CN102187222B - 用于确定磁性标记的靶成分的量的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定样品中靶成分(2)的量的方法和设备(100)，其中磁性粒子(2)在取决于该靶成分的样品量的动力学下可以结合至接触表面(4)。该方法包括在其期间磁性粒子(2)从该接触表面(4)被磁性移走的至少两个冲洗步骤，以及对该接触表面(4)上的磁性粒子(2)剩余量的相应测量。在该样品中的靶成分的量是从至少一个这种测量结果中估计的。该测量也允许确定高浓度的靶成分，其中该传感器表面(4)对于该靶成分处于稳态饱和。

Description

用于确定磁性标记的靶成分的量的方法和设备

本发明涉及一种用于确定样品中靶成分的量的方法，其中磁性粒子在取决于该靶成分的样品量的动力学下可以特异性结合至接触表面。此外，它涉及用于执行这种方法的传感器设备和相关计算机程序。

WO 2008/102218 A1公开了一种用于感测磁性粒子的传感器设备，其中该粒子在脉冲磁场的帮助下移动，以减少粒子聚集的数量。当确定与结合表面结合的磁性粒子的数量时，未结合磁性粒子在该脉冲磁场的帮助下被移除。

WO 2006/134569 A2公开了一种利用其可以检测与表面结合的磁性粒子的生物传感器。为了区分特异性结合和非特异性结合的粒子，该检测可以在重复的磁性冲洗循环期间完成。从得到的检测数据的斜率或者在终点测量中可以确定靶浓度。

WO 2005/111615 A1公开了一种在其中磁性粒子被反复拉向反应表面的检测器系统。在中间时间处确定该粒子在电线圈中感应的信号，在所述中间时间期间磁场是关闭的，并且从这些测量结果的时间进程来确定靶浓度。

WO 03/049530 A2公开了一种磁性粒子在流体流中被冲洗的方法。该粒子可通过磁场固定在流动室的壁上。

WO 02/29411 A2公开了一种磁性珠子被耦合至化学或者生物制剂的程序，经由该化学或者生物制剂磁性珠子可以进一步结合至胶体粒子。然后该磁性珠子被拉向表面的不同位置，从该位置不具有胶体粒子的磁性珠子被释放。这一程序可以重复多次。

WO 2009/007797 A1公开了一种具有多个磁场发生器的生物传感器设备，通过该磁场发生器可以控制可移动样本载体的正确放置。其中提到可以利用载体进行动力学和终点测量。

US 6991938 B1公开的方法连续监视样品中靶物质与表面的结合，并将其与该样品中所述靶物质的量相关。然而这一方法的问题在于测量常常受到靶物质的非特异性结合部分的影响。

基于这一背景，本发明的目的在于提供一种用于可靠地确定样品中靶成分的量的方法。

这一目的通过根据权利要求1的方法，根据权利要求12的传感器设备，根据权利要求13的计算机程序，以及根据权利要求14的使用来实现。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明的方法用于样品中靶成分的量的确定，其中磁性粒子可以特异性地结合至填充有样品的样品室的接触表面，并且其中所述结合在取决于靶成分的样品量的动力学下发生。所寻求的靶成分的量在以下将简称为“样品量”。其典型地按照浓度，例如单位体积的质量或者单位体积的粒子数进行测量。“靶成分”例如可以包括如生物分子、复合物、细胞片段或者细胞的生物物质。

术语“磁性粒子”应表示被磁化或者可磁化的粒子(分子、复合物、纳米粒子、微粒子，等等)，例如超顺磁性珠子。该磁性粒子通常将用作针对感兴趣靶成分的标记并与其化学结合。

“样品室”典型地是空腔，或者填充有一些诸如可吸收样品物质的凝胶体的物质的腔体；它可是开放的腔体，封闭的腔体、或者通过流体连接通道与其他腔体连接的腔体。样品室的壁的一部分是磁性粒子可以特异性结合的“接触表面”。典型地，该接触表面将在一端覆盖着该磁性粒子(包括相应抗原)可以特异性结合的结合位点(例如，抗体)。

该方法包括以下步骤：

a)至少两个“冲洗步骤”，其中将磁力施加于该接触表面的磁性粒子从而使未结合的磁性粒子从该接触表面被移走。虽然通常将该移动定向为垂直地远离该接触表面，但是它也可包括横向分量或者甚至(至少中间的)对该表面的接近。具体地通过在该接触表面产生定向为远离该表面的非零梯度的磁场来施加适当的磁力。该磁力任选可以是足够大的，以同时将结合的但是不是特异性结合(例如不是经由与特异性结合位点的杂交而只经由较弱的力)的磁性粒子从该接触表面移除。冲洗步骤的至少两次执行由其中没有发生磁性粒子的移除将等价于一次冲洗的(非零)时间间隔分隔。

b)至少两个“测量步骤”(它们中的每一个与前述冲洗步骤的另外的一个相关联)，其中在相关联的冲洗步骤期间测量该接触表面上的磁性粒子的总量。应该注意的是，“磁性粒子的总量”包括特异性结合的磁性粒子以及非特异性结合和未结合的粒子。此外，测量的持续时间与冲洗步骤的持续时间无关。因此，在冲洗步骤“期间”的测量典型地意味着在冲洗步骤的间隔中的任意时间点处的瞬时测量，其中这一间隔也应定义为包括在磁性粒子的主动移除已经结束之后的瞬间。

进一步应该注意的是，可以磁性地测量磁性粒子的量，也即，经由对它们磁性的检测，或者经由任意其他适当方法，例如对附着于该磁性粒子的荧光标记的检测。

c)“估计步骤”，其中在测量步骤的测量结果的帮助下估计期望的靶成分的样品量。

所描述的方法具有的优点在于其允许根据接触表面处的测量确定样品中靶成分的量(“样品量”)，其中该测量可以在磁性粒子与接触表面结合的进行过程期间执行。这是归因于这样的事实，使用未结合磁性粒子的磁性冲洗，其提供了精确的测量而不需要样品的交换。该方法是很快速的，因为其不必等到到达稳定状态(可能非常慢)。此外，该方法通过允许确定靶成分的高样品量而提供了提高的动态范围，其中靶成分的高样品量导致了该接触表面处的结合达到稳态饱和，并且因而无法在稳定状态中可靠地确定。动态上限的这一扩展允许使用更大的磁性粒子，其继而改善了较低的灵敏度限制。

磁性粒子优选通过例如在冲洗步骤a)之前和/或之后由适当取向的磁场梯度产生的吸引磁力而吸引到接触表面上。以此方式，可以加速磁性粒子与接触表面的结合。磁性吸引的强度应该是已知的和/或被精确地控制，因为它影响了在非静止过程期间作出的测量步骤b)的结果。

在测量步骤b)中对接触表面的磁性粒子总量的测量优选在相关联的冲洗步骤a)结束时作出，以保证尽可能多的未结合磁性粒子从接触表面被移除。

冲洗步骤a)可重复几次，其中该冲洗步骤的执行由其中没有发生未结合磁性粒子移除的(非零)时间间隔分隔。典型地，中间时间间隔将用于粒子到接触表面的磁性吸引。应该注意的是，以上和以下说明的关于“冲洗步骤a)”的所有备注和修改也应用于这一步骤的所有重复。

虽然在本发明的前述实施例中执行了几次冲洗步骤a)，但是相关联的测量步骤b)可只执行两次，也即，针对该几次冲洗步骤中的两个单独的。优选地，测量步骤b)仍然针对冲洗步骤a)的所有执行来执行。应该注意的是，以上和以下说明的关于“测量步骤b)”的所有备注和修改也应用于这一步骤的所有重复。

通过该方法获得的至少两个测量结果优选通过将估计步骤c)基于在不同测量步骤b)中获得的多个测量结果来使用。这例如可以通过根据每个单个的测量估计靶成分的样品量的值，然后计算这些值的适当统计平均来完成。在另一方法中，在不同测量步骤中获得的多个测量结果可以用于将对样品量的估计基于测量结果的变化。因而例如可能计算测量结果的变化率(斜率)，该变化率与结合过程的动力学相关并因而也是所寻求的靶成分样品量的可靠指标。

可选地，对靶成分样品量的估计可基于在步骤b)中获得的单个测量结果，其在很多情形下是确定所述量的简单而快速的方法。

实际上，发现所描述的将对靶成分样品量的估计基于(i)测量结果的变化(也即，基于动力学)，或者(ii)单个测量结果的可选变型在针对不同的靶成分样品量时实现其最高的精确度。当给出了针对预期靶成分样品量的值时，这可以被使用来自动选择最适合的方法变型，也即将该估计基于若干测量结果的变化，或者基于单个测量结果，或者两种方法的组合。在已结合磁性粒子的量随着靶成分样品量而增加的测定中(例如，在夹心式测定中)，对于高的预期样品量值将典型地优选第一变型，而对于较低的值优选第二变型。对于例如其中的靶成分的低样品量对应于已结合磁性粒子的高量并反之亦然的抑制测定，则适用相反的规则。一般情况下可以说对于具有快速结合和/或具有很多已结合磁性粒子的测定而言，优选基于动力学的测量，而对于具有缓慢结合和/或几乎没有已结合磁性粒子的测定而言，适宜使用单个的测量。

前述的预期靶成分样品量可事先给出，例如经由可用的关于将被测试样品的另外信息。然而，优选基于在正在进行的测定期间获得的第一个测量结果来估计预期的靶成分样品量。因而该方法可以自适应并且自动选择最佳程序来处理完全未知靶成分内容的样品。

根据本发明，基于已经执行的冲洗步骤和测量步骤的测量结果来确定剩余冲洗步骤和测量步骤的定时(也即，开始、结束)。如果第一个测量结果指示靶成分的高样品量，那么例如可能安排针对动力学的确定的最佳测量步骤；如果它们指示靶成分的低样品量，那么可能最佳安排针对“终点测量”的单个的测量步骤。

磁性冲洗步骤a)可是如此以使得几乎所有的(也即，多于80％，优选多于90％)未与接触表面特异性结合的磁性粒子在这一步骤结束时从接触表面被移除。这可以通过应用适当的，例如足够高并且持续足够长的磁力而实现。然后在冲洗步骤结束时的测量将基本只包括特异性结合磁性粒子的量。

可选地，冲洗步骤a)可是如此以使得只有一小部分未特异性结合的磁性粒子在这一步骤期间从接触表面被移除。如果完整的冲洗将花费太多时间的话，特别是如果将执行允许确定测量结果变化的多个冲洗步骤的话，这种部分冲洗可以是优选的。

取决于靶成分的主要样品量以及磁性粒子的结合行为，可以较快地或者较慢地达到可用结合在接触表面处的饱和。冲洗步骤和相关联测量步骤的定时将优选考虑这一事实以避免太早(当没有足够的磁性粒子与接触表面结合时)或者太迟(当在接触表面已经达到饱和时)作出测量。这例如这可以在以下情况中实现：当至少一个冲洗步骤和相关联的测量步骤在i)达到表面饱和所需的预期总时间的给定的较低分数之后执行，和/或ii)在达到表面饱和所需的预期总时间的给定的较高分数之前执行。该较低分数例如可以对应于直到达到表面饱和的总时间的大约20％，而该较高分数对应于直到达到表面饱和的总时间的大约80％。如果在特殊样品中不可获得对达到表面饱和的预期总时间的估计，那么可以取全局有效的边界值。因而最后的测量步骤(“终点测量”)的定时典型地将取决于需要测量的靶成分的最低量，而更早的“中点测量”被定时以能够确定需要测量的靶成分的最高量。

估计步骤c)使用了这一事实：磁性粒子与接触表面的结合由取决于靶成分样品量的物理/化学定律操纵。因此，在中间冲洗步骤期间获得的测量结果与靶成分样品量可再现地相关，以允许从该测量中推断靶成分样品量。测量结果和需要进行估计的样品量之间的数学关系可从理论考量中导出。然而这一关系优选地根据校准程序来确定，所述校准程序是利用具有不同的已知靶成分样品量的测试样品执行的。以此方式获得的校准数据可以用作估计步骤的基础。它们例如可以作为查找表或者作为具有拟合参数的数学公式来提供。

本发明还涉及包括以下部件的传感器设备：

a)样品室，其中可以提供包括靶成分的样品和磁性粒子，该样品室具有磁性粒子可以特异性结合的接触表面。

b)磁性操纵器，其用于给该接触表面上的磁性粒子施加磁力，从而使未结合的磁性粒子从该接触表面被移走。该磁性操纵器例如可通过在该接触表面产生磁场梯度的电磁体实现。

c)传感器单元，其用于测量在该接触表面上的磁性粒子的总量。该传感器单元例如可以是光学、磁性、机械、声学、温度和/或电传感器单元。磁性传感器单元具体而言可以包括线圈、霍尔传感器、平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID(超导量子干涉设备)、磁共振传感器、磁致伸缩传感器、或者在WO2005/010543 A1或者WO2005/010542 A2中描述的磁阻传感器，尤其是GMR(巨磁电阻)、TMR(隧道磁电阻)、或者AMR(各向异性磁电阻)。光学传感器单元具体而言可适于检测由于感测表面上的粒子导致的受抑全内反射引起的输出光束的变化。其他光学、机械、声学、以及温度传感器的概念在WO 93/22678中描述，其通过引用并入本文。

d)控制单元，其与该磁性操纵器和传感器单元连接以用以上描述的方法类型来确定靶成分的样品量。这意味着控制单元适于

(i)执行至少两个冲洗步骤(通过使磁性操纵器给磁性粒子施加磁力以将未结合的磁性粒子从该接触表面移除)，

(ii)执行至少两个相关联的测量步骤(通过使传感器单元在冲洗步骤期间测量接触表面上的磁性粒子的总量)，

(iii)在前述测量结果的帮助下估计该靶成分的样品量。该控制单元可通过专用电子硬件、具有相关软件的数字数据处理硬件，或者两者的混合而实现。

传感器设备包括执行以上描述方法类型所需的部件。因而，参考前述描述以获得更多详细的信息、该设备的优点和改进。

所描述的方法典型地将在计算设备的帮助下实现，例如前述传感器设备的控制单元中的微处理器或者FPGA。因此，本发明还包括当在计算设备上执行时提供根据本发明任意方法的功能的计算机程序产品。

另外，本发明包括数据载体，例如软盘、硬盘、EPROM、或者光盘(CD-ROM)，该数据载体以机器可读形式存储计算机产品，并且当存储在该数据载体中的程序在计算设备上执行时数据载体执行至少一个本发明的方法。该数据载体具体而言可适合于存储先前段落中提及的计算设备的程序。

现今，这种软件通常在因特网或者公司内部网上提供用于下载，因而本发明也包括经过局域或者广域网络来传输根据本发明的计算机产品。

本发明进一步涉及以上描述的微电子设备在分子诊断、生物样品分析、或者化学样品分析、食物分析、和/或法医分析中的使用。分子诊断例如可在直接或者间接附接于靶分子的磁性粒子的帮助下完成。

通过参考以下描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。借助于附图通过示例方式描述这些实施例，其中：

图1-5示出了根据本发明方法的连续阶段；

图6示出了针对具有不同靶成分的量的两个示例性样品的测量信号随时间的进程；

图7示出了在三个磁性冲洗步骤下测量信号随时间的另一示例性进程；

图8图示了实验上确定的剂量响应曲线，其描述了在图7冲洗步骤期间的测量值与相关联的靶成分的样品量之间的关系；

图9图示了与基于中点测量相关联的和与基于斜率测量相关联的不同动态范围。

在图中相似的附图标记涉及相同或者类似的部件。

在很多生物测定中，期望很大的动态范围(也即，可以可靠确定的靶成分浓度范围)。以下例子图示了如何扩大基于磁性(纳米)粒子的测定的动态范围的解决方法。

磁性粒子或者珠子可以用作针对例如生物靶成分(原子、离子、生物分子、细胞、病毒、或者细胞或病毒的片断、组织提取物，等等)的标记以实现快速、灵敏且易于使用的分子诊断。在很多生物传感器设备中，磁性粒子在靶成分存在/缺乏的情况下结合至该传感器设备的接触表面，其中结合至该表面的磁性粒子的量取决于溶液中靶成分的浓度。

理想的是传感器设备能够灵敏地并且在很大的线性动态范围内，也即，在信号与浓度成比例的很大浓度范围内进行测量。然而，通常观察到的是动态范围是有限的。对于大于100nm的磁性粒子，线性范围例如典型地限制在大约1-2的量级。表面检测技术的动态范围以以下为界限：

-可以被检测到的磁性粒子(标记)的最低密度；

-可以结合到表面上的磁性粒子(标记)的最高密度(假设该表面上的多层标记不会产生信号的线性增强)。

使用更大的磁性粒子是有益的，因为这降低了可以检测到的粒子的最低密度；然而，由于归因于该粒子尺寸的阻碍，导致最高粒子密度也降低了。

例如，心肌肌钙蛋白的检测需要1pM量级的非常灵敏的测量，这意味着大磁性粒子(300-500nm直径)的使用。这是以很低的动态范围(2量级)为代价，因为信号在高浓度时饱和。为了满足临床的需求，需要能够测量至少三十的浓度。

一种扩大高浓度下的动态范围的方法是在原始样品的各种稀释物中实行几种确定。另一方法是在不同时间引入样品以改变培育时间(参考WO/2006/092036)。然而这些方法很麻烦，易出错，并且需要若干处理步骤。

必须要牢记的另一问题是测量通常也包含与已结合磁性粒子的浓度不成比例的部分，例如，与传感器表面非特异性结合的粒子或者来源于表面之上大量液体的信号。

为了解决以上问题，在此提出一种动力学测量和终点测量的结合，其将终点测量的灵敏性和动力学测量的扩大的动态范围相结合。这可以通过利用多冲洗步骤的测定方法来完成。这一方法将在以下更加详细地描述。

在传感器设备中，可以通过将在传感器区域之上包含靶成分(被分析物)的样品流体(微)流体地替换为不包含该靶成分的另一流体来执行冲洗步骤。这可是复杂的并且很难完成。此外，通常不可能再引入该样品流体来恢复允许进行动力学测量的反应。

使用磁性粒子的测定的独特特征在于执行磁性冲洗步骤的能力。在传感器表面附近但是没有结合的磁性粒子(并因而产生信号)可以通过使用指引该粒子从该表面离开的磁体而简单地被移除。此外，通过调整磁力，也可以移除由非特异性弱结合而被结合的粒子，同时维持特异性结合粒子的完好。这种磁性冲洗步骤可以十分快速并在一秒之内完成。此外，不需要将样品流体从样品室/传感器区域移除。在冲洗步骤之后，可以确定由特异性结合粒子产生的信号并且可以简单地恢复反应。以这种方式，在单一测定中可以多次确定特异性结合粒子的量。

图1-5图示了磁性传感器设备100的以上观念。该磁性传感器设备100包括样品室1，其中可以提供包括靶成分的流体样品和磁性粒子2。该样品室1在底部由承载着可以与磁性粒子2特异性结合的结合位点3的接触表面4界定。接触表面4可是衬底的表面，例如植入了微电子电路的硅衬底，或者在光学测量的情况下是玻璃衬底。通常，磁性粒子2用于作为人们实际上感兴趣的一些靶成分的标记。为了简单起见，以下将假设磁性粒子2同时就是感兴趣的靶成分。应该注意的是，在一些测定中存在磁性粒子不能结合至接触表面4，例如由于它们之前没有与靶分子结合；以下将只确定样品中可以结合的磁性粒子的量。

在样品室1之下和之上分别设置有吸引磁体11和排斥磁体12。当吸引磁体11被激活时，它产生将磁性粒子2吸引至接触表面4的磁场梯度B。

在接触表面4之下的磁性传感器单元10感测在接触表面处的磁性粒子2的量。这一感测可通过任意适当器件例如光学地或者磁性地实现。控制单元13与传感器单元10和磁体11、12连接以控制它们的激活并读取传感器信号s。传感器信号s的典型时间进程在控制单元13方框上的图表中图示。

图1示出了通过用样品填充样品室1而刚好将磁性粒子2带入样品室1的情形。粒子2通过激活的吸引磁体11而被吸引至接触表面4。由于在接触表面4上仍没有磁性粒子2，因此相应的传感器信号s具有一较低的值。

在图2中，第一磁性粒子2已经到达接触表面4。该传感器信号s相应地增强。

在图3中，吸引磁体11已经被关闭而排斥磁体12已经被替代地开启。这产生了将磁性粒子2从接触表面4拉离的磁场梯度。因而实现了将非特异性结合的磁性粒子2从接触表面4移除的冲洗步骤。因此，传感器信号s下降直到其到达一个与特异性结合磁性粒子的量相应的值。在测量步骤中，控制单元13可以采样并存储由传感器10提供的相应测量值。

在图4中，冲洗步骤已经结束，并且吸引磁体11已经被再次激活以将磁性粒子拉至接触表面4。随着磁性粒子2到达接触表面，传感器信号s相应地增强。

图5示出了在重复几次磁性冲洗和测量步骤(图3)以及中间吸引步骤(图4)之后的情形。在冲洗期间的传感器信号s以振荡方式增强直到其最终接近稳定状态水平。根据在冲洗步骤结束时获得的一个或者若干测量结果，可以估计样品室1之内磁性粒子的样品量。以下将更加详细地说明做到这一点的不同方式。

在第一实施例中，旨在提供用磁性粒子标记的靶成分与接触表面4的有效结合的吸引驱动被一个或多个磁性冲洗步骤中断，并可能与传感器信号s的分别读出步骤相结合。图6示出了分别针对零靶成分浓度(灰色曲线“0pM”)和100pM靶成分浓度(纯黑曲线“100pM”)的传感器信号s的相应图表。此处的信号s如此定义以使得0％对应于接触表面上没有磁性粒子。

在没有靶成分时，在所引入的冲洗步骤期间传感器信号返回至0，因为不与靶分子结合的磁性粒子不能与接触表面结合。在存在100pM的靶成分时，在冲洗步骤期间可以观察到信号随时间的变化。从该图表中很明显的是在冲洗步骤期间很多未结合以及非特异性结合的粒子被移除。即使没有靶成分，接触表面很快就填充有在冲洗步骤期间被移除的非结合珠子。

在每个冲洗步骤中，可以作出“中点测量”并与(已知的)靶成分样品量相关。以此方式，针对每个这些“中点测量”可以绘出剂量-响应曲线(靶成分浓度-信号)。

图7和8针对示例性的靶成分肌钙蛋白更加详细地将其示出。图7描述了对于具有500pM肌钙蛋白的样品并对于三个冲洗与测量步骤W1、W2和W3的测量曲线。图8示出了从多个这种测量中针对两个中点测量W1、W2和终点测量W3(应该注意的是，术语“中点测量”表示其随后是磁性粒子的进一步结合的冲洗步骤期间的测量，而“终点测量”仅仅是测定的最后测量)获得的相应剂量-响应曲线。

对于导致信号缓慢演化的靶成分浓度，可以使用更迟的中点测量。对于使接触表面4(在冲洗步骤期间)快速饱和的靶成分浓度，可以使用更早的中点测量。这导致测定具有更大的动态范围。

在与第一实施例类似的第二实施例中，在表面结合期间引入多个冲洗步骤。然而，替代于针对某个传感器响应使用单一的中点和/或终点测量，在冲洗步骤之后的信号相对于时间变化的斜率可以被用于作为针对动力学的度量，并因而的存在于样品中的靶成分的量的度量。这一方法可以容易地与所描述的中点/终点测量相结合。对于在测定结束时使信号饱和的靶成分浓度，可以使用该测定的动力学/斜率，然而对于不使传感器饱和的浓度，可以使用终点测量，从而允许测定具有灵敏的测量和较广的动态范围两者。

应该注意的是，以上提及的实施例可以进行组合。图9示出了在这方面的一示例，其中在一个测定中针对具有不同靶成分肌钙蛋白浓度C的测试样品使用动力学(也即，斜率ds/dt)和终点信号(s)两者作为两个单独的测量。如可以容易观察到的，终点测量(用菱形和左边的轴表示)线性覆盖了较低的浓度C范围，而基于斜率的测量(用正方形和右边的轴表示)覆盖更高的浓度范围。从而每种测量类型的动态范围是完全不同的，改善了整个测定的动态范围。这并不限于动力学测量与终点测量的组合，而是一个或多个动力学测量与一个或多个中点测量及终点测量的任意组合原则上是可能的。

可以通过在控制单元13中运行的软件来自动做出区分哪一个测量用于器械(其中某个信号或者斜率必须被转化为在样品中存在的靶成分的未知量)的最终读出。例如对于图9中的实验，如果终点测量得到超出某个值的信号，那么可以使用动力学测量。或者反之亦然，如果斜率低于某个值，那么可以使用终点测量。优选可以在对未知样品的测定开始期间“在线”做出这种选择。例如，如果第一动力学或者终点测量指示高的肌钙蛋白值，从而该测定可以在一分钟而不是五分钟内完成。

使用驱动磁性粒子的电磁线圈为磁性粒子的操纵提供了极好的控制。磁性粒子可以结合至表面的速率以及因此信号演化的速率可以通过磁性线圈的操作方式来控制。换言之，结合速率可以适于个别测定的特定需要。这继而意味着借助于驱动可以调整测定的动态范围。这对于终点、中点和动力学测量皆是如此。此外，通过在一个测定之内针对不同类型的测量使用不同的驱动协议，可以(半)独立地调整每种测量类型的动态范围。例如，可以修整两种测量类型的动态范围从而它们(些微)重叠，使得该测定具有很大的整体动态范围。

虽然以上参考具体实施例描述了本发明，但是各种修改和扩展都是可能的，例如：

-传感器单元可以是基于粒子的任意性质检测在传感器表面或者附近的磁性粒子存在的任意适当传感器，例如，它可以经由磁性方法、光学方法(例如，成像、荧光、化学发光、吸收、散射、渐逝场技术、表面等离子体共振、拉曼，等)、声波检测(例如，表面声波、体声波、悬臂、石英晶体，等)、电检测(例如，传导、阻抗、安培、氧化还原循环)，其组合等等来检测。

-磁性传感器单元例如可以是线圈、磁阻传感器、磁致伸缩传感器、霍尔传感器、平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID、磁共振传感器，等等。

-分子靶通常确定更大部分的浓度和/或存在，例如，细胞、病毒、或者细胞或病毒的片段、组织提取物，等等。

-除了分子测定，利用根据本发明的传感器设备也可以检测更大的部分，例如，细胞、病毒、或者细胞或病毒的片段、组织提取物，等等。

-该检测可以伴随有或者不具有关于传感器表面的传感器元件扫描。

-用作标记的粒子可以通过感测方法被直接检测。同样，该粒子在检测前可以被进一步处理。进一步处理的例子是可以添加材料，或者修改该标记的(生物)化学或者物理性质以便于检测。

-该设备和方法可以用于几种生化测定类型，例如，结合/非结合测定、夹心式测定、竞争测定、置换测定、酶测定，等等。其尤其适于DNA检测，因为大型多路传输是很有可能的，并且不同寡核苷酸可以经由喷墨印刷在基底上形成斑点。

-该设备和方法适合于传感器多路传输(也即，不同传感器和传感器表面的并行使用)、标记多路传输(也即，不同类型标记的并行使用)以及腔室多路传输(也即，不同反应室的并行使用)。

-该设备和方法可以用作针对小样品体积的快速、鲁棒性和易于使用的照护点(point-of-care)生物传感器。该反应室可以是与紧凑读取器一起使用的一次性物品，包含一个或多个场发生器件和一个或多个检测器件。同样，本发明的设备、方法和系统可以在自动高处理量测试中使用。在这种情况下，反应室例如是安装在自动器械中的多孔板或者试管。

-纳米粒子是具有至少一个在3nm和5000nm之间，优选在10nm和3000nm之间，更优选在50nm和1000nm之间范围的尺寸。

最后指出，在本申请中，术语“包括”不排除其它元件或者步骤，“一”或者“一个”不排除多个，并且单独的处理器或者其它单元可实现若干器件的功能。本发明在于各个和每一个新的特性特征，以及特性特征的各个和每一个的组合。此外，权利要求中的附图标记不应解释为限制它们的范围。

Claims (13)

1.一种用于确定样品中靶成分的量的方法，其中，磁性粒子（2）在取决于所述靶成分的样品量的动力学下特异性结合至填充有所述样品的样品室（1）的接触表面（4），所述方法包括以下步骤：

a）至少两个冲洗步骤，其中将磁力施加于所述磁性粒子（2）上从而使未结合的磁性粒子从所述接触表面（4）被移走；

b）至少两个相关联的测量步骤，其中在冲洗步骤a）期间测量所述接触表面（4）上的磁性粒子（2）的总量；

其中，基于已经执行的冲洗和测量步骤的测量结果来确定剩余冲洗和测量步骤的定时；

c）估计步骤，其中在所述测量步骤b）的测量结果中的至少一个的帮助下估计所述靶成分的样品量。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，在所述冲洗步骤之前和/或之后，所述磁性粒子（2）通过吸引磁力被吸引至所述接触表面（4）。

3.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述测量步骤在所述冲洗步骤结束时执行。

4.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述估计基于所述测量结果的变化。

5.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述估计基于单个测量步骤的测量结果。

6.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，根据靶成分的预期样品量，所述估计基于单个测量步骤的测量结果和/或基于若干测量结果的变化。

7.如权利要求6所述的方法，

其特征在于，基于至少一个早期测量结果来估计所述靶成分的预期样品量。

8.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，未特异性结合的磁性粒子（2）在冲洗步骤期间从所述接触表面（4）被移除。

9.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，一部分未特异性结合的所述磁性粒子（2）在冲洗步骤期间从所述接触表面（4）被移除。

10.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，至少一个冲洗步骤和相应的测量步骤在达到结合饱和所需的预期总时间的第一给定的分数之后执行，和/或在达到结合饱和所需的预期总时间的第二给定的分数之前执行，其中，所述第一给定的分数小于所述第二给定的分数。

11.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述估计步骤基于用测试样品获得的校准数据。

12.一种传感器设备（100），包括

a）样品室（1），其中可以提供包括靶成分的样品和磁性粒子（2），所述样品室具有接触表面（4），磁性粒子（2）在取决于所述靶成分的样品量的动力学下能够特异性结合到所述接触表面；

b）磁性操纵器（11，12），其用于给所述接触表面（4）上的磁性粒子（2）施加磁力，从而使未结合的磁性粒子从所述接触表面（4）被移走；

c）传感器单元（10），其用于测量在所述接触表面（4）上的磁性粒子（2）的总量；

d）控制单元（13），其与所述磁性操纵器（11，12）和所述传感器单元（10）连接以用根据权利要求1所述的方法来确定所述靶成分的样品量。

13.根据权利要求12所述的传感器设备在分子诊断、生物样品分析、或者化学样品分析中的使用。

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