CN102472750A - 通过团簇的形成对不同目标成分进行检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检测样本中的多种不同种类的目标成分(T1、T2)的方法、试剂盒和设备(100)。所述目的是通过使用多种类别的标记粒子(1、2)实现的，其中，每一类别中的标记粒子(1、2)中的至少一个是磁性粒子，并且其中，每一类别的标记粒子(1、2)能够经由相同的、类别特异性种类的目标成分相互结合。然后，可以形成标记粒子(1、2)的团簇，在该形成中，与特定的目标成分(T1、T2)的结合伴有某些特征属性，例如，相关标记粒子(1、2)的磁化率。因而，通过具有至少一个振荡分量并且具有可变场幅度的磁场(B)对这样的团簇进行选择性致动，加之对这样的被选择性致动的团簇的检测，将实现对团簇的特异性检测。其提供了有关样本中的不同目标成分(T1、T2)的信息。

Description

通过团簇的形成对不同目标成分进行检测

技术领域

本发明涉及用于检测样本中的多种不同种类的目标成分的方法、设备和试剂盒。

背景技术

US 2008/0206104A1公开了一种磁性生物传感器，在所述生物传感器中，能够使以磁珠为标签的不同目标物质特异性地结合到传感器表面上的抗体上。应用检测磁珠的旋转和/或平移活动性的旋转磁场以在不同类型的结合之间进行区分。

发明内容

基于这种情况，本发明的目的在于提供一种同时检测样本中的不同种类的目标成分的替代手段，其中，希望检测过程便利、快速且准确。

这一目的是通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求2所述的设备和根据权利要求12所述的试剂盒实现的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据第一方面，本发明涉及一种用于检测样本中的数量为N(自然数)≥2种的不同种类的目标成分的方法。例如，“目标成分”可以是诸如生物分子、配合物、细胞片段或细胞的生物物质。例如“样本”可以是诸如血液、尿液或唾液的具有生物学来源的流体。所述方法包括下述步骤，这些步骤优选按照所列举的顺序至少执行一次，所述步骤包括：

a)向将被测试以确定是否存在目标成分的样本添加粒子，其中，在下文中将这些粒子称为“标记粒子”。可以将所添加的标记粒子细分为N个类别，从而来自每一类别的标记粒子能够经由相同的、类别特异性种类的目标成分相互结合。此外，每一类别的标记粒子优选具有至少一种共有的类别特异性(例如，磁或机械)属性。“类别特异性”这种表述在本语境下表示，相应的属性对于一种类别中的任意两个标记粒子都是(至少大致上)相同的，但是随着类别的不同而不同，因而选自不同类别的任意两个标记粒子在其属性上存在差别。类似地，来自相同类别的任意两个标记粒子能够经由相同种类的目标成分相互结合，但是对于不同类别而言，目标成分的该种类是不同的。作为一项附加的要求，每一类别应当有至少一个标记粒子为磁性粒子(即，磁化粒子或可磁化粒子)。这些磁性粒子任选是直径处于10nm到10μm的范围内，优选处于100nm到3μm的范围内的超顺磁珠。

b)使标记粒子形成团簇(clusters)的步骤。通常，术语“团簇”表示或多或少彼此强劲结合的至少两个标记粒子的聚集。团簇的形成可以是(在一延迟时间内)自然发生的，并且/或者可以是(例如)通过在样本内施加磁场以进行辅助而发生的。

c)对不同类型的前述团簇进行选择性致动，所述致动优选包括团簇的振荡运动或者全旋转运动。所述全旋转的角速度可以是均匀的，也可以随时间(周期性和/或非周期性地)变化。不同类型的团簇的“选择性致动”是指，能够有意地使磁场(至少)在第一模式和第二模式之间变化，其中，所考虑的团簇类型中的至少两者以不同的方式改变其对这些模式的反应，这允许对它们做出区分。具体而言，感兴趣的反应可以具有“全部或全无”方式，从而使一种团簇类型仅被第一模式致动而不被第二模式致动，另一种团簇类型则被两种模式致动(或不被任何模式致动)。

d)对前述被选择性致动的团簇的检测。通过事先选择对哪些类型的团簇致动，这一检测步骤能够实现在不同类型的团簇之间进行区分。

在步骤c)中，优选通过施加时变磁场以旋转方式(部分旋转或完全旋转)激励团簇。所施加的场生成机械转矩。所述转矩是由团簇的磁性属性引起的，例如，所述磁性属性可以是永磁矩或感生磁矩、形状各向异性、磁晶各向异性或磁性材料的有限磁弛豫时间。

根据第二方面，本发明涉及一种优选采用上述类型的方法检测样本中的数量N≥2种的不同种类的目标成分的设备，所述设备包括下述部件：

a)用于容纳样本的样本室。“样本室”通常包括空腔或者填充了可以吸收样本物质的诸如凝胶的一些物质的腔；其可以是开放的腔，也可以是闭合的腔，或者是通过流体连接通道连接至其他腔的腔。

b)用于向样本室施加磁场的磁场发生器，其中，所述磁场适于对不同类型的标记粒子团簇选择性地致动，所述致动优选包括振荡运动或全旋转运动。

c)用于检测前述被选择性地致动的标记粒子的团簇的检测系统。

上文所述的方法和对应的设备允许使用标记粒子，所述标记粒子经由特异的目标成分而相互结合，从而形成团簇，其中，如果所述团簇包括不同的目标成分(如果结合特异性与特异的磁/机械属性配对)，那么所述团簇在其磁属性或机械属性方面存在差异。可以对不同团簇进行选择性地致动，相应地，可以对不同团簇进行选择性地检测。因此，有可能定性和/或定量地判断样本中不同种类的目标成分的存在。由于可以在样本的体积(bulk)介质内执行所需的处理步骤，所以对应的测定易于执行，并且快速、准确。

在下文中，将描述既涉及上述方法，又涉及上述设备的本发明的各种优选实施例。

可以采用各种各样的磁场配置来诱发包括至少一个磁性粒子的团簇的振荡。例如，创建以下述两个正交分量为特征的平面磁场将成功地诱发两粒子团簇的振荡运动：

第一分量可用于引起团簇按优选取向。这一分量可以是恒定场、一系列具有任意长度的脉冲或正弦波。应当对这一分量的幅度进行调整，从而使只有达到感兴趣尺寸的团簇才能够对外部致动做出响应。

周期性地开启第二分量，从而在标记粒子之间诱发磁斥力。这种场配置可以是一系列脉冲或正弦波。这一分量的幅度应当最多是第一分量的10倍。

公式(1)包含了对全旋转场的描述，其中，幅度、相位和频率都具有时间相关性。

其中，a、b是实数，f₁和f₂是两个分量的旋转频率。在具体的例子中，这样的磁场可以包括两个连续的正弦分量，其中，所述两个分量在幅度和/或相位上存在差异。在优选实施例中，采用具有至少一个振荡分量的磁场，在所述振荡分量中，场幅度随时间变化。在这一语境下，如果场的分量反复地(周期性地或者非周期性地)发生幅度增大或减小，那么将这种场的分量称为发生“振荡”。

根据一个实施例，只有达到预定尺寸的团簇采被磁场致动，其中，团簇的“尺寸”可能(例如)与团簇的重量和/或团簇中标记粒子的数量相关。通过这种方式，可以使分析局限于在其可能的构造和属性方面显示出较低的变化性的较小团簇。此外，可以通过限制场幅度容易地实现将磁场的影响限制到较小团簇尺寸，因为对团簇致动所需的场幅度通常随着团簇尺寸的增大而增大。

在前述实施例中，最优选的情况是磁场(最多)只对包括两个标记粒子的团簇致动。这样使得测量局限于有限数量的不同类型的团簇，因而允许对测量结果做出唯一解释。具体而言，有可能对在其内标记粒子经由不同目标成分特异性地结合的两粒子团簇做出区分，因为结合的粒子对属于不同的类别，并且相应地具有不同的磁或机械属性。因而，可以通过所考虑的团簇对致动磁场的反应对所述团簇做出区分。

磁场的最大和最小幅度之间的比率通常可以处于1.1和10之间的范围内，优选处于2和8之间的范围内，最优选处于4和6之间的范围内。对于这些值，观察到了对不同团簇之间的有利区分。

通过具有至少一个振荡分量的磁场以及改变场幅度实现的对团簇的选择性致动优选可以包括所述团簇的选择性振荡和/或(至少部分)旋转。这些都是团簇对外部振荡或旋转磁场的反应，这些反应总是能够在适当的工作条件下激发出来，并且稳定、易于检测。

在前述情况下，对被选择性致动的团簇的检测优选包括对所述团簇的与磁场的振荡分量同步的振荡和/或旋转的检测。振荡/旋转与所施加的振荡磁场的同步性是一种通常能够在适当工作参数下观测到的团簇的行为，尤其是对于旋转磁场而言。此外，所述同步性往往在临界工作参数上消失，所述临界工作参数取决于团簇的磁和/或机械属性。因而这些临界参数的确定提供了关于所探讨的团簇的类型的信息。

已经提到，所述磁场尤其可以是旋转磁场，即，具有(均匀或非均匀)旋转磁场矢量的场。这样的旋转磁场的旋转频率优选在给定范围上扫掠(sweep)。在本语境下通过场矢量在所考虑的时刻旋转的角速度定义旋转磁场的(瞬时)旋转频率(达到恒定因子)。旋转磁场的旋转频率是该场的一项重要特征参数，其确定了团簇是否会做出以及怎样做出反应。因而，经常采用旋转频率实现致动过程中的团簇选择性。使这一旋转频率在给定范围上扫掠意味着，这一范围内的所有值被采取至少一次，通常按照幅度增大或降低的有序顺序来采取这些值。应当指出，所考虑的给定范围可以是频率值的任何集合，但是优选采取通过下限和上限描述的连续区间。

在前述实施例的具体例子中，旋转频率被扫掠通过的范围包括至少一个临界频率之上的频率和至少一个临界频率之下的频率，其中，所述临界频率是由这样事实定义的，即，一种类型的团簇在所述临界频率上改变(例如停止)其对旋转磁场的反应。如果“团簇的致动”是指(例如)它们与旋转磁场(即，与该场的瞬时旋转频率)同步地旋转，那么在旋转频率经过临界频率时，团簇可能停止(或开始)同步旋转。因而，团簇旋转检测与磁场旋转频率扫掠相结合能够确定团簇的临界频率，所述临界频率又将提供与构成所述团簇的标记粒子相关的信息。

原则上，可以采用任何适于达到该目的的方法和装置实现对被选择性致动的团簇的检测。在优选实施例中，采用光探测器对被选择性致动的团簇进行光学检测。光学检测的优点在于，可以在不与样本发生机械接触并且不影响其中的过程的情况下在体积内执行所述光学检测。例如，所述光学检测可以基于透射通过样本或者从样本反射的光，其中，所述透射/反射在特征上受到被致动的团簇的影响。对于旋转团簇而言，例如可以在所观测到的输出光中容易地检测到透射/反射光的散射，所述透射/反射光的散射为与旋转同步的强度变化。所述光学检测也可以基于通过成像、荧光、吸收、散射等进行的检测。

优选通过这样的方式实施对粒子团簇的致动，该方式使得(仅)破坏a特异性(a-specific)团簇，从而提高信噪比。就此而言，可以使用调制磁场诱发团簇的振荡/旋转，意味着在粒子之间存在着比a特异性相互作用强，又比特异性生物键弱的排斥力(参考专利申请EP 08105253.2，在此以引用的方式将其并入本文)。

特别地，用于生成具有变化的场幅度的磁场的磁场发生器可以通过磁线圈的多极子构造实现，其中，根据适当的时间表向所述磁线圈提供电流。

根据第三方面，本发明涉及一种用于选择性地检测样本中的数量N≥2种的不同种类的目标成分的试剂盒，所述试剂盒包括N个标记粒子类别，其中，每一类别的标记粒子中的至少一个为磁性粒子，并且其中，可以使来自每一类别的标记粒子通过同一种类的类别特异性的目标成分彼此结合。优选地，来自每一类别的标记粒子具有至少一种共有的类别特异性(例如，磁或机械)属性。

前述试剂盒包括上述方法的关键要素，即，提供目标特异性类别的标记粒子，其中，所述类别优选在其磁或机械属性方面存在差异。

在下文中，将描述涉及根据本发明的第一、第二和第三方面的方法、设备和试剂盒的本发明的各实施例。

根据优选实施例，至少一个类别的所有粒子均为磁性粒子。最优选地，所有类别的标记粒子均为磁性粒子。这确保了粒子团簇内所有的粒子都是磁性的，有助于团簇的磁致动。

标记粒子的任选类别特异性属性优选包括其磁化率。磁化率决定着磁性粒子在外部磁场中呈现的磁偶极矩，进而决定着能够施加到所述粒子上的用于致动目的的力。例如，可以通过磁性粒子的尺寸、磁活性材料相对于磁非活性基质材料的相对量、磁活性材料的类型等调整磁化率。

根据另一实施例，不同类别的标记粒子具有(例如，在大约±20％，优选±10％的限度内)基本相同的尺寸。在本语境下，术语“尺寸”可以指粒子几何形状(体积)、流体动力学体积和/或重量。由于标记粒子的尺寸通常将影响它们对外部磁场做出反应的方式(例如，由于惯性或粘性的作用)，因而来自不同类别的标记粒子的尺寸优选是彼此相似的或者等同的，以避免它们对粒子反应造成影响。优选将这一实施例与前述的不同的磁化率之一结合，这样将确保磁化率的区分效应不会与尺寸效应叠加(最坏情况下受到其抵消)。

应当指出，来自不同类别的粒子也可以具有相似或等同的磁化率，但具有不同的尺寸(其将使用尺寸的区分效应，而不受磁化率的干扰)，或者尺寸和磁化率二者均可以随类别不同而发生变化。

为了实现标记粒子经由类别特异的目标成分相互结合，可以任选将标记粒子涂覆以类别特异的结合试剂。这样的(生物活性)试剂的典型例子为：抗体、蛋白质、细胞、DNA、RNA、小分子、组织、病毒。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。将借助附图通过举例的方式描述这些实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的设备；

图2示意性示出了可以在根据本发明的方法中起作用的不同类型的团簇。

附图中类似的附图标记表示相同或类似的部件。

具体实施方式

利用(超)顺磁粒子的免疫测定技术是用来根据抗原-抗体结合的特异性执行体外试验，以检测特定化合物的重要技术。可以在表面上或者在液相(体积)中通过各种方式执行这些测试。团簇测定是这样一类测定，其中，所形成的粒子团簇的量表示样本中生物学成分的存在和/或浓度。团簇测定尤其具有吸引力的原因在于在流体的体积内形成生物学结合而不涉及任何与表面的相互作用：所述测定更易于进行，更快速，成本也更低。

一种类型的团簇测定采用磁纳米粒子，可以将磁纳米粒子描述为其内嵌入了具有纳米尺寸细粒(grain)的形式的磁性材料的聚合物球。一个主要优点在于，可以利用外部磁场使它们受到致动。因而，有可能显著加快生物学结合的形成，使测定更快，并提高灵敏度。

为了设计快速的团簇测定，尤其必须要解决灵敏度和多重检测的问题。本发明基于这样一种假设，即，由超顺磁珠形成的团簇，尤其是两粒子团簇的旋转和/或振荡的特有动态(dynamic)能够解决这些问题。

就缺乏检测生物反应的高灵敏度而言，即，需要提高生物传感器的灵敏度的极限，可以通过施加具有随时间变化的幅度的振荡或(部分)旋转磁场的致动方案对前述团簇动态特性加以利用。其基于这样一种发现，即，具有变化的场幅度的振荡/旋转磁场能够选择性地与结合而成的团簇发生耦合。如果适当选择场特性，那么所述场不会使较大的团簇发生旋转，而且不会在致动过程中生成新的团簇。一般而言，这种复杂的旋转行为包括三种不同的状况：最初，超顺磁珠能够按照与外部场相同的频率旋转，但是具有与频率相关的相位滞后。一旦相位滞后达到90度，磁珠将受到可达到的最大转矩(在所谓的“失效(breakdown)频率”或“临界频率”上)。如果进一步提高外部频率，那么外部场和超顺磁珠之间的耦合将变得越来越低效，并且磁珠开始减慢速度。此外，能够观察到团簇的摆动旋转：向后的振荡叠加到了超顺磁珠的平稳旋转上。在甚至更高的频率上，由于超顺磁珠内存在由铁磁性材料构成的纳米细粒，磁珠能够再次旋转。

为了实现有效的多重检测，即，能够尽可能快速地立即检测到不同的生物学实体，必须找到影响通过不同生物学试剂形成的团簇的旋转(或者更一般而言的致动)的可检测参数。这里提出检测通过不同生物学实体形成的团簇在暴露至固定频率的外部磁场时的振荡行为方面(例如，角速度上)的差异。例如，可以在透射或折射模式下以光学方式执行所述检测。

图1示意性地示出了能够采用其实现前述方法的设备100。设备100包括下述主要部件：

1)样本室10，能够在样本室10内提供具有所要检测的目标成分的样本。在所示出的例子中，指定了N种不同的目标成分T1、T2、...TN，例如，其可以表示不同的抗体、DNA链等。样本室10通常是可以通过注入模制由塑料制成的一次性使用单元。为了允许进行光学检查，样本室10的壁优选是透明的。

2)磁场发生器20，其在这里由具有四个磁线圈20的四极子实现，所述四个磁线圈相互成直角布置。如本领域技术人员已知的，根据适当的时间表向线圈20提供电流能够在样本室10内生成具有时变场幅度的振荡和/或旋转磁场B。在本范例中，假定磁场是旋转的，并且具有下述具有转动频率f的更为具体的形式：

$\underset{\‾}{B}=B_0\·\left(\begin{array}{c}\sin (2\mathrm{\πf}\·t)\\ a\·\cos (2\mathrm{\πf}\·t)\end{array}\right)---\left(2\right)$

3)光学检测系统30，在本范例中，其包括布置在样本室10的一侧的光源31和布置在样本室的相对侧的聚焦光学器件32，所述聚焦光学器件用于将透射通过样本室的光引导到探测器单元33上。所述探测器单元33可以包括任何适当的通过其来检测给定光谱的光的传感器或者多个传感器，所述传感器或者多个传感器例如是光电二极管、光敏电阻器、光电池、CCD或CMOS芯片或者光电倍增管。传感器提供指示所测得的透射光的量(例如强度)的信号S，将该信号传输至评估单元34(例如，数字数据处理单元)，以供进一步评估。

可以采用生物学实体(抗体、DNA、细胞、蛋白质、分子)涂覆超顺磁粒子，所述生物学实体将选择性地结合到诸如所要检测的目标成分T1、T2、...TN的其他生物学实体(分析物)上。因而，一种执行团簇测定的方式是将目标成分结合到两个磁性标记粒子之间，形成“夹心结构”。这种结合强到足以在这样的两粒子团簇被外部旋转磁场致动时避免使它们受到破坏。应当指出，暴露于外部磁场的磁性粒子还倾向于形成磁性地感生的团簇，但是可以采用在时间上幅度调制的场对磁性地感生的团簇加以控制/或避免其发生。

现在，可以在正在实施检测的同一样本室内使用不同种类的磁性标记粒子实现在单次测量中对不同目标成分T1、T2、...TN进行检测。所述粒子优选具有相同的尺寸，但是具有不同的磁含量。

就此而言，图2更详细地示出了怎样使用设备100区分在将适当的磁标记粒子的试剂盒添加至所要研究的样本时所生成的目标特异性团簇。在所讨论的例子中，所述试剂盒包括两个类别磁标记粒子(超顺磁珠)，其中，每一类别中的磁标记粒子1、2、...N针对不同的目标成分T1、T2、...TN分别具有类别特异性的结合部位B1、B2、...BN。此外，两个类别的粒子将分别具有不同的磁化率χ₁、χ₂、...χ_N。

由于其目标特异性结合部位B1的原因，第一类别的磁标记粒子1能够经由中间目标成分T1形成稳定的特异性地结合的两粒子团簇C11。类似地，第二类别的磁标记粒子能够经由中间的第二目标成分T2等形成稳定的特异性地结合的两粒子团簇C22。最后，第N类别的磁标记粒子N能够通过中间的第N目标成分TN形成稳定的、特异性地结合的两粒子团簇CNN。

图2还示出了两粒子团簇C12、C11′和C22′，在所述团簇中，两个不同的磁标记粒子1和2或者同一类别的两个磁标记粒子1或2不经过中间目标成分直接(非特异性地)结合。

团簇C₁₁、C₂₂等是由两个超顺磁性粒子构成的团簇，其磁化率，即，外部磁场B中的转矩和旋转是由团簇的感生磁矩和形状各向异性生成的。超顺磁性粒子中的磁细粒获得了感生磁矩，所述感生磁矩通过与外部场耦合提供了使团簇旋转所需的能量。团簇的旋转行为的特征在于，存在临界频率f_c，超过所述临界频率，旋转将不再与外部场同步。对这些过程的理论建模得到了下述临界频率的预测值：

$f_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{1/6{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2{B}^2}{28\mathrm{\η}{\mathrm{\μ}}_0}$

其中，η是流体介质的粘度，μ₀＝4π·10^-7H/m，B是所施加的磁场的模量，χ_i是团簇中的第i个粒子的磁化率。

鉴于这一背景，建议利用数量N≥2种的不同磁标记粒子(优选具有相同的尺寸，但是具有不同的磁化率χ)检测N种不同种类的目标成分。

在下文中，将更详细地考虑最简单的N＝2的情况。在这种情况下，可以在样本体积内形成三种不同类型的团簇(假定χ₁＜χ₂)：

“类型1”：由两个具有低磁化率χ1的粒子1构成的团簇C11；

“类型3”：由两个具有高磁化率χ2的粒子2构成的团簇C22；

“类型2”：由一个具有低磁化率χ₁的粒子1和一个具有高磁化率χ₂的粒子2构成的团簇C12。这些团簇只有在“夹心结构”中没有目标成分T1或T2的情况下才被磁耦合。

因而，这些团簇中的每种以不同的临界频率f_c1＜f_c2＜f_c3为特征：

$f_{c1}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{1/6{\mathrm{\χ}}_1^2{B}^2}{28\mathrm{\η}{\mathrm{\μ}}_0}$ $f_{c2}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{1/6{\mathrm{\χ}}_1{\mathrm{\χ}}_2{B}^2}{28\mathrm{\η}{\mathrm{\μ}}_0}$ $f_{c3}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\·\frac{1/6{\mathrm{\χ}}_2^2{B}^2}{28\mathrm{\η}{\mathrm{\μ}}_0}$

一旦形成了团簇，一种对其进行检测的方式是针对给定的磁场幅度B₀对所施加的旋转磁场的旋转频率f执行扫掠操作(参考公式(2))。在低频上，所有的团簇都将与外部场同步旋转。对于f_c1以上的频率，预计“类型1”的团簇C11以比其他团簇低的角速度为特征。在f_c2以上，只有“类型3”的团簇C22仍然能够与场同步旋转。通过这种方式，通过(例如，以光学方式)检测在f_c1以下旋转的团簇的数量，能够得到对样本室中存在的类型1、2、3的团簇C11、C12、C22的总数的判断。然后，通过在f_c1和f_c2之间的频率f上进行检测得到对类型2和类型3的团簇C12和C22的数量的判断，而在f_c2和f_c3之间的检测则将给出类型3的团簇C22的数量。显然，团簇C11或C22的数量分别与样本中的对应目标成分T1或T2的浓度成正比。

可以将这一机制扩展至任意大数量N种的不同磁性粒子和目标成分，在实践当中，其限制仅在于找到磁化率的差异足以提供在临界频率方面的灵敏差异的(市面可得)粒子的实际可能性。

没有必要使形成团簇的所有粒子都是磁性的，因为对于磁致动而言，团簇的至少一个粒子是磁性的就足够了。但是，在优选实施例中，使团簇中尽可能多的粒子为磁性粒子，因为这样有助于磁致动。

使用悬浮在粘度η＝1·10^-3Pa·s的盐溶液中的直径为1μm的磁性粒子，并且使用B₀＝1.58mT的磁场的实验已经证实了上述构思的有效性。如上所述，可以观察到存在三种不同类型的团簇，可以通过在适当的频率上被致动时产生的不同旋转行为对所述团簇进行识别。由于“磁质心”并非几何中心，而是更接近具有较高磁化率的粒子的中心，因而类型2的团簇由于非对称的旋转方式而格外容易识别。所确定的临界频率为f_c1＝4Hz，f_c2＝6Hz，f_c3＝14Hz。

所描述的在团簇测定中实现多重检测的新颖方式还具有其他优点。在实验中，已经观察到，由不同粒子形成的非特异性(磁感生)团簇(“类型2”的团簇C12)不如由同类粒子形成的非特异性团簇(团簇C11′和C22′，可以将其划归“类型4”)稳定。此外，唯一的噪声源就是由后者，即，由具有相同磁化率的粒子形成的非特异性团簇(“类型4”)导致的，因为无法通过角速度将它们与特异性团簇区分开。采用具有调制幅度的磁场致动将容易地破坏“类型2”的团簇，还将减少“类型4”的团簇的存在，从而极大提高灵敏度。除此之外，“类型4”的团簇的预计数量低于使用单一种类的磁性粒子的情况，因为平均来讲可以认为所形成的非特异性团簇的总数量为常数，而现在其中的一些为“类型2”的团簇并且它们能够被破坏掉或检测到。

所描述的方法的一个特殊方面在于使用一个磁场分量建立团簇的对准，采用另一个更强的磁场分量建立排斥力。换言之，该构思在于建立团簇的优选取向(即，沿弱分量)，并使用强分量使具有与所述轴正交的力矩的粒子极化，从而建立排斥力。一般而言，各种各样的场都能够建立这样的排斥构造：

-例如，所述的弱分量可以是恒定场、弱正弦波或方波。优选对幅度进行调谐，使得只有最小的团簇能够对场做出响应。

-所述的更强的分量可以(例如)是正弦波或脉冲序列。优选通过这样的方式对其幅度进行调谐，该方式使得该更强分量并非相对于所述场的较弱分量完全占据主导(最多是较弱分量的幅度的十倍)。

两个分量的频率可以是不同的(即，可以使10Hz的方波与4Hz的正弦波结合)。在上述致动当中，团簇的运动常常是振荡的，它们并未执行完全的旋转。在实验中观察到表现出破裂事件的非特异性结合的团簇的百分比在20-30％的量级。

总而言之，总体磁场并不需要为全旋转的(如公式(2)中所述)，即，所述方法对于非正弦场分量和部分旋转的总场仍然有效。此外，总场的振荡频率应当低于对于与临界频率相关的给定实验参数(场幅度、粘度、粒子的磁含量等)团簇的对准时间的倒数的大约10倍左右。

尽管上文参考具体实施例描述了本发明，但各种修改和扩展都是可能的，例如：

-分子目标常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。

-可以由端点测量导出测量数据，也可以通过动态或间歇地记录信号而导出测量数据。

-可以将该装置和方法用作针对小的样本体积的、快速、鲁棒并且易于使用的现场护理生物传感器。反应室可以是与紧凑型读取器一起使用的一次性用品，其包括一个或多个场生成模块以及一个或多个检测模块。而且，本发明的装置、方法和系统可用于自动化高处理量测试中。在这种情况下，反应室是例如配合到自动化仪器内的孔板或试管。

-纳米粒子表示至少一个尺度在3nm和5000nm之间，优选在10nm和3000nm之间，更优选在50nm和1000nm之间的粒子。

最后要指出的是，在本申请中，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在，“一”或“一个”并不排除多个，且单个处理器或其他单元可以实现若干装置的功能。本发明体现在每个新颖的特有特征和特有特征的每种组合中。此外，权利要求中的附图标记不应被视为限制它们的范围。

Claims (15)

1.一种用于检测样本中的数量N≥2种的不同种类的目标成分(T1、T2、...TN)的方法，包括：

a)向所述样本添加N个类别的标记粒子(1、2、...N)，其中，每一类别的所述标记粒子(1、2、...N)中的至少一个为磁性粒子，并且其中，来自每一类别的标记粒子可以经由类别特异性种类的目标成分(T1、T2、...TN)而相互结合；

b)使所述标记粒子(1、2)形成团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)；

c)通过生成磁场(B)对不同类型的所述团簇进行选择性致动，所述致动优选包括振荡运动或全旋转运动；

d)对被选择性致动的团簇进行检测。

2.一种用于检测样本中的数量N≥2种的不同种类的目标成分(T1、T2、...TN)的设备(100)，包括：

a)用于容纳所述样本的样本室(10)；

b)用于向所述样本室施加磁场(B)的磁场发生器(20)，其中，所述磁场适于对包括至少一个磁性粒子(1、2、...N)的不同类型的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)进行选择性致动，所述致动优选包括振荡运动或全旋转运动；

c)用于对被选择性致动的团簇进行检测的检测系统(30)。

3.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，所述磁场(B)包括至少一个振荡分量，在所述振荡分量中，场幅度随时间变化。

4.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，只有达到预定尺寸的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)才被所述磁场(B)致动。

5.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，只有由两个标记粒子(1、2、...N)构成的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)才被所述磁场(B)致动。

6.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，所述磁场(B)的最大幅度和最小幅度之间的比率在1.1和10之间，优选在2和8之间，最优选在4和6之间。

7.根据权利要求3所述的方法或设备(100)，

其特征在于，对被选择性致动的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)的检测包括对与所述磁场(B)的振荡分量同步的振荡和/或旋转的检测。

8.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，所述磁场是旋转磁场(B)，其中，优选能够使旋转频率(f)在给定范围上扫掠。

9.根据权利要求8所述的方法或设备(100)，

其特征在于，所述范围包括至少一个高于临界频率的频率和至少一个低于临界频率的频率，在所述临界频率上，一种类型的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)改变其对所述旋转磁场(B)的反应。

10.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，对被选择性致动的团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)进行光学检测。

11.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的设备(100)，

其特征在于，对所述团簇(C11、C22、C12、C11′、C22′、C12′、...CNN)的致动包括打破非特异性地结合的团簇(C12、C11′、C22′、C12′)。

12.一种用于选择性地检测样本中的数量N≥2种不同种类的目标成分(T1、T2、...TN)的试剂盒，所述试剂盒包括N个类别的标记粒子(1、2、...N)，其中，每一类别中的标记粒子(1、2、...N)中的至少一个为磁性粒子，并且其中，每一类别的标记粒子可以经由类别特异性种类的目标成分(T1、T2、...TN)相互结合。

13.根据权利要求1所述的方法、根据权利要求2所述的设备(100)或者根据权利要求12所述的试剂盒，

其特征在于，至少一个类别的所有粒子为磁性粒子(1、2、...N)。

14.根据权利要求1所述的方法、根据权利要求2所述的设备(100)或者根据权利要求12所述的试剂盒，

其特征在于，不同类别的标记粒子(1、2、...N)具有基本相同的尺寸。

15.根据权利要求1所述的方法、根据权利要求2所述的设备(100)或者根据权利要求12所述的试剂盒，

其特征在于，所述标记粒子(1、2、...N)被涂覆以针对目标粒子(T1、T2、...TN)的类别特异性结合试剂。