CN102648413B - 多位置生物传感器及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在一个实施方案中检测生物标记物的方法，其包括：识别样品中的生物分子类型的数量，将所述样品暴露在多个测试位置，其中在所述多个测试位置中的测试位置数量等于或大于所识别的生物分子类型的数量，对于所述多个测试位置中的每一个测试位置设定各自的测试环境，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境不同于所述多个测试位置的其他每一个测试位置的测试环境，得到与所述多个测试位置中的每一个测试位置相关的检测信号，并基于所得检测信号确定生物分子类型中的一个的浓度。

Description

多位置生物传感器及相关方法
技术领域
本发明涉及诊断测试，并且更具体地涉及基于亲和性的诊断测试。 
背景技术
在个体的护理位置如病患的病榻处、在护理提供者的位置、或在病患家中可进行的诊断测试越来越普及。诊断测试包括涉及识别生物标记物，例如核酸、蛋白和小分子的测试。许多诊断测试装置含有基于亲和性的传感器，这些传感器被认为是检测生物标记物的现有技术。 
基于亲和性的生物传感器根据“钥锁”原理进行作用，所述原理中将对目的生物标记物具有非常高的缔合因子的分子用于检测。例如，妊娠测试盒可含有对hCG的β-亚基(βhCG)特异的单克隆抗体。该抗体与用于检测的标签物(tag)如金、胶乳或荧光团偶联。如果靶分子与偶联抗体结合，例如通过可见的测试线(visible test line)，可检测经标记的钥锁对。 
ELISA板和微阵列(例如核酸、肽和蛋白)具有相似的原理。图1显示了ELISA测试10，其中抗体12固定在底板14上。底板14可处于板孔中(未显示)。提供封闭液16以覆盖抗体12周围的底板表面。在常规的ELISA测试中，然后将包含目的分子18的样品加入固定了一级抗体的板孔中。然后，将样品培养一段时间。在培养过程中，封闭液16避免样品中的目的分子与底板14的表面结合，以避免错误结合。如图2所示，在培养过程中，目的分子18中的一些开始与抗体12中的一些结合。在培养之后，清洗残余样品以去除未结合的目的分子18。 
然后，将具有结合标记物22的二级抗体20加入板孔中，并进行培养和清洗得到图3的构造。如图3所示，经标记的二级抗体20与目的分子18结合，目的分子18进而与抗体12结合。由此，由抗体20与目的分子18结合的标记物22的数量正比于靶抗原(target antigen)的浓度。取决于所使用的标记物，使用比色法、电流测定法、磁力测定法、伏安测定法、发光检测法或荧光检测法可最终检测标记物的数量。或可使用其他无标记物的抗体方法例如表面等离子共振。 
检测测试中两个主要的品质因数包括灵敏度和交叉反应性；两者都影响最低检测浓度和诊断误差率。该测试中的灵敏度通常受限于标记物检测有确度、抗体-抗原对的缔合因子和表面上的探针抗体的有效密度。 
基于亲和性的传感器产生的一个问题是传感器对其他生物标记物的交叉反应性。也就是说，除了感应单一的目的生物标记物或目的分子，传感器还倾向于感应除了目的生物标记物之外的生物标记物。图4中显示了该交叉反应性的问题，其中ELISA测试30包含固定在底板34上的抗体32，封闭液36覆盖了底板32的大部分表面。此外，经标记的二级抗体38与目的分子40结合，目的分子40进而与一级抗体32结合。经标记的二级抗体38还与对一级抗体32和对经标记的二级抗体38显示出亲和性的分子42结合。例如P.A Benn等人,“Estimates for the sensitivity and false-positive rates for second trime ster serum screening for Down syndrome and trisomy 18 with adjustment for cross identification and doublepositive results,”Prenatal Diagnosis,Vol.21,No.1,pp 46-51,2001所报道的，对宽范围的生物标记物的灵敏度使得临床水平上的诊断测试的阴性/阳性的错误率提高。样品中其他分子(二级分子或抗原)的存在通过与一级抗体结合而影响最低检测浓度。 
该测试的有确度还可受物理吸附的影响。如图4中还显示的，在ELISA测试30中存在的一些特征物44(其是污染物或简单地是非匹配物(incongruity))还可能与经标记的二级抗体38结合。物理吸附的经标记二级抗体38由此产生增强的背景信号。 
在尝试消除与基于亲和性测试相关的各种灵敏度和干扰问题时，通常通过找到使目的分子对抗体的结合最大化的试剂和环境条件的组合而优化特定的测试。由此，优化可能必须伴随加入高选择性的抗体。 
为克服交叉反应性和背景问题将明显减缓新型测试的研发，并可提高总体测试的成本和复杂性。例如，ELISA测试的常规研发需要多位科学家工作一年以上以鉴别可接受的抗体。蛋白的交叉反应性是这些研发努力失败的常见原因。 
宽生物标记灵敏度的问题还可通过在测试装置中加入多个不同的基于 亲和性的传感器，然后测定生物标记物的相对浓度而消除。但该方法提高了制造测试装置的成本和与加工该测试装置相关的成本。 
人们对于进行含有低成本抗体的测验的装置和方法存在需求。进一步的需求存在于包括多路测试(multiplexed assay)、蛋白测试、测向流动装置、夹心测试(sandwich assay)、竞争性测试或基于微球的阵列的的低成本测试，所述基于微球的阵列提供了准确的结果和使用阵列的方法。提供比所谓的优化测试更精确的结果的方法和装置将是另一益处。 
发明内容
根据一个实施方案，检测生物标记物的方法包括识别样品中的生物分子类型的数量，将所述样品暴露在多个测试位置，其中在所述多个测试位置中的测试位置数量等于或大于所识别的生物分子类型的数量，对于所述多个测试位置中的每一个测试位置设定各自的测试环境，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境不同于所述多个测试位置的每一个其他测试位置的测试环境，得到与所述多个测试位置中的每一个测试位置相关的检测信号，并基于所得检测信号确定生物分子类型中的一种的浓度。 
根据另一个实施方案，测定样品中的生物标记物浓度的方法包括识别多个检测信号的检测信号提供者的数量，其中至少一个所述检测信号提供者是目的分子，将所述样品暴露于多个测试位置，其中在所述多个测试位置中的测试位置数量等于或大于所识别的检测信号提供者的数量，对于所述多个测试位置中的每一个测试位置设定各自的测试环境，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境不同于所述多个测试位置的每一个其他测试位置的测试环境，从所述多个测试位置中的每一个得到所述多个检测信号中的一个，并基于所得的多个检测信号确定目的生物分子的浓度。 
附图说明
图1显示了现有技术在ELISA阵列中当样品加入测试位置时的测试位置的示意图，所述的ELISA阵列中抗体和封闭液已在底板上形成； 
图2显示了图1中的测试位置，其中目的分子在经过培养和清洗之后 的该测试位置与图1中的一些抗体结合。 
图3显示了在已加入经标记的二级抗体，并且该测试位置已再次培养并清洗，使得经标记的二级抗体与经结合的目的分子结合之后的图2的测试位置。 
图4显示了现有技术在ELISA阵列中的测试位置的示意图，其中由于交叉反应性以及与底板表面的物理吸附，经标记的二级抗体与干扰分子结合，造成测试的背景杂音水平增大， 
图5显示了多位置生物传感器系统，其配置使单一样品暴露在不同的环境条件，使得能够测定样品中的目的分子的浓度，所述样品包含会增大检测信号的其他分子。 
图6显示了提供多个呈微阵列形式的不同测试位置的平台。 
图7显示了可用于在平台上的不同测试位置设立不同的测试环境以将样品暴露在多种测试环境下的方法。 
图8显示了测试位置的示意图，其中经标记的二级抗体与目的分子结合，因交叉反应性与干扰分子结合，并且物理吸附在衬底表面上，造成测试的背景噪音水平增大。 
图9显示了与图8的测试位置相同地形成，并暴露于图8的测试位置暴露的相同样品的测试位置的示意图，但在培养过程中维持在不同于图8的测试位置的温度的温度下，造成对于不同信号提供者的不同的结合效率。 
图10显示了具有不同浓度的目的分子的样品的模拟检测信号图，其显示出随着样品中的目的分子浓度的增大，检测到的信号呈线性增大； 
图11显示了具有不同浓度的目的分子和使检测信号增大的另一种分子的样品的模拟检测信号图，其显示来自目的分子的信号被来自其他分子的信号掩蔽(mask)。 
图12显示了使用图7的程序校正来自另一种分子的增大信号之后，多个样品中的来自目的分子的经计算的信号提供图； 
图13显示了在两个不同温度下的来自两种不同的抗体样品的检测信号的图、以及来自含有两种抗体的样品的预计信号和检测信号的图；和 
图14显示了来自含有图13的两个抗体的样品的预计信号和检测信号之间的相关性图。 
具体实施方案
出于促进理解本发明原理的目的，在此将参照在附图中显示，并在以下说明书中描述的实施方案。应理解并不由此限定本发明的范围。还应理解本发明包括对所示实施方案的任意变化和修改，并且包括本发明原理的其他应用，如同本发明所属技术领域的技术人员会通常想到的。 
参照图5，显示了总地命名为100的多位置生物传感器系统的代表。该生物传感器系统包含I/O装置102、处理电路104和存储器106。I/O装置102可包含用户界面、图形用户界面、键盘、定位装置(pointing device)、远程和/或本地通讯连接、显示器和能够向生物传感器系统100提供外部产生的信息，并且能够将生物传感器100的内部信息向外沟通的其他装置。 
处理电路104可合适地是通用型计算机处理电路例如微处理器及其辅助电路。处理电路104是可操作以进行运算的，所述运算在此是处理电路104的属性。 
存储器106中是各种程序指令108。程序指令108(其中的一些以下将更详细地描述)是处理电路104和/或(若合适)任何其他适宜的组件可执行的。亲和性数据库110也位于存储器106中。 
生物传感器系统100还包含环境控制设备112和环境检测器套件114。在该实施例中，在图6所示的微阵列120中，配置环境控制设备112以设立并维持环境条件。多种方法可用于形成微阵列平台120。例如，美国专利5,807,522公开了用于形成微阵列的方法。微阵列平台120包含多个不同的子阵列(subarray)122。子阵列122包含多个测试位置124。子阵列122的数量和各子阵列122中的测试位置124的数量在本发明的范围中可变化。在该实施方案中，可操作环境控制设备112以在微阵列平台120中设立温度曲线。在各测试位置124中的有确温度可通过检测器套件114检测。 
系统100还包含标记物读取器116。标记物读取器116可与系统100的其他组件一起包含在单一装置中。可选地，系统100的一个或多个组件可提供作独立装置，所述独立装置可远离系统100的其他组件。 
用对捕获目的生物分子有效的捕获剂形成测试位置124。参照图7的程序130提供有关生物传感器系统100的其他细节。处理器104执行程序指 令108以执行图7中的程序130中的至少部分。在不同的实施方案中，可修改程序130以根据特定标准包含更多或更少的程序。 
在方框132处识别目的分子，然后识别对目的分子具有亲和性的抗体(方框134)。然后确定在至少两个不同的环境条件下目的分子(αi)与所识别的抗体的结合效率系数(方框136)，并储存在亲和性数据库110(方框138)的一个中。 
然后识别可能存在于测试样品中的测试信号干扰或噪音的可能来源(方框140)。信号干扰的识别可包含例如识别样品中的对识别抗体已具有亲和性的可能分子或潜在分子。然后对于各不同的环境条件，确定各噪音来源(αn)与已识别的抗体的结合效率系数(方框142)，并储存在亲和性数据库110的一个中(方框144)。 
在方框146处，通过将所需量的所选捕获剂沉积在各测试位置124中而形成微阵列平台120。在可选的实施方案中，可使用第一捕获剂形成测试位置124的子集(subset)，同时使用第二捕获剂形成测试位置124的另一子集，以在单一的微阵列平台120中进行两项独立的测试。在单一微阵列平台120中还可有其他的构造。例如，子阵列122之一中的各测试位置可由相同的捕获剂形成，而各子阵列122包含不同的捕获剂。将该实施方案中使用特定捕获剂形成的测试位置124的数量被选为至少与以上识别的噪音来源数量加上目的分子的数量相同。 
一旦形成微阵列平台120，将样品加入所选的测试位置组124中，如果环境还未设立，控制各所选的测试位置组124中的环境以在各所选的测试位置组124中设立不同的测试环境(方框150)。在该实施例中，被控制的环境条件是温度。由此，设立了遍及微阵列平台120的温度曲线。取决于具体实施方案，这可通过向各所选的测试位置组124或子阵列122提供特别的加热器/冷却器而实现。在其他实施方案中，在微阵列平台120的一端施热，并将散热器热连接在微阵列平台120相反端上以设立遍及微阵列平台120的热梯度。 
然后在设立的测试环境下在预设的时间里培养样品(方框152)。在培养过程中，通过环境检测器套件114监测各所选的测试位置组124中的实际测试环境，并将指示设立的测试环境的数据提供至处理电路104(方框 154)。当已充分培养样品时，清洗测试位置组124(方框156)，并将经标记的二级抗体加入至所选的测试位置组124中(方框158)并培养(方框160)。然后清洗所选的测试位置组124(方框162)，并通过标记物读取器116检测在测试位置124中残余的标记物(方框164)。根据与在所选的测试位置组124中残余的标记物量相关的信号，通过处理电路104计算样品中的一种或多种目的分子的浓度。 
由于对于一个具体的所选的测试位置组124，通过标记物读取器116得到的信号是包含目的分子和各噪音来源如干扰分子的信号提供者的总和，所以计算一种或多种目的分子的浓度是可能的。例如，图8显示了包含在底板184上形成的抗体182的测试位置1801。抗原186已与部分抗体182结合。部分干扰性抗原188也已与部分抗体182结合。经标记的二级抗体190已与各已结合的抗原186和各已结合的干扰性抗原188结合。部分经标记的二级抗体190已物理吸附在底板184的经封闭表面上。 
来源于各提供者的信号的相对比例取决于具体提供者的浓度、其他提供者的浓度和各提供者的初始沉积的捕获剂的相对亲和性。以下公式反映了其关系： 
S1＝α1-1C1+α1-2C2+....α1-xCx
其中 
S1是在位点(spot)1221中所检测的标记物相关的信号， 
α1-1是在位点1221中设立的环境下与经识别的提供者(1至x)的亲和性成正比的结合效率，和 
C是识别的提供者(1至x)在样品中的浓度 
因此，由于所选的测试位置组124的数量至少等于干扰提供者的数量加一，所以检测信号的数量将等于经识别的干扰提供者加上目的分子的数量。各种来源对总信号的作用和总信号的值将在测试位置之间变化。例如，图9显示了与测试位置1801相同地形成，并且暴露于与用于测试位置1801的样品相同的样品的测试位置1802。在各测试位置180x中的测试环境是不相同的。由此，与目的分子结合的经标记的二级抗体190已从图8中的2个增至图9中的4个。此外，与干扰性抗原结合的经标记的二级抗体190已从图8中的2个增至图9中的3个。 
由此，如果在样品中识别出3个噪音提供者，例如非特异性地与一级抗体位置结合并防止生物标记物结合的分析物形成夹心并产生错误信号的分析物、物理吸附在测试位置表面上并产生错误信号的分析物，那么目的分子与4个测试位置例如四个测试位置124，是方框144处形成的最小数量的单元。由此将得到4个信号，如以下公式所反映的： 
S1＝α1-1C1+α1-2C2+α1-3C3+α1-4C4
S2＝α2-1C1+α2-2C2+α2-3C3+α2-4C4
S3＝α3-1C1+α3-2C2+α3-3C3+α3-4C4
S4＝α4-1C1+α4-2C2+α4-3C3+α4-4C4
各术语由此与结合效率因子α成正比，α是分子亲和性和其他测试条件例如质量传递的函数。由此，由于在各测试位置124中使用相同样品，并且由于在各测试位置124中的特定环境目的分子和干扰性抗原的结合效率是已知的，程序130提供4个公式和4个变量。各提供者的浓度由此可以已知的方式确定。由此，还可确定样品中的多个目的分子的浓度。实际上，该信号是噪音性的，并且可能将线性估计算法用于估计对于任何具体信号所使用的值。此外，可将一个或多个传感器位置用作控制位置以改进程序130的精确度。 
在选择方框148处控制的环境因素中一项重要的考量是确保各提供者的结合效率因子与其他提供者相比对于各选择测试位置组124所选的不同环境的结合效率因子不表现出线性变化。造成样品中的信号提供者之间的结合效率的大差异的环境因素将改善精确度。最优化地，单一的环境因素将提供充分的结合效率差异。但是，如需要，多个因素可以不同的组合改变以提供充分的数据解析未知定量。由于包括了其他因素，测试位置的最小数量和后续计算的复杂程度也增加。 
在前述的实例中，控制各测试位置组124中的温度以提供不同的结合效率。在加入CMOS技术的实施方案中，使用片上电阻例如多晶硅电阻或集成帕尔贴元件来设立芯片中的温度梯度。低功率的片上温度传感器可用于精确地测定各测试位置中的温度。由此可将多位置生物传感器供给于印刷电路板、印刷电路玻璃、印刷电路塑料底板上或具有金、玻璃、环氧化 物、聚合物或凝胶涂层的CMOS芯片上，或甚至在孔板例如96孔板中。如需要，可在印刷电路板或CMOS芯片中提供控制、读取以及用于控制的传感。CMOS技术使得多个传感位置可邻近地构成。这有助于保持测试位置中的非控制性环境因素的均一性。芯片可以是使用孤立微流体或毛细管原理的系统中的一部分，或者可与单独设置的装置一起使用。如需要，可将信号估算和测试数据硬编码(hard code)在CMOS芯片上。 
温度不是唯一的可用于设立不同测试环境的环境因素。如F.A.Armstrong,“Recent developments in dynamic electrochemical studies of adsorbed enzymes and their active sites,”Current Opinion in Chemical Biology，Vol.9,No.2,pp 110-117,2005、R.J.Heaton等人,“Electrostatic surface plasmon resonance:direct electric field-induced hybridization and denaturation in monolayer nucleic acid films and label-free discrimination of base mismatches,”Proceedings of National Academy of Science,Vol.98,No.7,pp.3701-3704,2001和I.Wong等人,“Dynamic control of biomolecular activity using electrical interfaces,”Soft Matter,Vol.3,No.3,pp 267-274,2007所报道的，已显示培养在其中进行的电场可改变分子的结合效率。 
在一些实施方案中，可将各测试位置中的电场控制成不同于各其他测试位置中的电场。电场可用于改变例如局部浓度、PH等。其基本机理包括电解和离子吸引。AC信号的使用可进一步通过在样品中产生离子运动，例如通过电液动力效应(electrohydrodaynamic)提供局部混合。提供前述作用的许多电压范围是与CMOS相容的。由此，可使用具有表面电极的CMOS芯片。取决于所需要的效果，在具体的测试位置可设置一个、两个或更多个电极，这些电极可暴露于测试样品或与样品隔离。另一制造方法包含具有电极(如ITO、金)的玻璃片或具有印刷电极(如碳、金、银)的塑料或纸膜。 
控制测试环境的另一种方法是通过使用磁微球和受控的磁场。磁微球用对某范围的生物分子，例如抗体、环氧化物、核酸或适体(aptamer)具有高亲和性的分子功能化。当磁微球在传感器位置中运动，不同的分子将以不同速率与它们结合，由此刮擦测试位置表面并“清洁”测试位置。控制测试位置中的磁场将影响在各测试位置中发生的“清洁”程度，由此取决于分子和抗体之间所形成的结合的强度而改变不同分子的结合效率。由于 CMOS集成线圈只能产生适中的磁场，所以在各种实施方案中可使用外磁体以将磁场偏置为理想的值。 
用于设立不同测试环境的另一个实施方案在测试位置形成中用了多种捕获剂。通过改变捕获剂的相对浓度，在各测试位置中可改变具体的样品中对于提供者的结合效率。各测试位置中捕获剂的配方可以是不同的抗体、适体、核酸或其他生物分子。因此，只要在至少两个提供者之间效率的充分变化可受捕获剂的相对浓度改变的影响，即使捕获剂不是非常特异性的，捕获剂也可以是有用的。 
通过具有在多个位置之间改变单一捕获剂浓度的配方，相似的实施方案实现了一个或多个提供者的结合效率的变化。另一方法是当清洗位点时，在不同测试位置上使用不同压力来调节亲和性。压力调节可在流体设置中实现。 
加入标记物读取器116的一个或多个传感器的类型将根据所使用的具体标记物而变化。因此各种实施方案可使用发光、荧光、比色、电化学、阻抗和磁传感器。所述传感器配置以能够使所选的一个或多个测试位置产生的信号被隔离。类似地，并入环境检测器套件114中的传感器可包括IR传感器和霍尔传感器。可设置AMR传感器或GMR传感器以监测测试位置表面上的磁微球密度。基于ISFETs或CMOS的电荷检测电路可用于电化学的实施方案中。 
使用模拟模型确认程序130的有效性，所述模拟模型基于从小鼠抗链霉亲和素单克隆抗体和兔抗链霉亲和素多克隆抗体的试验中取得的参数。在模拟中，在两个测试位置中使用相同标记物和相同捕获剂时，通过在两个测试位置上设立两个不同的温度，通过调节两个不同测试位置上的抗体亲和性而区别两个不同抗体。 
首先模拟出AB宝石抗体(diamond antibody)的不同浓度的检测信号。将从AB宝石抗体的纯样品中的信号结果绘制在图10的图线400中。图线400表示当AB宝石抗体的浓度从1至2、至4然后至8pg/ml增大时，检测信号基本上呈线性形式增大。 
图11绘制了当在不同浓度的AB圆抗体(circle antibody)的存在下，AB宝石抗体从1至2、至4然后至8pg/ml增大时得到的信号的图线410。在 形成图线410的模拟所选择的温度下，AB宝石抗体和AB圆抗体显示出相似的结合效率。当AB宝石抗体从1至2、至4然后至8pg/ml增大时，AB圆抗体的浓度分别从8至4、至8，并返回4pg/ml。图线410表示AB圆抗体的存在掩蔽了AB宝石抗体产生的信号。 
在模拟中，对于两个的不同温度，建模的AB宝石抗体和AB圆抗体的结合效率具有6％的误差。标度化(normalize)为第一测试位置处的结合效率的AB宝石抗体的结合效率在第二测试位置处下降至0.6。标度化为第一测试位置处的结合效率的AB圆抗体的结合效率在第二测试位置处下降至0.3。用于产生图线410的AB宝石抗体和AB圆抗体的相同组合之后被用于两个测试位置中具有温差的图7中的程序130以产生数据。在图12的图线420中显示出从模拟情况得到的结果。 
在图12中，将从AB宝石抗体得到的根据程序130的计算检测信号绘制为线422。基于纯AB宝石抗体的信号在图4中显示为图线424。图线422和图线424的斜率比较显示出模拟信号(图线422)和实际信号(图线424)之间的良好相关性，其偏差低于10％。 
另外通过使用图7的程序130中的计算以预测不同温度下的不同抗体组合得到的组合信号而试验性地确认图7的程序130。在该试验中，在具有兔pAb、小鼠mAb和生物素的链霉亲和素板上的测试位置暴露在不同温度下。将一个测试位置设定在23℃，并将第二个测试位置设定在47℃。升高的温度对于pAb、mAb和生物素分别产生2.5x、1.9x和1x的增大的结合效率。 
来自不同浓度的pAb和mAb抗体的检测信号显示在图13的图线430中。在图13中，图线432显示来自23℃下的纯pAb样品的检测信号，而图线434显示来自47℃下的纯pAb样品的检测信号。此外，图线436显示来自23℃下的纯mAb样品得到的检测信号，而图线438显示来自47℃下的纯mAb样品得到的检测信号。 
然后将上述根据图7的程序130的计算用于预测将在两个测试位置处检测包含pAb和mAb的样品的信号。在图13中，三角440显示了23℃下的以1：1比例混合的pAb/mAb样品将得到的预测信号，而宝石442显示了根据程序130，在47℃下的以1：1比例混合的pAb/mAb样品将得到的预测信号。 
然后使用以1∶1的比例组合的pAb和mAb进行试验，并得到不同浓度的信号。在图13中，加号(+)444表示从23°C下的pAb/mAb混合样品得到的试验信号。而方块446表示从47°C下的pAb/mAb混合样品得到的试验信号。图13表示达到了预计信号和试验信号的斜率之间良好的相关性。 
在图14中提供了试验信号对预计信号的进一步对比。在图14中，圆450表示的数据点显示对于23°C下的pAb/mAb混合样品的预计信号和测试信号之间的相关性，并且方块452显示对于47°C下的混合样品的预计信号和测试信号之间的相关性。 
甚至在产生使标记物检测信号增大的其他抗体的存在下，由此可得到目的分子浓度。具体测试的背景噪音还可显著提高检测信号。各种先进的检测和控制方法可用于减少或消除这种背景噪音以提高程序130的灵敏度。 
所述程序130可由此用于各种测试位置平台，包括96孔板、具有更少或更多孔的板、微阵列平台、印刷电路板平台、CMOS芯片平台、多路测试、蛋白质测试(protein array)、测向流动装置、夹心测试、竞争性测试、微球测试(bead based array)或其他合适的平台。程序130还可用于各种目的分子的检测和除了抗体之外的不同类型的分子。例如，程序130还可用于检测核酸、蛋白质或小分子。 
尽管在附图和上述说明书中详细说明和描述了本发明，但应将其认为是示例性且非限制性的。应理解仅提供了优选实施方案，并且希望保护在本发明精神中的所有变化、修改和其它应用。 

Claims (18)

1.检测生物标记物的方法，其包括：
识别样品中的生物分子类型的数量；
将所述样品暴露在多个测试位置，其中在所述多个测试位置中的测试位置数量等于或大于所识别的生物分子类型的数量；
对于所述多个测试位置中的每一个测试位置设立各自的测试环境，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境不同于所述多个测试位置的其他每一个测试位置的测试环境，并且配置所述多个测试位置中的每一个测试位置以捕获每一种所述生物分子类型；
对于经识别的生物分子类型中的每一个类型，确定其在多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境中的结合效率；
得到与所述多个测试位置中的每一个测试位置相关的检测信号；和
基于所得的检测信号和经确定的结合效率，确定生物分子类型中的一种的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定浓度包括：
将至少一种线性估计算法用于所得的检测信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中设立各自的测试环境包括：
对于多个测试位置中的每一个测试位置，控制以下的环境因素：温度、电场、磁场、pH和缓冲液类型中的至少一种环境因素，使得受控的至少一种环境因素在多个测试位置中的至少两个测试位置之间不同。
4.根据权利要求3所述的方法，其中控制至少一种环境因素包括：
控制所述的至少一种环境因素，使得受控的至少一种环境因素在多个测试位置中的每一个测试位置不同于多个测试位置中其他每一个测试位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中各自的测试环境的设立包括：
提供至少一种捕获剂；
对于多个测试位置中的每一个测试位置确定各自的捕获剂配方，其中多个测试位置中的每一个测试位置的捕获剂配方不同于多个测试位置中其它的每一个测试位置的捕获剂配方；和
在多个测试位置中的每一个测试位置中根据经确定的配方固定至少一种捕获剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一种捕获剂包括多种捕获剂，所述多种捕获剂中的每一种捕获剂显示出的对一个或多个经识别的生物分子类型的亲和性与所述多种捕获剂中的另一种捕获剂对于一个或多个经识别的生物分子类型的亲和性不同。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的所述捕获剂配方包含所选的所述至少一种捕获剂中的一种，所述的至少一种捕获剂不同于多个测试位置中其它测试位置的至少一种捕获剂。
8.根据权利要求5所述的方法，其中多个测试位置中的第一个测试位置的所述的捕获剂配方包含所选的至少一种捕获剂中的一种，所述的至少一种捕获剂与多个测试位置中的第二个测试位置的至少一种捕获剂相同。
9.根据权利要求8所述的方法，其中多个测试位置中的第一个测试位置中所述的所选的至少一种捕获剂中的一种的浓度大于多个测试位置中的第二个测试位置中的所选的至少一种捕获剂中的一种的浓度。
10.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
在多孔板中的各孔中形成多个测试位置中的每一个测试位置。
11.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
在CMOS底板上形成多个测试位置中的每一个测试位置。
12.测定样品中生物标记物浓度的方法，其包括：
识别多个检测信号的检测信号提供者的数量，其中至少一个所述检测信号提供者是目的分子；
将样品暴露于多个测试位置，其中在所述多个测试位置中的测试位置数量等于或大于所识别的检测信号提供者的数量，并且配置所述多个测试位置中的每一个测试位置以捕获每一个所述检测信号提供者；
对于所述多个测试位置中的每一个测试位置设立各自的测试环境，其中所述多个测试位置中的每一个测试位置的测试环境不同于所述多个测试位置的其他每一个测试位置的测试环境；
对于各检测信号提供者，确定其在多个测试位置中的每一个测试位置的各测试环境的结合效率；
从所述多个测试位置中的每一个测试位置得到多个检测信号中的各个检测信号；和
基于所得多个检测信号和经确定的结合效率，确定目的生物分子的浓度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中设立各自的测试环境包括：
对于多个测试位置中的每一个测试位置，控制以下的环境因素：温度、电场、磁场、和pH中的至少一种环境因素，使得受控的至少一种环境因素在多个测试位置中的至少两个测试位置之间不同。
14.根据权利要求13所述的方法，其中控制至少一种环境因素包括：
控制至少一种环境因素，使得受控的至少一种环境因素在多个测试位置中的每一个测试位置不同于多个测试位置中其他每一个测试位置。
15.根据权利要求12所述的方法，其中设立各自的测试环境包括：
提供至少一种捕获剂；
对于多个测试位置中的每一个测试位置确定各自的捕获剂配方，其中多个测试位置中的每一个测试位置的捕获剂配方不同于多个测试位置中其它每一个测试位置的捕获剂配方；和
在多个测试位置中的每一个测试位置中，根据经确定的配方固定至少一种捕获剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一种捕获剂包含多种捕获剂，多种捕获剂中的每一种捕获剂对于一个或多个经识别的生物分子类型显示出的亲和性不同于多种捕获剂中另一种捕获剂对于一个或多个经识别的生物分子类型的亲和性。
17.根据权利要求12所述的方法，其还包括：
在多孔板中的各孔中形成所述多个测试位置中的每一个测试位置。
18.根据权利要求12所述的方法，其还包括：
在CMOS底板上形成所述多个测试位置中的每一个测试位置。
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