件可以是这样的，从而可以在从传感器表面撤离之前或撤离之后测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。

用于测量附着于所述表面的可磁化物体或磁性物体的量的构件可以是这样的，从而测量或检测附着于所述传感器表面的磁性或可磁化物体可以伴随或不伴随对所述生物传感器表面扫描传感器元件而进行。

根据本发明的实施方案，该系统还可以包括如下构件，其用于监测作为时间的函数的附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。

本发明的方法和工具能够以改善的分析性能(如改善的速度、灵敏度和特异性)测定多核苷酸。本发明的方法和工具能够以改善的易用性(如稳健性更高、错误率更低、互连更简单和成本更低)测定多核苷酸浓度。

在本发明的一个方面并且为测量例如样品中的核酸浓度，利用磁循环过程和核酸扩增循环过程(例如温度循环或试剂循环)的一体化和同步化，将磁性粒子循环与核酸扩增联合。

根据本发明实施方案的方法可以包括以下步骤：任选的核酸提取步骤、确定初始核酸量的任选的磁性预扩增步骤、核酸扩增步骤和其中生物分子(例如DNA或RNA)用于例如将所扩增的核酸与传感器表面或与另一物体(body)结合的检测步骤。

本发明的方法涉及通过与一种生物分子结合而检测所扩增核酸或检测参与扩增过程的试剂，其中所述的生物分子本身与传感器结合。该生物分子与传感器表面的结合可以是共价的。

根据一个实施方案，该方法可以包括以下步骤：

-使用共价地附着于磁性粒子和/或传感器芯片表面的引物扩增本体溶液中的核酸。

-测量在磁标记传感器附近作为时间的函数的(例如经生物分子与传感器表面结合的)纳米粒子，并且

-应用磁性粒子循环以使得第一本体扩增过程和第二表面检测过程高效地发生。

更具体地，当使用PCR方法时，本发明方法的特征在于通过应用温度循环和磁力驱动以便能够在近乎实时的模式下检测扩增进程。

通常，本发明提供将核酸扩增与灵敏的可磁化物体或磁性物体检测法结合的方法。该系统的有利之处在于实时检测、速度、过程控制、过程监测、多路复用、紧凑、易用性和低成本。

根据本发明实施方案的方法及系统适用于传感器多路复用(即平行使用不同的传感器和传感器表面)、标记物多路复用(即平行使用不同类型的标记物)和腔室多路复用(即平行使用不同的反应室)。

根据本发明实施方案的方法及系统可以用作针对小样品体积的快速、耐用及易用的现场(point-of-care)生物传感器。反应室可以是随同紧凑型读数仪使用的可拆卸物品，并且可以含有一个或多个磁场发生装置和一个或多个检测装置。另外，根据本发明实施方案的方法及系统可以用在自动化高通量测试中。在这种情况下，所述反应室是例如安装在自动化仪器中的孔板或试管。

附图简述

图1显示用于检测已扩增核酸序列的磁性粒子传感器的可选布局，用于根据本发明实施方案的近乎实时检测。

图2显示根据本发明实施方案的用于在两步骤布局中检测所扩增核酸序列的磁传感器的实例，所述的两步骤布局具有用于扩增和游离引物纯化的模块，随后是磁性粒子传感器芯片检测。在检测后，将扩增的核酸再导入扩增模块。

图3显示根据本发明实施方案的用于实时布局中检测所扩增核酸序列的磁性粒子传感器的实例，所述的实时布局具有用于扩增、纯化及检测(在检测后，将扩增的核酸再导入所述扩增模块)的单个的三腔室模块(A)，或用于扩增及检测的单个的一腔室模块(B)。

图4显示根据本发明实施方案的带有反应室及磁性纳米粒子的装置(未显示入口和出口)的示意图。粒子受到驱动以经历与生物化学扩增过程同步的磁性粒子循环过程。

图5显示作为时间的函数的传感器信号的曲线图。

图6显示根据本发明实施方案的示意性方法。在传感器芯片上方的温育室内进行PCR扩增。在每个循环中，施加温度和磁场驱动的特定组合以测量扩增过程的近乎实时状态。

实施方案的详细描述

扩增引物指用作为针对DNA或RNA聚合酶的引物的核苷酸，如DNA或RNA寡核苷酸。扩增引物在PCR反应中通常称作正向引物和反向引物。标记的扩增引物指共价地与磁性微粒子或纳米粒子和/或生物分子(其非限制性实例是生物素和荧光素)连接的扩增引物。

扩增子指作为扩增过程的结果所获得的核酸。

杂交探针或杂交引物指用来检测所扩增的DNA或RNA(即扩增子)的核苷酸，如DNA或RNA寡核苷酸。在本发明的某些实施方案，杂交探针可以共价地与磁性微粒子或纳米粒子和/或生物分子连接。

传感器探针或传感器引物指直接或间接地与传感器表面(即装置的如此部分，其位于磁性粒子检测系统附近或在磁性粒子检测系统中央或位于磁性粒子检测系统的检测区内)结合并能够结合扩增子的核苷酸，如DNA或RNA寡核苷酸。在其中扩增子包括RNA的扩增技术中，RNA传感器探针可以用来结合扩增的RNA。传感器探针与传感器表面的结合可以是共价的。或者，传感器探针可以经过与生物分子共价连接的一种或两种生物分子(配体、抗体)而连接于传感器表面。应当指出传感器探针可以是可与在溶液中的生物分子(例如抗体、糖类等)形成特异性生物学结合的任何探针。

本发明将参考具体的实施方案并参考某些附图加以描述，但是本发明不受其限制而仅由权利要求书限制。权利要求书中的任何附图标记不应当解释为限制范围。所述附图仅是示意性的和非限制性的。在附图中，出于说明目的，可以将某些部件的尺寸放大并且不按比例绘出。在术语“包含”用于本说明书和权利要求书中的情况下，不排除其它要素和步骤。在指称单数名词时使用不定冠词或定冠词例如“一(a)”或“一(an)”、“该(the)”的情况下，这包括该名词的复数，除非专另有指明。

此外，在本说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于相似要素之间的区分而不必需用于描述依次顺序或时间顺序。应当理解如此所用的术语在适宜的环境下是可互换的，并且本文中所述的本发明实施方案能够以本文中所描述或例示的其它顺序操作。

另外，在本说明书和权利要求书中的术语“顶部”、“底部”、“在......上”、“在......下”等用于描述性目的并且不必需描述相对位置。应当理解如此所用的术语在适宜的环境下是可互换的，并且本文中所述的本发明实施方案能够以本文中所描述或所例示的其它方向操作。

本发明提供一种方法，其用于以可磁化物体或磁性物体(例如磁性粒子)作为标记物，同时检测所述标记物对传感器表面的结合/未结合而监测生物分子的酶促过程(例如核酸扩增过程或另外的转化过程)。这可以通过基于可磁化物体或磁性物体(例如磁性粒子)的任何特性，检测可磁化或磁性粒子在传感器表面上或附近存在的任何适用技术实现。根据本发明实施方案的方法适用于传感器多路复用(即平行使用不同的传感器和传感器表面)、标记物多路复用(即平行使用不同类型的标记物)和腔室多路复用(即平行使用不同的反应室)。此外，根据本发明实施方案的方法可以用作针对小样品体积的快速、耐用及易用的即时生物传感器。反应室可以是随紧凑型读数仪使用的可拆卸物品，并且可以含有一个或多个磁场发生装置和一个或多个检测装置。另外，根据本发明实施方案的方法及系统可以用在自动化高通量测试中。在这种情况下，此反应室例如是安装在自动化仪器中的孔板或试管。

将受至少一种酶催化的任何化学反应或系列反应描述为酶过程或酶促过程。酶包括一大类提高生物化学过程的反应速率并由全部活细胞产生及在细胞内及细胞外均发挥作用的蛋白质。

存在大量不同的酶。大部分天然存在的酶是高度特异性的，意指每种酶通常仅催化一种定义的生物化学反应。例如，在分子生物学中，某些酶是用于切割和再连接DNA(遗传信息携带者)的工具。“限制酶”识别定义的核苷酸序列以在该位点精确地切割DNA。其它酶(连接酶)可以将分开的DNA链连接成一个连续片段。本发明不限于天然存在的酶，在本发明范围内还包括使用半合成酶或合成的酶。半合成酶可以携带非天然的官能团，包括由修饰的辅因子替换天然辅因子，其中所述修饰的辅因子化学地与提供新特性的官能团连接。此类酶在紧邻辅因子位点的特定位置处具有合成的或人工基团。然而，合成的酶无论如何不需要模仿天然酶。合成的酶例如在美国专利U 5,110,833中披露。

生物化学酶促过程可以涉及几个分子转化，或换而言之可以对任何生物分子进行。一种类型的酶促过程可以例如是核酸扩增过程。

本发明的方法包括：

-使酶促过程在反应室内发生，该反应室配备了可磁化物体或磁性物体，

-提供具有传感器表面的传感器装置，

测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量可以在从传感器表面撤离之前或撤离之后进行。

测量或检测附着于所述传感器表面的磁性物体或可磁化物体可以伴随或不伴随对所述生物传感器表面扫描传感器元件而进行。

本发明将通过基于磁电阻元件的传感器装置进一步描述。然而，这无论如何不限制本发明。本发明可以适用于包含任何传感器元件的传感器装置，其中所述的传感器元件适用于例如基于磁性粒子的任何特性检测在传感器表面上或附近的可磁化物体或磁性物体。例如，对可磁化物体或磁性物体(例如磁性粒子)的检测可以借助磁方法(例如磁电阻传感器元件、霍尔传感器、线圈(coil))、光学方法(例如成像荧光法、化学发光法、吸光度法、散射法、表面等离子体共振法、拉曼法等)、声学检测法(例如表面声波法、体声波法(bulk acoustic wave)、悬臂法(cantilever)、石英晶体法(quartz crystal)等)、电检测法(例如电导法、阻抗法、安培法、氧化还原循环法)等实现。

优选地，可以光学地检测用作标记物的可磁化物体或磁性物体，或换而言之可以光学地测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量，例如使用光学成像法或光学扫描法，例如用穿过光学透明基材检测标记物的共聚焦扫描光学拾取器(例如类似于DVD)。

此外，本发明将通过用作磁性粒子标记物的可磁化物体或磁性物体进行描述。再次，这仅出于易于解释的目的并且无论如何不限制本发明。本发明还适用于作为磁棒、磁性粒子串或复合粒子(例如，在非磁性基质内部含有磁活性及光学活性材料或磁性材料的粒子)的可磁化物体或磁性物体。

本发明将通过作为RNA或DNA核酸扩增过程的酶促过程进一步描述。应当理解这仅是一个实例并且无论如何不意图限制本发明。本发明的方法也可以适用于其它酶促过程。

因此，在第一步骤，本发明的方法包括使RNA或DNA核酸扩增过程在反应室中发生。该反应室包含具有RNA或DNA核酸的样品并且还包含磁性粒子作为标记物。所述磁性粒子可以用第一捕获部分涂敷。第一捕获部分可以是本领域技术人员已知的任何合适的捕获部分。优选地，第一捕获部分可以与所扩增RNA或DNA核酸或扩增子的第一部分相适合，从而涂敷的磁性粒子可以经第一捕获部分附着于所述RNA或DNA核酸，例如，在对RNA或DNA核酸扩增给出的实例中，第一捕获部分可以是第一寡核苷酸。

其次，可以提供具有传感器表面的传感器装置。该传感器表面可以用最优选异于第一部分的第二捕获部分涂敷。第二捕获部分可以优选地是与所扩增的RNA或DNA核酸或扩增子中异于第一部分的第二部分相适合，从而所述RNA或DNA核酸可以附着于所述传感器表面。例如，在针对RNA或DNA核酸扩增过程给出的实例中，所述的第二捕获部分可以是第二寡核苷酸，其优选与第一寡核苷酸不同。附着于所述传感器表面的磁性粒子的量是所扩增的RNA或DNA核酸或扩增子的一种度量。

在扩增过程期间，附着于所述磁性粒子的RNA或DNA核酸将被顺序吸引至传感器表面和从传感器表面撤离。这可以借助磁力进行。根据本发明的实施方案，磁力可以在片内产生，例如通过集成在传感器装置内的磁场发生构件，例如电流线(current wire)。根据本发明的其它实施方案，磁力也可以在片外或外部地产生，例如借助外部磁体。在扩增过程期间，越来越多的扩增子或扩增的RNA或DNA核酸将随时间推移产生。因此随着扩增过程进展，或换而言之，随着更多扩增循环进行，越来越多的扩增子将与磁性粒子结合。换而言之，在扩增过程期间，越来越多的扩增子将在吸引步骤期间随时间推移附着于所述传感器表面。

根据本发明实施方案的方法，附着于所述传感器表面的磁性粒子的量可以测量至少一次。所述测量可以在将磁性粒子吸引至传感器表面之后进行。优选地，附着于所述传感器表面的磁性粒子的量可以在扩增过程期间测量多于一次。在这种情况下，可以监测作为时间的函数的附着于所述传感器表面的磁性粒子的量。

本文此后，将描述一些实施方案用于可能进行所述的扩增过程和检测，即定性及定量地确定扩增的核酸。

在一个方面，本发明涉及这样的方法，其中使用进行此类方法的磁检测法和工具，交替进行核酸扩增和所扩增的DNA的定性及定量确定。

本发明的方法包括以下步骤：

-(分步或连续的)核酸扩增过程，

-在所述扩增过程期间和/或之后的一个或多个检测步骤，其中DNA或RNA传感器探针用于使扩增的核酸结合于例如传感器表面或另一物体。传感器探针与传感器表面的结合可以是共价的。

任选地，本发明的方法在扩增之前还包括：

-核酸提取步骤，和/或

-确定初始核酸量的磁性预扩增步骤。

根据一个实施方案，通过将标记物掺入扩增子而确保检测到扩增的核酸或扩增子。根据该实施方案，本发明的方法包括以下步骤：

-用附着于磁性纳米粒子或磁性微粒子的引物在本体溶液中扩增核酸。

-使扩增的核酸与附着于传感器表面的传感器探针接触。引物对传感器表面的附着可以是共价的。

-在扩增过程期间和/或之后，检测或测量磁性纳米粒子或微粒子至少一次。

任选地，应用磁性粒子循环以使(第一)本体扩增过程和(第二)表面检测过程高效地发生。

在本发明的具体实施方案中，应用温度循环和磁力驱动以便能够在近乎实时的模式下检测扩增进程。

如上所述，本发明的方法包括核酸扩增步骤，例如在本体液体(bulkliquid)中。本领域已知的不同扩增方法可以综合在本发明的方法中。扩增方案通常分成靶型扩增和探针型扩增(Hill，C.S.(1996)Journal of ClinicalLigand Assay 19，43-52.)。

‘靶’扩增通过使用靶核酸分子作为模板从各种核苷酸中合成所需的靶序列拷贝。靶扩增的实例是聚合酶链反应(PCR)、转录介导的扩增(TMA)、基于核酸的序列扩增(NASBA)和链置换扩增(SDA)(Saiki等(1988)Science239，487-491；Compton，J.(1991)Nature 350，91-92；Walker等(1992)Nucl.Acids Res.20，1691-1696；McDonough等(1997)In：Nucleic acid amplificationtechnologies，编者Lee，H.，Morse，S.和Olsvik，O.，Natick，MA：BiotechniquesBooks，113-123.)。本发明的具体实施方案涉及使用PCR来扩增特异性DNA或RNA。另一方面‘探针型’扩增产生所投入反应的原始探针的修饰形式。这种方法的实例是连接酶链反应(LCR)(Laffler等(1993)Annales de BiologieClinique 50，821-826)。

在PCR和LCR的情况下，利用热循环仪以使双链中间体变性。其它方案(例如TMA、NASBA和SDA)是等温的并且通常仅需要处于恒温的一种加热装置(例如水浴或热块(thermoblock))。

与PCR/LCR相比，转录方法(如TMA)具有几个不同点。TMA可以直接使用RNA或单链DNA作为靶标。理论上，这些方法比PCR/LCR更快速，原因在于它们可以在短至15分钟时间内产生十亿倍扩增，而PCR/LCR可能花费3-4小时产生相似的量。另一方面，TMA的特异性可能比PCR更低，因为该过程在较低温度进行。使用特异性探针来弥补这个差距。

最近的技术(EXPAR)使用热稳定切口酶与聚合酶的组合(Van Ness等(2003)Proc.Natl.Acad.Sci.100，4504-4509)。该技术是其中产生短寡核苷酸的等温分子链式反应。该方法是高度灵敏的并且可以实现大于10⁶倍扩增。指数型反应的耐用性、速度和灵敏度在快速检测样品中存在的少量特异性DNA序列方面有用。

上述的不同扩增技术通常称作扩增过程，即从开始扩增样品直至获得所需量的扩增子，或直至扩增引物耗尽和/或参与扩增的酶丧失了其活性的过程。

在热循环扩增过程的情况下，该过程包含众多的分立的扩增步骤。在等温过程的情况下，扩增是连续过程。通过与探针标记的粒子及固定在传感器表面上的另一种探针一起磁循环，扩增的材料(例如在NASBA的情况下单链RNA寡核苷酸)可以与传感器表面结合以便能够检测近乎实时的定性或定量数据。优选地，探针与异于扩增引物序列的所扩增材料的序列杂交。

然而可选地，该过程可以通过操纵温度或通过使模板与扩增引物物理地分开而分成若干扩增步骤。当称本发明的方法为两步骤方法时，使用这样的方法，其中扩增(和任选地纯化)及检测在所用装置的不同单元、模块或腔室中进行。通常，本发明的两步骤方法将在包含扩增模块的装置中进行，其中所述的装置包括在其中进行扩增的扩增模块及包含传感器(芯片)表面的温育室(图2)。任选地，该装置包含其中纯化游离引物的第三模块。

根据本发明的具体实施方案，在(第一)扩增前，样品用RNA和/或DNA提取步骤进行预处理。合适方案在分子克隆方面的参考手册(例如Sambrook等1989)中描述。几个类型的DNA或RNA提取试剂盒是市售的(Pharmacia，Dynal，Waters)。这些提取方法(一般利用磁性粒子)除去干扰性化合物，如多糖和多酚。

也可以使用简单的提取方法，其中提取了以数千个拷贝存在于单个细胞中的rRNA(Kohne等1984)在Thornsberry等(编辑)：Legionella：Proceedings of the 2nd International Symposium，Washington D.C.，AmericanSociety for Microbiology，107-108)。某种预处理的使用取决于如样品复杂度和浓度之类的参数。

在又一个任选步骤中，最初使用磁性粒子所提取的核酸可以直接用于由磁传感器芯片进行的检测，以确定原材料在预扩增步骤中的量。

根据本发明实施方案，本发明的方法可以包括使用磁传感器的检测步骤。根据本发明方法的具体实施方案，生物分子用于将扩增的核酸与传感器表面结合。检测步骤在扩增过程期间进行至少一次，并且还任选地在扩增过程结束时进行。在连续扩增过程中，检测可以在扩增过程期间的某些时间点上进行。在分步扩增过程如PCR中，检测步骤一般在延伸步骤后进行。检测步骤可以在扩增过程的每个扩增循环后进行。在需要定量测定的某些实施方案中，检测步骤在PCR反应的指数期阶段进行，通常在约第15循环至约第25循环之间。

用于使扩增子与传感器或与允许所述传感器检测的分子结合的生物分子或第一捕获部分可以是蛋白质、核酸，还可以是其它的生物化合物如糖类或维生素(例如生物素)。

根据本发明的具体实施方案，扩增子与传感器表面直接连接或通过传感器探针或第二捕获部分间接连接，其中所述的传感器探针或第二捕获部分是对扩增子具有特异性的寡核苷酸。任选地，这种传感器探针共价地与传感器表面连接。

本文所定义的全部类型探针(包括传感器探针或杂交探针)也可以与其它分子(如蛋白质或有机分子)连接，或直接与寡核苷酸连接或通过与磁性粒子(其与寡核苷酸结合)连接而与寡核苷酸连接。对于某些应用，构思了可切割接头(例如可由还原剂切割的化学接头，或可以酶方式切割的蛋白质或DNA片段)。确保本发明中所构思的生物分子之间结合的生物学相互作用例如是DNA/DNA结合、DNA/RNA结合、抗原-抗体结合、配体-受体结合、底物-酶结合、抑制物-酶结合、亲和结合(例如生物素-(链霉)抗亲和素、Zinc-His-Tag、GST-GST结合蛋白等)。

根据一个实施方案，在传感器例如(抗体(一种特异性吸引蛋白))的表面或聚合物表面等上固定作为捕获分子发挥作用的生物分子。这些捕获分子例如通过与引物(传感器探针)结合的标签而特异性地结合扩增子。图1显示在第1项中可以与本发明一起使用的多种捕获方案。例如捕获分子16(如抗体)可以与包含磁场发生器12(例如埋置于基材14内的电流线(electricalcurrent wire))的传感器10的表面结合。捕获分子16可以共价地与该传感器表面结合。捕获分子16至少与磁场发生器12附近的该传感器表面结合。基材14可以是有机或无机基材，例如聚合物、半导体或玻璃基材。例如“生物芯片”基材。抗体16特异性地直接与结合扩增子18结合或通过一个标签与由扩增步骤产生的扩增子18结合，其中所述的标签与对扩增子18特异的探针连接。磁性或可磁化粒子20通过配体蛋白22或通过另一种方式例如直接与扩增子18结合(在扩增期间掺入)或通过杂交探针与扩增子18结合。

在本发明的可选实施方案中，传感器探针直接附着于所述传感器表面，这是传感器固定型配体，其中所述的配体实际上是与扩增子18的末端杂交的特异性寡核苷酸序列24，所述的扩增子18不与磁性粒子20连接，如图1，第2项所示。磁性或可磁化粒子20通过配体蛋白22或通过另一种方式例如直接与扩增子18结合(在扩增期间掺入)或通过杂交探针与扩增子18结合。

本发明中所用的磁性或可磁化粒子20的大小一般是10nm至5微米，即磁性或可磁化纳米粒子或微粒子。为了促进检测和能够以施加的磁场驱动粒子，磁性或可磁化粒子20的尺寸不应当太小。所述的尺寸也不应当太大，因为这可能导致非特异性结合和沉降。优选地，粒度是30nm至3微米，更优选60nm至1微米。粒子结构和形状可以是任何合适的结构和形状，例如单磁核、多磁核、球状、棒形等。磁性或可磁化粒子20还可以用(生物)聚合物涂敷，以增强稳定性并提供官能团用于连接如上所提及的生物分子。另外，可以添加促进磁性粒子检测的组分，例如在光学检测法情况下的发光材料。

根据发明待使用的传感器10检测或测量磁性微粒子或纳米粒子20在附近例如在100μm范围内、更优选在10μm范围内的存在。根据具体实施方案，传感器10对距离传感器表面1μm范围内的纳米粒子比距离传感器表面10μm的纳米粒子的灵敏度高十倍。传感器10可以是能够检测磁性粒子存在的任何合适的传感器(见前文)。优选地，传感器10是对附着于传感器表面的磁性标记物敏感的基于光或基于磁的传感器。此传感器可以任选地集成于芯片内。

在传感器表面或靠近传感器表面，优选地集成尽可能多的功能，如温度感知、加热和磁性粒子检测。冷却元件(例如Peltier元件)可以集成在该匣内或可以是读数仪的部分。当想要迅速加热和冷却时(例如PCR)，样品液体与加热器或冷却器元件的接触面积优选地是尽可能大的。

转移磁性粒子穿过溶液所需要的磁场或磁场梯度的强度取决于几个参数，例如粒子的磁化率和磁矩、粒子的均匀性和浓度、粒子-粒子相互作用(如簇集或链形成)的出现和介质中的流阻。磁场可以通过读数仪中、匣内和芯片上的磁场发生装置(电流线和磁性材料)组合而产生。在我们的系统中，将以如此方式选择这些参数以导致在测定时间期间粒子于生物学腔室内反复运输。

磁性粒子与另一元件(例如传感器表面)之间的生物学结合可以因粒子与所述其它元件之间产生力或力矩而被探测或破坏(例如见WO2005010527)。

磁标记的生物分子在反应混合物中导入(例如标记的引物和探针)和产生(例如标记的扩增子)，随后受到操作。在具体的实施方案中，通过施加磁场将所述磁标记的生物分子分散和/或混合在该混合物中。例如，在生物化学测定法中使用磁性粒子表面/本体循环，如最近已经在通过平面线圈进行粒子检测的免疫测定法中描述(Luxton等(2004)Anal.Chem.76，1715.)。

本发明包括用于在磁阻传感器上磁性粒子循环的额外方法和使本体及表面过程更有效的方法，例如使用如WO2005010527中所述的额外制剂或专用驱动方法。

与微粒子或纳米粒子的生物学相互作用可以导致解链曲线的陡度强烈增加和检测特异性增强，这可能归因于协同效应(cooperative effect)。

不同的装置和基材适于进行本发明的方法。装置可以具有溢流式(flow-over)或流通式(flow-through)设计。根据本发明实施方案，基材可以是平坦基材、具有表面结构的基材或多孔基材。例如在DE040286_EPP(2004年11月提交)中描述了流通式封装(flow-through package)。小心避免死角或不想要的再循环，例如获得平滑过度并避开带有陡角度的流边缘(flow edgeswith steep angle)。在采用洗涤溶液的洗涤步骤情况下，腔室的设计优选地确保在传感器表面上的巨大更新速率，例如通过在传感器位置处缩小流深度(flow depth)。匣优选地由具备生物材料的低非特异性结合作用的材料制成，以便避免靶材料和/或靶试剂在匣壁上的损失。

图2说明了一个使用扩增30、纯化32和检测34单元串列布局的本发明实施方案。扩增过程与传感器检测步骤分隔。避免游离引物与特异性配体之间在传感器表面处不想要的相互作用，并且根据需要在例如由二氧化硅材料组成的纯化模块32中除去在扩增过程后仍存在的游离引物和其它反应污染物。根据某些实施方案，使扩增腔室中的流体再循环，因而设计纯化模块以使扩增子通过并且维持扩增腔室中的全部其它材料(例如游离引物)。

图3A说明了本发明的一个实施方案，因而使用具备三个腔室30、32、34的单一装置，其中每个转换由受控阀门系统隔离，以使溶液受控和适时地进入下一腔室。这三个腔室30-34和传感器芯片10实现的功能与如图2中绘制的结构中模块30-34及传感器芯片10相似，但是在此处，流体可以在腔室30-34之间往复传输。

在又一个优选的实施方案中，加工和检测装置如图3B中所示，即扩增和检测或测量在单一装置36内、优选在传感器芯片10附近的单一腔室中进行，这允许直接检测所形成的扩增子。更具体地，该装置包含热稳定传感器表面，优选地具有与之连接的固定配体，并具有在变化的温度(例如PCR)或当所用扩增方法需要时在恒定温度(例如NASBA)进行扩增方案的能力。此外，该装置适于除去竞争性游离引物(若存在)，以避免如在引物-引物复合体中出现的非特异性相互作用并适于考虑所用磁性粒子的专有特征。

如图4中示意性地显示，本发明包括用于在磁性粒子传感器上磁性粒子循环的额外方法和使得本体及表面过程更高效的方法，例如使用如WO2005010527中所述的额外试剂或专用驱动方法。

在本发明的范围中包括对所述加工和检测装置的变化。具体而言，其它可能的装置几何学包括对传感器表面使用高表面积材料或多孔材料。此外可以使用侧流式或流通式构造。

本发明适用于多种应用。非限制性的应用列表例如是检测微生物(食品腐败与中毒和在农业-食品-环境领域中检测编码毒素的基因；评估作物和果实中的活跃基因(‘基因组’研究中的mRNA)(品质指示物)；检测GMO(食品安全及鉴定)；评估掺杂/欺诈(确定外源DNA)；检测变应性产品/污染物；检测带来环境后果的微生物，例如MRSA、军团菌属(legionella)、李斯特菌属(listeria)；鉴定细胞培养物中的微生物。在临床诊断中的应用例如是：检测与败血症、脑膜炎、呼吸道疾病、结核病、肝炎、AIDS等相关的微生物；鉴定细胞培养物中的微生物，例如与上述疾病相关的微生物。

本发明现在将用以下实施例说明。

实施例1：使用无磁性标记物的扩增引物的PCR扩增

在任选的核酸提取步骤后，在以上提及的任何加工和检测装置内根据PCR方案用两条特异性扩增引物在溶液中进行核酸的扩增。扩增过程产生扩增子18，其中扩增子18的一条链与共价结合至磁性纳米粒子或微粒子20表面的杂交探针杂交。扩增子18的这条链的另一个部分与附着于传感器芯片表面的另一互补探针即传感器探针杂交。这种附着可以是共价的。在杂交探针及传感器探针与延伸链范围内不互补于扩增过程中所用扩增引物的核酸序列杂交时获得最小干扰。在本实施例中，在重复顺序(循环)中的特定点上间歇地测量附着于传感器的微粒子或纳米粒子的浓度。

以下三个步骤描述了常规PCR循环：

将模板双链DNA加热以解离成单条链，一般在90-99℃之间(变性)。

将温度降低以使得引物与游离链复性，根据扩增引物的引物长度和序列，一般在45-65之间(复性)。

将温度升高，一般至72℃。沿模板链延长引物(延伸)。

为检测及测量扩增的核酸(例如DNA，RNA)，进行以下步骤：

在DNA扩增结束时，升高温度以解离双链DNA。

使用例如因磁场梯度所致的磁力从本体溶液将带有磁性微粒子或纳米粒子的杂交探针吸引向传感器表面，其中所述的磁场梯度由集成的磁场发生器12和/或基材外部的磁场发生器产生。与杂交探针和检测探针互补的DNA链(通过杂交)夹在这些探针之间。因此，该DNA链固定至传感器的表面并以磁性粒子标记。

未结合的杂交探针顺序因施加磁力例如因具有恰当斜度的磁场和/或磁场梯度而从传感器表面弹回，不过，最大力量是这样的，以至于它不破坏链-杂交探针-传感器探针复合体中的DNA-DNA杂交体。常用值在pN范围，而在nN范围内的力会破坏特异性结合(如WO2005010527中描述)。

测量了附着于杂交探针的磁性粒子的磁场强度，使该值与PCR扩增中形成的扩增子的量联系。此方法允许近乎实时的PCR检测。在最常使用的形式中，实时PCR使用溶解在流体本体中的报道分子(例如分子信标)检测本体核酸扩增过程。使用扫描流体体积或对流体体积成像的光学检测系统，检测光学报道分子的状态。基于体积的检测技术的一个劣势是检测限相当高。因此，核酸扩增过程需要运行更多循环以得到可检测的信号。基于表面的检测技术原则上可以达到比基于体积的检测技术更低的检测限，不过需要将特定分子材料从某个体积向表面浓缩，其因缓慢的扩散过程而是费时的。因此，有利的是使用分子材料的磁标记法，从而可以将这种特定材料向感知表面吸引。

在测量步骤后，可以任选地再度升高温度以解离探针扩增子链的相互作用。通过倒转磁场梯度而将纳米粒子再次分布在本体溶液中，此后所述纳米粒子因施加的磁力驱动而再次参与生物化学反应。在该点上，将样品变性并准备好进入下一轮扩增循环。

图5显示作为时间的函数的传感器信号的曲线图。

对于本领域技术人员而言，显而易见可以修改上述过程中的具体步骤。例如，检测步骤在每个扩增步骤后进行，或者，检测步骤以较低频率进行或仅在无检测步骤的初始PCR循环数已经进行之后才进行。此外，在每个检测步骤后，可以进行测量以除去全部附着的磁性粒子；或者，附着的磁性粒子可以留在表面上而未附着的粒子可以再分布于本体溶液中以再次参与生物化学反应。

以上过程称作‘磁性粒子及温度循环’，因为磁性粒子和温度均得以循环。这使微粒子或纳米粒子高效参与本体过程以及表面过程。在该实施方案中，扩增子的形成和产生发生在本体溶液中，而粒子检测在传感器表面上进行。这是间歇检测的一种形式，各测量之间的时间等于PCR流程的循环时间。通过减少PCR循环时间，对扩增过程近乎实时的定位变得更精确。目前，现有技术的微型化扩增法每个循环需要15-30秒。

通过向所述过程添加用于比较的内标(即已知量的参考模板和专用引物)，可以使这种近乎实时的扩增法定量。优选地，传感器表面上的一个独立点或(统计学上随机化的)诸点专用于该内标。通过记录扩增效率(例如每个间隔时间的量)，可以计算未知模板DNA的初始量。

在更优选的设置中，在这样的体系中进行检测，其中杂交引物对微粒子或纳米粒子的量具有低的扩增子覆盖率，即平均每个纳米粒子小于一个扩增子。这确保每个微粒子或纳米粒子具有多于一个扩增子的概率极低并且确保微粒子或纳米粒子在传感器上的数目可以定量及精确地转变成原始样品中的靶浓度。

根据本发明，多路复用也可以通过获得具有不同捕获分子的传感器10的阵列而进行。在一些情况下，可以使用相同的引物，在其它情况下，将需要不同的引物。

除了传感器多路复用外，标记物多路复用也可能是重要的，例如用于比较测定法，用于添加对照和用于进一步并行化。标记物多路复用涉及这样的事实，即可以在一个测定法中区分不同类型的标记物。使用基于粒子的标记物的优势在于容易并入标记物多路复用，原因是可以赋予各标记物不同特性。相对于分子标记物，使用纳米粒子或微粒子标记物的优势是可以添加或掺入组分至所述标记物中，这为标记物多路复用提供多种可能。例如在光学检测的情况下，标记物多路复用可以通过使用具有不同光学特性的磁性标记物实现。可以通过本领域已知的几种方式实现赋予磁性标记物不同特性，例如通过向磁性标记物添加具有不同光谱特征(如发光特性、折射特性、吸收特性、拉曼特性、散射特性、磷光特性等)的染料。

实施例2：使用带磁性标记物的扩增引物的PCR扩增

在任选的核酸提取步骤后，根据PCR方案用扩增引物进行核酸的扩增，其中所述的扩增引物之一共价地偶联于磁性粒子而另一条未进行磁标记。本实施例在图6中示意性地说明。扩增过程导致延伸链中的一条链经附着的引物而标记到磁性微粒子或纳米粒子。

在本实施例中，在重复顺序(循环)中的特定点上间歇地测量附着于传感器10的微粒子或纳米粒子的浓度。

描述优选设计和流程的步骤以及根据本实施方案所示的额外选项与对于实施例1中的流程所述内容基本上相同，不过除扩增引物之外，仅必需一种与传感器芯片表面共价连接的额外探针(传感器探针)。这种传感器探针可以包含与扩增引物寡核苷酸相同的序列或可以与扩增引物寡核苷酸的序列重叠，如图6中所示。或者，该传感器探针杂交至所扩增DNA中这样的序列，其不同于与扩增引物结合的序列。

作为上文可选项，在检测步骤期间与传感器结合的磁性粒子的浓度关联于原始靶浓度。换而言之，对于给定的测定时间和检测过程时间，通过与所形成扩增子链结合而存在于传感器上的粒子的浓度表示原始靶浓度。测量所形成扩增子的量的另一种方式是检测在特定测定时间仍留下的扩增引物的量。若结合粒子的扩增引物是本方法的目标，则结合的粒子的浓度将在扩增过程期间所形成的扩增子的浓度升高时下降。此处，给出此类测定法的一个实例：

一种类型的扩增引物共价地偶联于磁性粒子。在传感器上固定已经选出以与这种扩增引物结合的探针。因此最初，具有这种共价偶联的扩增引物的粒子可以高结合速率与传感器结合。随扩增过程进行，更多的结合粒子的扩增引物将延伸成全长的扩增子。因此，粒子与传感器结合的概率下降，这因粒子上可用的扩增引物的数目较低引起或因与粒子结合的扩增子的空间位阻引起。

实施例3：本发明的微阵列应用

在以上实施例中描述的方法实现通过磁场循环及在一些情况下通过温度循环检测所扩增的遗传材料。任何的这些方法极佳地适于应用在微阵列应用中。固定在阵列的传感器表面上的探针与来自样品溶液的(在这种情况下附着于磁性纳米粒子的)扩增子之间的相互作用强度大致正比例于探针与扩增子之间的互补性程度。通过遍及该阵列施加不同力(例如取决于阵列位置的不同磁力)或通过变换作为时间的函数所述力，鉴定到多种类型的阵列次级点(array sub-spot)，例如从使已结合的扩增子和磁性纳米粒子在微小力量(例如非特异性杂交或高度简并性杂交)上松脱的点直到具有在探针与扩增子间极强结合作用(例如高度互补性)的点。在后一情况下，磁信号因固定在这些特殊点上的磁性粒子而仍是可记录的。

在其中特异性探针固定在传感器表面的极小和分立的部分上的微阵列设置中，特定探针与附着或结合有特异性互补扩增子/配体的标记磁性粒子之间的碰撞概率极小。具有垂直于传感器表面的速度分量的磁力循环将增加特异结合的配对物(即表面探针与扩增子/配体标记的磁性粒子)在传感器表面上微小体积中的浓度。然而，平行于传感器表面的粒子的运动(也因为该磁场)受到限制。因此，对于产生可测量结果所需要的扩增过程而言，特异结合的配对物的相互作用是微阵列设置中的低效率过程。

为克服这个缺点，提出该微阵列模式的另一个实施方案，其中间歇地或以与垂直组分协同的方式对平行于传感器表面的组分施加磁力和速度，以使粒子水平并紧贴于传感器表面上方移动，以进一步增加碰撞性接触。

除调整温度以影响结合效率外，可以使用磁场驱动来产生额外的值以细分在特定温度的相互作用。这可以实现对核酸序列的SNP或其它变化的检测，从而可以在无序列分析情况下检测出基因差异(注意：序列分析可以用作证实试验)。这也可以实现通过参考在微阵列实验中所研究的特定生理参数而更灵敏及更精确地描述上调和下调的基因，即数目较少的关键基因。这还可以实现更精确地鉴定微生物、病原体或其它生物材料。

Claims

1.一种用于监测生物分子上的酶促过程的方法，该方法包括：

-提供具有表面的传感器装置，

-在所述酶促过程期间和在将所述可磁化物体或磁性物体吸引至所述传感器表面后，至少一次测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中测量可磁化物体或磁性物体的量进行多于一次，并且其中所述方法还包括：

-监测作为时间的函数的附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用第一捕获部分涂敷所述的可磁化物体或磁性物体，并使用第二捕获部分涂敷所述的传感器表面，所述的第一捕获部分和第二捕获部分是相互不同的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述的第一捕获部分与所述的生物分子的第一部分相适合，并且所述的第二捕获部分与所述的生物分子的第二部分相适合，所述的第一部分与第二部分是不同的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中通过磁检测法、光学检测法、声学检测法或电检测法测量附着的可磁化物体或磁性物体的量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中借助磁力顺序将可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面和从该传感器表面撤离。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的酶促过程是RNA或DNA核酸扩增过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的扩增过程包括使用一种或多种扩增引物扩增RNA或DNA核酸并确定所扩增的RNA或DNA核酸的量或参与扩增过程的试剂的量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中通过等温方法扩增所述的RNA或DNA。

10.根据权利要求8所述的方法，其中通过热循环方法扩增所述的RNA或DNA。

11.根据权利要求8所述的方法，其中使用磁标记的杂交探针检测所扩增的RNA或DNA。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括具有垂直于所述传感器表面的速度分量的磁力循环。

13.一种用于监测生物分子上的酶促过程的系统，所述系统包括：

-用于使酶促过程发生的反应室，该反应室与可磁化物体或磁性物体一起使用，

-具有表面的传感器装置，

-用于在所述酶促过程期间和存在可磁化物体或磁性物体时顺序将可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面和从该传感器表面撤离的构件，和

-用于在将所述可磁化物体或磁性物体吸引至传感器表面后通过使用传感器元件至少一次测量附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量的构件。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括：

-用于监测作为时间的函数的附着于所述传感器表面的可磁化物体或磁性物体的量的构件。