CN102471051A - 基于磁性碳纳米管的生物检测 - Google Patents

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Abstract

本文提供一种新的混合材料系统mCNT，其包括用于生物和医学感测应用的磁性碳纳米管。在某些实施例中，所述系统包括位于碳纳米管CNT内部上的磁性材料。CNT内部的磁性粒子的量可以使得mCNT可对小的低成本便携式磁体作出反应。外部CNT表面保持原样以用于生物分子连接或其它官能化。利用这种新颖材料增强性能包括改良灵敏度、缩短反应时间和减小样品体积。根据各种实施例，mCNT是用于粘着参与这些分析的分子或作为主动感测元件的衬底。本文还提供在印刷电极上制造二维mCNT和CNT网络的方法。

Description

基于磁性碳纳米管的生物检测
相关申请案的交叉引用
本申请案根据35 USC.§119(e)主张2009年8月7日申请的美国临时专利申请案第61/232,242号的权益。本申请案是以引用的方式并入本文中。
技术领域
背景技术
基于单壁CNT森林平台的电化学免疫感测器与多标记二级抗体纳米管生物结合物已报道为高度灵敏检测平台。(辛(Xin)等人，“用于高度灵敏免疫检测癌症生物标记物的碳纳米管放大策略(Carbon Nanotube Amplification Strategies for Highly SensitiveImmunodetection of Cancer Biomarkers)”，美国化学会志(Journal of the AmericanChemical Society)2006128(34)，第11199-11205页，其以引用的方式并入本文中)。在这种情况下，SWNT森林以垂直束形式立于纳菲(Nafion)-氧化铁装饰导电性表面上。通过使用特点为以高HRP/Ab2比连接到多壁CNT的辣根过氧化酶(HRP)标记和二级抗体(Ab2)的生物结合物替换单一标记的二级抗体来实现灵敏度放大。由于CNT森林制造过程的复杂性，近年来报道了使用致密包装的AuNP的替代性平台。(维格施瓦兰·曼尼(Vigneshwaran Mani)等人，“使用金纳米粒子膜电极和多酶粒子放大的用于癌症生物标记物蛋白的超灵敏免疫感测器(Ultrasensitive Immunosensor for Cancer BiomarkerProteins Using Gold Nanoparticle Film Electrodes and Multienzyme-ParticleAmplification)”，美国化学学会纳米快报(ACS Nano Letters)，2009，3(3)，第585-594页，其以引用的方式并入本文中)。在研究中，将HRP标记连接到磁性珠粒表面上所产生的羧基以改良灵敏度和检测极限。HRP与Ab2生物结合后，通过使用磁体将珠粒固定于试管底部并洗涤以移除未反应的蛋白，容易将游离抗体和HRP与Ab2磁性珠粒-HRP分离。已开发用于医学应用的磁性粒子。因为磁性粒子具有其它材料中不存在的独特磁性特征，所以其可应用于特殊医学技术。参见例如J-W蔡(Choi，J-W)等人，“利用基于磁性珠粒的取样和分析能力的整合式微流生物化学检测系统(An integratedmicrofluidic biochemical detection system with magnetic bead-based sampling and analysiscapabilities).”电化学通讯(Electrochemistry Communications).2001，9，第1547-1552页和R.E.瑟尔温德(R.E.Thilwind)等人，“使用具有沟槽的大型磁阻感测器测量流体中的磁性纳米粒子浓度(Measurement of the concentration of magnetic nanoparticles in afluid using a giant magnetoresistance sensor with a trench).”磁学与磁性材料杂志(J.Magnetism and Magnetic Materials)，2008，320，第486-489页，两者都以引用的方式并入本文中。
通过使用磁性粒子来增强分离、免疫分析、磁共振成像(MRI)、药物递送和高热。近年来，菲利普(Philips)的Magnotech手持式技术说明了生物检测中用于实现医疗点诊断(point-of-care diagnostics)的磁性粒子的实例。Magnotech整合于插入手持式分析器中的一次性生物感测器圆筒中，使用磁性纳米粒子在仅数分钟内测量皮摩尔浓度的标靶分子。此外，所述技术通过简化射流洗涤步骤改良了使用简便性。尽管磁性珠粒已用于各种生物检测应用中，但其通常涉及复杂的表面官能化。表面涂层的一致性和稳定性可影响结合的毒性和稳固性。
发明内容
本文提供一种新的混合材料系统mCNT，其包括用于生物和医学感测应用的磁性碳纳米管。在某些实施例中，所述系统包括位于碳纳米管(CNT)内部上的磁性材料。CNT内部的磁性粒子的量可以使得mCNT可对小的低成本便携式磁体作出反应。外部CNT表面保持原样以用于生物分子连接或其它官能化。利用这种新颖材料增强性能包括改良灵敏度、缩短反应时间和减小样品体积。根据各种实施例，mCNT是用于粘着参与这些分析的分子或作为主动感测元件的衬底。本文还提供在印刷电极上制造二维mCNT和CNT网络的方法。
本发明的一方面涉及一种mCNT材料，其包括具有内部空腔和外表面的碳纳米管；安置于所述内部空腔中的磁性材料；和多个连接到所述外表面的捕捉剂。所述捕捉剂可为可结合于或者捕捉标靶的任何分子。捕捉剂可为有机或非有机捕捉剂，包括合成和非合成剂。实例包括生物分子捕捉剂，包括抗体、酶、寡核苷酸、适体、抗体片段和分子印迹聚合物。在某些实施例中，连接到纳米管的捕捉剂可为配置成选择性结合于或非选择性结合于标靶的报道剂，例如抗体。在许多实施例中，磁性材料为铁磁性材料，例如铁、钴、镍或合金或其混合物，其呈粒子形式，例如纳米团簇。根据各种实施例，mCNT材料包括多个所述碳纳米管。在某些实施例中，提供呈溶液析出状态的mCNT，例如呈粉末或小片形式。在其它实施例中，mCNT材料呈溶液状态。在某些实施例中，呈溶液状态的多个碳纳米管在施加磁场下形成网状网络。在某些实施例中，磁性材料局限于纳米管的内部空腔，使得纳米管的外表面上或者在纳米管内部空腔外基本上不存在磁性材料。空腔末端可打开或关闭。
本发明的另一方面涉及一种感测样品中的生物分子标靶的方法。在某些实施例中，所述方法包括提供多个碳纳米管，其具有内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中；和多个配置成结合于连接到所述外表面的所述标靶的捕捉剂；将所述多个碳纳米管分散到溶液中；使多个碳纳米管与样品接触以使所述样品中的生物分子标靶结合于溶液中的捕捉剂；施加磁场以将所述溶液中的多个碳纳米管带向感测电极；和感测所述标靶的存在。
本发明的另一方面涉及一种用于感测溶液中的生物分子标靶的系统，其包括样品容器；电极，其配置成接触所述样品容器中的样品；多个碳纳米管，其具有内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中；和多个捕捉剂，其配置成结合于连接到所述外表面的所述标靶；和磁体，其配置成对所述多个碳纳米管施加磁力以相对于所述电极移动。
下文参考图式进一步讨论本发明的这些方面和其它方面。
附图说明
图1是根据某些实施例的mCNT的示意图，其包括内部安置有铁磁性粒子的碳纳米管。
图2展示使用根据某些实施例的mCNT的分析的代表性示意图。
图3说明根据某些实施例的用于例如活动性结核(active tuberculosis，TB)的病状的新颖诊断性生物感测器的实施例。
图4展示具有包括CNT 404的电极402的装置400的图像。
图5是在丝网印刷基极电极上随机分布的CNT网络的SEM图像。
图6是在施加磁场下悬浮于溶液中的mCNT的图像。
具体实施方式
本发明提供一种新的材料系统，其能够独立控制表面特征和磁性性质。根据各种实施例，本发明涉及使用碳纳米管(CNT)的高效化学和生物检测。在某些实施例中，提供一种新的混合材料系统，其中纳米磁性材料包埋于所述CNT中以用于检测生物标靶和其它标靶。我们将这种混合材料称为mCNT。这种新颖材料在许多领域中使得感测性能增强，包括改良灵敏度、缩短反应时间和减小样品体积。此外，本文所述的这种新颖材料和概念可以应用于各种产品配置。下文描述实例。
在某些实施例中，将mCNT用于免疫学分析或其它生物分析。mCNT充当用于粘着多种参与这些分析的分子的衬底。这种材料将显著增大功能表面积，由此增强由磁性珠粒和粒子产生的正面特征。mCNT可用于所有标靶类型(核酸、蛋白质、抗体、聚糖)和使用生物捕捉的检测平台(例如光学、测量电流、电化学、无标记)。
在某些实施例中，mCNT包括填充有一种或一种以上铁磁性材料的纳米管，例如铁、钴、镍、钆、镝或其它具有铁磁性性质的材料。用于囊封金属、将金属或金属碳化物和氧化物引入CNT中的各种技术可显著改变其电子和机械性质。举例来说，已显示个别碳纳米管的导电率对包埋于其内部的纳米级磁体的磁性转变敏感。填充有铁磁性材料的纳米管还由于其在磁性数据存储技术中的潜在应用而受到极大关注。
在某些实施例中，mCNT包括纳米管外壳，其中在所述纳米管的外表面上基本上不存在磁性材料。所述纳米管外壳保护内部铁磁性团簇以防氧化并且增强其长期稳定性。在某些实施例中，mCNT制造过程打开纳米管末端。举例来说，在某些实施例中，CNT纯化和酸处理(例如浓硝酸和硫酸氧化)在纳米管末端产生官能团，例如羧酸(-COOH)。这适用于通过还原相应金属盐的电化学方法将金属(铁磁性)粒子沉积于纳米管内部。在某些实施例中，在CNT磁化后，应用后加工以覆盖所述末端以避免金属粒子暴露于环境并进一步增强稳定性。
一种形成CNT(其中磁性团簇包埋于所述CNT内部)的制造方法已由索达诺(Soldano)等人(“使用单一碳纳米管检测纳米级磁性活性(Detection of nanoscalemagnetic activity using a single carbon nanotube)”，纳米快报(Nano Letters).2008；8(12)，第4498-4505页，所述文献以引用的方式并入本文中)说明。在其研究中，所述材料用于使用单一碳纳米管研究纳米级磁性活性。
根据各种实施例，在生物和医学应用期间使用所述材料，例如代替磁性珠粒。所述材料在CNT内部具有磁性材料。如果所述磁性材料位于CNT外部，那么所述材料将产生在标靶检测期间所测量到的电化学信号，并且在一些情况下其将会增加毒性。因为磁性团簇仅位于CNT内部，所以CNT表面保持原样并且可容易经化学物质官能化，从而得到对所关注标靶的特异性。举例来说，生物分子捕捉剂包括抗体、酶、寡核苷酸、适体和抗体片段。非生物分子捕捉剂可包括分子印迹聚合物。
图1是根据某些实施例的mCNT 100的示意图。mCNT 100包括内部安置有钴纳米团簇104的碳纳米管102。根据各种实施例，视应用而定，mCNT的直径可在约1nm到20nm的范围内，长度为约50nm到数毫米，但mCNT并不限于这些特定尺寸。在所述图中所示的实例中，mCNT 100在其外表面上包括抗体官能化，其中抗体106连接到CNT102的侧壁。抗体106使mCNT 100官能化以捕捉标靶抗原108。应用于根据各种实施例的mCNT的捕捉化学物质的实例为酶、核酸、抗体、适体、寡糖、抗原和聚糖。连接方法包括吸附、共价键结、抗生蛋白链菌素/生物素和使CNT官能化的任何其它已知方法。
下文描述官能化和使用mCNT的实例：
1.使用物理吸附或所选化学作用(例如碳化二亚胺或戊二醛交联)将生物分子连接到mCNT。举例来说，在电化学酶联免疫吸附分析(ELISA)中，可连接诸如心脏肌钙蛋白I等捕捉抗体。连接标靶特异性酶以用于诸如葡萄糖或肌酸酐检测等酶分析。所属领域的技术人员应了解，可使用任何已知捕捉化学物质。
2.mCNT的未官能化表面由诸如牛血清白蛋白(BSA)等蛋白质或诸如吐温-20(tween-20)等表面活性剂阻断以防止样品或报道材料的非特异性粘着。mCNT与蛋白质/抗体/表面活性剂之间的疏水性相互作用适用于此情况。
3.将经官能化的mCNT放入溶液中。所述溶液可为用于CNT分散液的任何常用液体，例如水、乙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)或诸如十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液等表面活性剂。对于与生物分子的相容性，水基溶剂为优选。分散液体和mCNT的溶液还可以含有电化学反应所涉及的报道化学物质。在一些情况下，可能不需要报道物，其通常称为“无标记”。在典型电化学ELISA期间，信号放大需要标记。标记可为酶，例如连接到针对标靶的二级抗体(即报道物)的辣根过氧化酶(HRP)。
4.将溶液与样品混合。样品的实例为生物样品，例如尿液、痰、唾液、血液、呼出气冷凝液等。这可以在各种环境中完成。其可在管、微孔盘中或优选地在适合于手持式读取器的圆筒中。
图2展示使用根据某些实施例的mCNT的分析的代表性示意图。将捕捉抗体206连接到mCNT 201，其通过磁力(未图示)保持接近于丝网印刷电极。将捕捉抗体206配置成捕捉标靶208，其还结合于报道抗体209。将酶211连接到报道抗体209以进行报道。
在无mCNT的情况下，需要在酶活性位点211与电极201之间转移电子的电子穿梭，这是归因于由于存在捕捉抗体、标靶和二级抗体(报道物)夹层，标记位于距电极一定距离处。在使用mCNT的情况下，在某些实施例中，在溶液中形成夹层。施加磁场后，包括报道物的整个夹层组合件实际上极接近于电极。这增加了标记与电极之间直接电子通信的可能性。因此，避免了对用于检测标记的衬底的需要。较少试剂需要储存于产品圆筒上。其使得分析步骤数目较少，从而改良分析速度。其还大大地简化射流技术、阀门和泵送要求。相同原理也适用于酶分析，其中使用mCNT建立酶与电极之间的直接电子通信，从而避免了对电子穿梭的需要。
如果酶或其它标记的活性位点不可与CNT接近或另一化合物(介体)较快或以较小能量催化某些反应，那么可使用介体与活性位点通信。典型介体(实例为2，2′-次偶氮基双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸酯)(ABTS)参考文献1或3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMBB))吸附于CNT上且适用于这一目的。无标记方法可选择性应用于来自可用于圆筒的分析清单的具有高浓度要求(例如C-反应性蛋白(CRP)，ng/ml到μg/ml范围)的分析。除酶外，可使用显示电化学活性的其它标记，例如细胞色素-C(Fe(III)(Cyt c)→Fe(II)(Cyt-c))、胶态金属晶体(例如ZnS、CdS、PbS、CuS)，并且所述标记与上述方法相容。
溶液中的主动元件含有磁性组分，这意味可使用磁力搅拌来增强标靶和捕捉物的扩散/碰撞率。在整体相中在报道物与捕捉抗体之间形成夹层，从而使分析更快。这与通常在电化学ELISA中进行的两相反应比较，在电化学ELISA中捕捉抗体固定于电极上。许多不同动作中的任一种可用于搅拌，例如旋转、横向、往复等。出于许多原因也可以控制总搅拌程度，例如为了防止形成乳液或减少mCNT官能化(低搅拌)。
在包括样品递送和流动路径的产品配置中，可使用磁体使mCNT/捕捉物/标靶/报道物复合物向感测区移动。举例来说，位于圆筒下方的电磁体可使包括捕捉的标靶分子的mCNT与生物感测器的活性检测表面接触。可使用光学技术进行测量。也可通过使mCNT与同外电路连接的基极电极接触而以电方式进行测量。
mCNT还具有多种容易连接分子的途径。相比之下，用于多酶标记方法的许多珠粒和粒子存在用于结合的单一化学部分，例如胺或羧基。缺乏两种或两种以上不同类型的官能团意味不存在容易连接不同类型的分子的途径。对于具有均一化学结构的这些材料，需要适当动力学控制(即反应时序)或使用多种结合物的适当摩尔比以在载体上获得各分子的特定负荷。相比之下，单一碳纳米管可具有多种用于连接不同分子的化学部分。更具体来说，碳纳米管的末端具有与纳米管的中部不同的化学构型。在某些实施例中，CNT侧壁的特征为sp2键结构型，而管末端具有悬挂键，使得其反应性比侧壁大。由于缺陷，提高的反应性可向管的中心延伸。然而，这是在距末端的少数原子的范围内。由于末端存在悬挂键，因此也可在CNT的纯化和官能化(例如通过酸处理)期间产生官能团。这意味碳纳米管的更具反应性的末端可优先转化为一个官能部分，而第二个不同化学部分侵入整个纳米管中部。或者，末端可经官能化并且主体保持未经官能化并用于简单物理吸附连接分子。两个独立连接途径的存在使得容易构建这些材料，包括增加对材料上各分子类型的量的控制。
在某些实施例中，除替换磁性粒子外，mCNT可用作主动感测元件。在所述实施例之一中，将mCNT沉积于衬底上以形成电极。结构和直径可独立地进行最佳化以实现所需电特征。除上文所讨论的改良化学物质和磁体设计外，mCNT的高纵横比允许形成网络结构，其可进行电连接以直接读出。图3说明根据某些实施例的用于例如活动性结核(TB)的病状的新颖诊断性生物感测器的实施例。这种生物感测器包括本发明的方面，并且配置成具有极少流体处理和高灵敏度。其包括样品容器302；盖子304，其包括连接到盖子304的下侧以延伸到容器302中所含的样品中的电极305；磁体308，其可相对于容器302移动和/或切换；和读取器310。磁体308可为可相对于容器移动的永磁体，或可接通或断开的电磁体。试剂片306可放入样品容器302中以分散必要试剂。如下文所讨论，这些可包括mCNT。
下文描述使用所述装置的测试方案的实例：
1.将样品收集于容器中
2.连接盖子
3.涡旋内含物(标靶结合mCNT)
4.施加磁场(夹层形成)
5.颠倒磁场和涡旋(未结合的mCNT粘着于容器底部)
6.测量电容。
在一个实施例中，将捕捉抗体固定于配置成测量电容的标准导电性碳-墨电极(即葡萄糖测试条)上。将报道抗体固定于mCNT上。通过以电化学方式沉积于管核心中的钴纳米团簇赋予磁性性质。报道抗体结合于本体溶液中的标靶；平缓地涡旋所述溶液可改良动力学。随后，放置磁体以使复合物快速移动到电极表面以完成夹层形成。因为抗体对于标靶具有特异性，所以标靶的存在是形成夹层结构所必需的。夹层形成后，改变磁体位置和/或方向以使得任何未结合的报道抗体从电容电极附近去除，由此赋予标靶特异性。任何剩余mCNT(通过标靶结合)将增加电极电容，由此指示标靶的存在。因为CNT基本上形成电化学电容器(例如电解质尿液中的多孔网状结构)，所以其增加电极的电容。此类网状结构无法通过其它测试中常用的磁性珠粒或其它纳米粒子来形成，但CNT的高纵横比几何形状能够实现本发明方法。CNT由于其纳米级尺寸而具有高表面积。这可提高检测的灵敏度。CNT上存在的任何官能团(例如-COOH)可进一步增加与CNT结合到电极相关的电容变化。
典型尿液样品所含的体积比酶免疫分析(EIA)和免疫染色横向流动(ICLF)测试所使用的体积大近三个数量级。这种非常规测试被设计成使用整个可用样品体积，接着使用有效方法捕捉本体溶液中的标靶并将其集中于传感器表面。所述测试广泛应用于检测可以中等体积收集或稀释为中等体积的生物或环境样品(例如尿液、饮用水等)中的低丰度分子。所提出的测试是数种完全接受的化学检测方法中所用的组成部分的组合。新颖测试使用与EIA和ICLF中用于标靶识别的技术相同的抗体夹层技术(报道物+标靶+捕捉物)。然而，使用直接电子测量代替光学报道标靶来进一步简化测试。
在某些实施例中，整个测试是在标准尿液样品收集容器中进行并且仅需要涡旋和移动永磁体。或者，可使用电磁体进行无步骤分析。罐子内部是含有已与报道抗体结合的mCNT干粉的小型水/尿液可溶解胶囊。样品使系统再水合，因此不需要液体试剂。显著地，磁性分离消除任何“洗涤”步骤，因为一旦未结合的mCNT远离电极数微米后，其停止影响局部电容。因此，测试不需要其它液体试剂或流体处理。
在图3中所呈现的配置中，电极305连接到容器盖子304下侧并通过连接到盖子上侧的类似于廉价太阳能表的简单可重复使用的读取器310进行测量。所述读取器提供结果的数字输出。因为所述测量是电子测量，所以可容易进行数种标靶的阳性和阴性对照或多路复用检测。
本文所述的生物感测器是mCNT如何可用作标靶捕捉和感测元件的许多实例中的一个。除利用免疫学元件的各种抗原和抗体检测外，可使用根据本发明实施例的mCNT的各种分析类型包括：
1)从溶液中捕捉特定细胞和侦测特定细胞，例如CD4(参见例如高(Gao)等人.用于计数微流装置上的CD4(+)T淋巴细胞的基于磁性的免疫分析(Magnetic basedimmunoassay for enumeration of CD4(+)T lymphocytes on a microfludic device).塔兰塔(Talanta)82：528-533(2010)，其以引用的方式并入本文中)或癌症(参见例如马(Ma)等人，用于捕捉和扩增癌细胞的大型聚苯乙烯肽珠粒的磁化(Magnetization of largepolystyrene peptide beads for capturing and expanding cancer cells).磁学与磁性材料杂志(J.of Magnetisim and Magnetic Materials)264：153-157(2003)，其以引用的方式并入本文中)。
2)核酸杂交分析(参见例如A.R谢巴德(Shepard，A.R)和J.L.雷(J.L.Rae.)，从双链质粒cDNA库中磁性捕捉cDNA(Magnetic capture of cDNAs from double-strandedplasmid cDNA libraries).核酸研究(Nucleic Acids Research)25：3183-3185(1997)，其以引用的方式并入本文中)。
3)与样品整合以应答核酸扩增系统(参见例如迪尔(Dill)等人，用于直接样品应答基因分析的完全整合装置(Fully integrated device for direct sample-to-answer geneticanalysis).整合分析系统：微阵列(Integrated Analytical Systems：Microarrays)，纽约施普林格出版社(Springer New Yorl)(2009)，其以引用的方式并入本文中)。
4)流式细胞仪(参见例如杨(Yang)等人，生物感测器和生物电子学(Biosensors andBioelectronics)24：855-862(2008)，其以引用的方式并入本文中)。
5)凝集分析(例如莫瑟(Moser)等人，通过超顺磁性珠粒的动力学操纵进行分析物捕捉的芯片级免疫凝集分析(On-chip immuno-agglutination assay with analyte captureby dynamic manipulation of superparmagnetic beads).芯片实验室(Lab on a Chip)9：3261-3267(2009)，其以引用的方式并入本文中)；和
6)脂质分析(例如瑙克(Nauck)等人，用于HDL-胆固醇的新的基于免疫分离的同源分析与用于HDL-胆固醇的三种同源方法和两种异源方法的比较(Newimmunoseparation-based homogeneous assay for HDL-cholesterol compared with threehomogeneous and two heterogeneous methods for HDL-cholesterol)，临床化学(ClinicalChemistry)44：1443-1451(1998)，其以引用的方式并入本文中)。
所属领域的技术人员应了解基于本文所述的教示如何在这些分析中应用mCNT来代替磁性珠粒和其它磁性元件，以及利用免疫学元件进行的各种抗原和抗体检测。
本发明的另一方面涉及一种结合基于CNT的放大流程的CNT网络。先前已说明基于单壁CNT森林平台的电化学免疫感测器与多标记二级抗体纳米管生物结合物的组合。SWNT森林以垂直束形式立于纳菲-氧化铁装饰导电性表面上。实现灵敏度的改良。然而，由于电极制造过程的复杂性而阻碍了技术的实现。在某些实施例中，CNT和/或mCNT网络用作电极。基极电极可通过诸如丝网印刷等常见方法来制造。可使用市售设备(例如Biodot)将CNT和/或mCNT网络沉积于基极电极上。图4展示具有包括CNT 404的电极402的装置400的图像。通过Biodot沉积于成品装置上的CNT的SEM(扫描电子显微镜)照片的实例展示于图5中。结果指示碳纳米管网络均匀分布于由丝网印刷碳墨界定的电极上。
电化学检测可使用各种方法。对于多路复用，使用不同酶标记、金属纳米粒子、其它电活性标记。在使用报道抗体的酶标记情况下，通过电流测定法使用在酶底物存在下介体的氧化还原电流来定量标靶。多种酶标记可连接到CNT以及报道抗体以在每个结合情况下结合更多酶分子。可使用显示电化学活性的其它标记(例如细胞色素-C(Fe(III)(Cyt c)→Fe(II)(Cyt-c)))减少步骤数目。CNT或报道抗体也可以通过诸如ZnS、CdS、PbS、CuS等胶态金属晶体进行标记并且通过阳极溶出伏安法(anodic strippingvoltammetry)进行检测。
实例
通过化学气相沉积(CVD)使CNT在阳极化氧化铝模板中生长。CNT直径容易由模板孔径控制。接着使用电化学沉积在纳米管(mCNT)内部形成铁磁性纳米粒子。研究数千个包埋的磁性纳米粒子的整体行为和其赋予CNT强顺磁性行为的能力。结果指示，mCNT指示包埋的磁性纳米团簇足以提供极佳分离特征。图6是使用永磁体从本体溶液中分离出的mCNT的图像。mCNT处于超纯水中，使用放在玻璃小瓶后的永磁体(经标记)将其从溶液中分离。相比之下，非磁性CNT将沉降到小瓶底部。
由此描述的方法和装置的优选实施例具有本发明的方面，所属领域的技术人员应显而易知这种系统存在某些优点。还应了解可在本发明的范围和精神内作出各种修改、改编和其替代性实施例。不同标记和电化学测量方法可应用于基于磁性CNT的系统，这对于所属领域的技术人员将显而易见。因此，诸如装置的灵敏度和特异性等性能量度可与对特定应用所必需的其它流体处理和测量步骤的需要进行平衡。

Claims (14)

1.一种mCNT材料，其包含：
具有内部空腔和外表面的碳纳米管；
安置于所述内部空腔中的磁性材料；和
多个连接到所述外表面的捕捉剂。
2.根据权利要求1所述的mCNT材料，其包含多个碳纳米管，所述碳纳米管各具有：
内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中并且多个捕捉剂连接到所述外表面。
3.根据权利要求1或2所述的mCNT材料，其中所述磁性材料是铁磁性材料。
4.根据权利要求3所述的mCNT材料，其中所述铁磁性材料是选自钴、铁和镍中的至少一种。
5.根据权利要求2或3所述的mCNT材料，其中所述材料呈粉末形式。
6.根据权利要求5所述的mCNT材料，其中所述材料呈溶液析出状态。
7.根据权利要求2或5所述的mCNT材料，其中所述材料呈溶液状态。
8.根据权利要求7所述的mCNT材料，其中所述多个碳纳米管在施加磁场下在所述溶液中形成网状结构。
9.根据权利要求1所述的mCNT材料，其中在所述外表面上基本上不存在磁性材料。
10.根据权利要求1所述的mCNT材料，其中一个或一个以上空腔末端打开。
11.根据权利要求1所述的mCNT材料，其中一个或一个以上空腔末端关闭。
12.一种感测样品中的生物分子标靶的方法，其包含：
提供多个碳纳米管，其具有内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中；和多个配置成结合于连接到所述外表面的所述标靶的捕捉剂；
将所述多个碳纳米管分散到溶液中；
使所述多个碳纳米管与所述样品接触以使所述样品中的生物分子标靶结合于溶液中的捕捉剂；
施加磁场以将所述溶液中的所述多个碳纳米管带向感测电极；和
感测所述标靶的存在。
13.一种感测样品中的生物分子标靶的方法，其包含：
提供多个碳纳米管，其具有内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中；和多个连接到所述外表面的报道剂；
在电极上提供多个捕捉剂；
将所述多个碳纳米管分散到溶液中；
使所述多个碳纳米管与所述样品接触以使所述样品中的生物分子标靶结合于溶液中的报道剂；
施加磁场以由此将所述溶液中的所述多个碳纳米管带向所述电极并且形成报道剂-标靶-捕捉剂夹层构造；
改变所述磁场以集中所述标靶；和
感测所述标靶。
14.一种用于感测溶液中的生物分子标靶的系统，其包含：
样品容器；
电极，其配置成接触所述样品容器中的样品；
多个碳纳米管，其具有内部空腔和外表面，其中磁性材料安置于所述内部空腔中；和多个配置成结合于连接到所述外表面的所述标靶的捕捉剂；和
磁体，其配置成对所述多个碳纳米管施加磁场以使其相对于所述电极移动。
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