CN105263628A - 在侧流免疫分析中产生pH/温度/离子梯度用于调节生物分子的相互作用及其应用 - Google Patents

在侧流免疫分析中产生pH/温度/离子梯度用于调节生物分子的相互作用及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物(3)的检测位点(8)的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料并沿流动方向被分成平行道(7)的固体载体(5)。所述装置包括用于接收样品的样品部；诊断部，所述诊断部包括检测位点(8)的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物(3)的探针，其中在所述多位点阵列的每个检测位点，可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间相互作用的条件；用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；以及用于驱动和控制条件的电极(10)。所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部流向吸收剂部的毛细流，所述样品由此流过所述诊断部中的每个检测位点的探针，以提供所述样品和探针之间的接触。本发明还公开了使用所述侧流检测装置测定样品中的分析物的浓度的方法。

Description

在侧流免疫分析中产生pH/温度/离子梯度用于调节生物分子的相互作用及其应用
相关申请的交叉引用
本发明要求于2013年3月13日提交的美国专利申请号为13/800,328的权益。该申请的内容在此通过援引并入本文。
技术领域
本发明涉及一种作为生物传感器的用于侧流(LF)检测的装置，改进该LF检测装置以及在诊断方法中使用该LF装置的方法。
背景技术
最近人们对预测性、预防性并且尤其是个体化用药越来越关注，其要求诊断测试具有高重现性、敏感性和特异性。侧流(LF)检测装置包含这样的诊断测试并且在即时诊断中是一项十分成熟的技术。当与其它诊断技术例如ELISA和PCR/Q-PCR相比较时，LF检测装置具有快速、简单、高度自动化以及成本有效的优势。相对容易制造、长保存期并且客户容易使用是使LF检测装置非常有吸引力的一些其它优势。
LF检测装置通常被用作诊断装置，其中主要焦点是提供简单的是或否答案的定性系统。然而目前，人们对更敏感、定量以及多路复用测量的需求越来越高，这要求实现阅读器体系。
在LF检测装置中最常见的传感方法是视觉传感，通常通过视觉检测来测定比色、荧光或其它视觉变化作为检测结果。使用试剂标签来实现包括胶体金、乳胶颗粒、碳、荧光分子和化学发光分子的这些变化。然后可施加酶反应来放大信号。使用标签的视觉检测的主要问题是：在没有放大的情况下相对差的检测极限，根据检测不能获得动态信息，以及根据检测没有获得定量信息。对于替代视觉表征的方法有明显需求，替代方法在保持简单、快速、成本有效的装置的同时可提供定量实时分析，这使得LF检测更吸引人。
理想的LF检测是使用病人样品直接进行，而不需要纯化，因为这降低了在分析之前进行处理的时间、复杂性和成本。不幸的是，原始样品中的很多各种生物分子增加了检测内的非特异性交叉反应性的机会，这可能导致如图1举例说明的假阳性读取。虽然这可通过开发更好的、更特效的探针分子来避免，但开发过程是昂贵且费力的，并且不能保证彻底消除交叉反应性。然而，众所周知的是，在特异性和非特异性结合相互作用之间反应动力学和结合强度是不同的。此外，这些结合特征是容易受到局部环境因素包括温度、pH和离子强度的影响而改变。通过可控地改变局部环境参数，可以更好地表征所检测的相互作用为特异性或非特异性。
在LF检测装置中影响所产生的信号的一些其它关键因素包括温度和溶液的离子强度(包括pH)或局部环境。为了提供更精确的定性和/或定量的诊断装置，包括测量和影响这些条件的传感器和致动器(actuator)可以可控地改变局部环境参数。
美国专利申请2011/0091870描述了一种提供多点检测平台的生物传感器，其中在该生物传感器中的多位点可以经受不同反应条件，以调节生物分子分析物(例如蛋白质)与探针分子的结合。例如在具有四个位点的生物传感器中检测到的信号也可具有若干部分例如四个。这四项对应例如所感兴趣的生物标记的浓度、样品中与初级抗体位点非特异性结合并且阻止所述生物标记结合的分析物的浓度、样品中形成夹心并产生错误信号的分析物的浓度，以及最后，样品中与表面物理吸附并产生错误信号的分析物的浓度。每项还与结合效率因子αij成比例，所述结合效率因子是分子亲和性和其它检测条件例如流速的函数。通过分别控制在每个位点的条件，不同位点将表现出不同的效率因子。精确测量每个位点的信号可产生多个方程式和多个未知数，例如：
其中Cag对应靶向生物分子分析物的浓度，以及Cj1、Cj2、Cj3对应在背景信号中导致不同项的各分子的总浓度，如图2所示。
在不同位点精确控制检测条件，这可极大地改变结合效率因子，导致可获得由所感兴趣的生物分子分析物的定量或更精确的定性测定的数据阵列。此外，在侧流检测装置上使用电检测和电化学检测可明显提高当前的即时诊断。
发明内容
本发明提供一种具有检测位点的多位点阵列的侧流检测装置，所述装置包括至少一个电极，其中每个电极可包括驱动元件和/或传感元件。该侧流检测装置可控制影响样品中所感兴趣的生物分子分析物的信号强度的一个或多个参数，和测量所感兴趣的生物分子分析物的信号强度，以测定其在样品中的浓度。在侧流检测装置中的这些集成电极不仅可控制局部环境参数例如pH、温度和离子浓度，而且还可测量这些参数，所述参数包括例如当样品流过所述装置时的流速、流形态、温度或离子强度。该侧流检测装置还可测量来自在多位点阵列中的每个位点中所感兴趣的生物分子分析物的信号，以测定其在样品中的浓度。
在一个实施方案中，本发明提供一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在多位点阵列的每个检测位点可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间的相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；以及
d)至少一个电极；
其中，所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部a)流向吸收剂部c)的毛细流，样品由此流过诊断部中的每个检测位点的探针，以提供样品和这种探针之间的接触。
本发明所述的以侧流检测装置形式的生物传感器可与例如CMOS、电极阵列或基于TFT的生物传感器集成，以使在所述具有检测位点的多位点阵列的侧流检测装置中的检测位点之间的结合效率发生变化。此外，在LF测试装置中的至少一个电极与用于计算样品和/或所感兴趣的生物分子分析物的一个或多个参数的处理单元连接。所计算的一个或多个参数是影响来自结合的所标记的生物分子分析物络合物的信号强度的那些，从而影响样品中的分析物的浓度的计算。因此，在LF检测装置中的集成电极不仅调节在检测位点的局部环境处的pH、离子浓度和/或温度，而且还可测量影响样品中所感兴趣的生物分子分析物的浓度的精确测定的其它参数，例如样品流过LF检测装置的诊断部的流速和流形态。
在另一个实施方案中，本发明提供一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料且沿流向被分成平行道的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在多位点阵列的每个检测位点处可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间的相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；
d)作为驱动元件的至少一个电极；以及
e)作为传感元件的至少一个电极；
其中，所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部a)流向吸收剂部c)的毛细流，样品由此流过诊断部中的每个检测位点处的探针，以提供样品和这种探针之间的接触。
在另一个优选的实施方案中，本发明提供一种用于测定生物样品中的生物分子分析物的浓度的方法，所述方法包括：
a)提供侧流检测装置，所述侧流检测装置包括检测位点的多位点阵列，其中在检测位点可独立地改变用于生物分子分析物相互作用的条件，所述侧流装置具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，所述侧流装置包括用于接收样品的样品部、包括检测位点的多位点阵列的诊断部、用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部，作为驱动元件的至少一个电极、以及作为传感元件的至少一个电极；
b)将生物样品加入所述侧流检测装置的样品部，样品由此流过诊断部中的每个检测位点的探针，以提供样品和探针之间的接触；
c)在样品和探针之间接触之后，从每个检测位点的每个传感元件获得信号；
d)从不是位于检测位点的每个传感元件(如果有)获得信号；以及
e)由步骤c)和d)中获得的信号测定生物分子分析物的浓度；
其中每个驱动元件的激活改变每个检测位点的至少一个局部环境参数。
样品中的生物分子分析物的浓度通过测定与所述侧流检测装置的诊断部结合的生物分子分析物的信号强度，并且考虑对于流过侧流免疫分析装置的诊断部的样品所测定的一个或多个参数来计算。
附图说明
图1：说明交叉反应性问题的示意图。图a)显示没有交叉反应发生以及所有信号均是特异性相互作用的结果的理想方案。图b)显示非所感兴趣的抗原(菱形)的分子可结合初级抗体或表面并且产生错误信号或阻止抗原形成夹心。
图2：多位点侧流系统和所检测的信号中的成分的示意图。在图下方的两个图对应两个位点。
图3：侧流装置的横截面的示意图。电极、驱动元件或传感元件可以是背衬(backing)、粘合剂、膜或膜的上方、和/或它们的组合中的一部分。
图4：具有一系列控制流体通道以防止通道之间侧流交叉混合的图案化侧流装置的示意图。
图5：多位点侧流系统的示例性实施例，所述系统包括：(11)用缓冲盐来改变pH(例如pH5)的印刷区域，或改变温度(例如40度)的区域，或用氯化钠来改变离子浓度(例如250mM)的印刷区域；(12)用缓冲盐来改变pH(例如pH6)的印刷区域，或改变温度(例如30度)的区域，或用氯化钠来改变离子浓度(例如500mM)的印刷区域；(13)用缓冲盐来改变pH(例如pH7)的印刷区域，或改变温度(例如30度)的区域，或用氯化钠来改变离子浓度(例如750mM)的印刷区域；(7)在侧流图案化限制流体的区域，以防止通道之间的侧交叉混合，例如可包括屏障、固体、疏水材料；(15)检测线和控制线；以及(16)用于测定生理参数(例如温度、pH、离子浓度、流动情况、分析物浓度)的传感区。其中n代表具有一个或多个缓冲盐区域以改变pH(例如pH1-12)的第n个印刷区域，或改变温度(例如0-120度)的区域，或用氯化钠来改变离子浓度(例如50-5000mM)的印刷区域，或用传感元件来测定生理参数的区域，或上述区域的组合。
图6：举例说明本试验方法流程的流程图。
具体实施方案
电子传感器可被集成到侧流(LF)检测装置上用于调节局部环境参数或条件和/或测定样品的可测量参数，这些参数影响在这些样品中所感兴趣的生物分子分析物的浓度的精确测量。还可将如在美国专利申请13/658,614中描述的不同种类的印刷电子传感器集成到侧流检测装置上(流速传感器、流形态传感器、温度传感器)，其应用在此通过援引将其全部内容并入本文。几乎每个印刷方法可用于印刷这些导电电极，例如丝网印刷、凹版印刷或喷墨印刷，以及喷涂或刷涂技术。用于这些电子传感器的材料包括例如银、铂、碳、铜或金墨或糊剂。
由于导电材料的一些溶剂可腐蚀在LF检测装置的诊断部中所使用的膜(尤其是硝酸纤维素)，所述电极还可被施加在该装置的不同部位上，例如在背衬穿过背衬上的硝酸纤维素膜的下方。例如，图3显示了用于在LF检测装置中集成印刷电极驱动元件或传感元件的一些替代方法。这些包括在背衬上或膜下方的支撑材料上印刷电极，其中所述电极可穿过背衬或固体载体材料。或者，将所述电极印刷在诊断部(诊断膜)或在LF检测装置的这些诊断部的缝隙中。在另一个方法中，所述电极不是印刷电极而是包括被施加至或穿过LF检测装置的各个部中的一个或多个的非印刷电极。所述电极可被印刷至固体载体的样品部、诊断部，和/或吸收剂部中的一个或多个上。优选地，将所述电极印刷在包含与分析物相互作用的粘结剂材料的所述装置的诊断部上。或者，所施加的电极是非印刷电极。
因此，本发明提供一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在多位点阵列的每个检测位点处可独立地改变生物分子分析物和探针之间的相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；以及
d)至少一个电极，
其中，所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部a)流向吸收剂部c)的毛细流，样品由此流向诊断部中的每个检测位点的探针，以提供样品和探针之间的接触。样品中的分析物与在诊断部的检测线或检测位点的结合剂的结合(以及配对)将导致在该位置产生信号。所产生的信号的强度是施加至装置的样品部的样品中所感兴趣的生物分子分析物的浓度的显示。从多个检测位点收集这些信号数据，其中按照可控制方式改变影响样品中所感兴趣的生物分子分析物和结合剂之间在检测线或检测位点的相互作用的局部环境参数，从而提供更精确的测量用于计算样品中的生物分子分析物的浓度。
在该装置中，可将样品部、配对部(如何有)、诊断部和吸收剂部置于单个固体载体或背衬材料上。该固体载体或背衬材料可以是柔性的但是惰性的，并提供足够的支撑来维持样品的毛细流通过吸收剂材料的各部。
LF检测装置的诊断部可以使用膜来制得。这种诊断膜例如可以选自硝酸纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、任选经过电荷改性的尼龙膜、以及聚醚砜膜。所述诊断膜还包括用于分析物的固定结合剂。这种结合剂可以是任意分子或生物分子，生物分子分析物与其相互作用，从而产生被固定到诊断膜上的结合剂-分析物/配位络合物。这种结合剂的实例可以是抗体、抗原、蛋白、酶或其一部分，底物或其一部分，缩氨酸，DNA或RNA。
在形成或清洗探针/生物分析分析物络合物(配位络合物)时所存在的pH、温度和盐浓度对配位络合物的解离常数(Kd)具有重大影响。用于特定的相互作用的解离常数的改变导致分析物在检测线或检测位点形成配位络合物的结合效率的变化，由此可获得信号。通过集成一系列pH、温度和/或盐的修改元件(modificationelement)，可在单个侧流装置上探测到多个结合条件以改善测量质量。
为了改变在LF检测装置的检测位点的多位点阵列中的pH或离子(盐)浓度，可使用在US专利申请13/543,300中所描述的方法，其应用在此通过援引将其全部内容并入本文，在所述方法中可改变影响所感兴趣的生物分子分析物和在生物传感器中的LF检测装置的诊断部之间的结合的这些局部环境参数。简言之，该调节pH或离子浓度的方法包括在LF检测装置中提供电极作为驱动元件，向样品溶液中或由与LF检测装置中的膜接触的单独的容器加入电化学活性试剂、酶、酶底物、缓冲抑制剂或它们的组合，当样品流过LF检测装置的膜时所述容器被使用，以及在检测位点使电化学活性试剂、酶、酶底物或它们的组合反应以产生H+离子或OH-离子，或使用缓冲剂提高H+离子或OH-离子的扩散，或使用缓冲抑制剂抑制H+离子或OH-离子与缓冲盐之间的相互作用。
因此，在LF检测装置中可使用电极或酶以及使用印刷盐或嵌有盐的珠粒(salt-embeddedbead)改变离子浓度。具体是，电极可在感应电流或非感应电流的条件下被激活以在侧流装置的特定区域产生H+离子或OH-离子。例如，可将酶印刷到表面上以产生H+，如在US专利申请13/543,300中所描述的作为酶氧化反应的副产物。或者可将盐离子或嵌有盐离子的珠粒印刷到LF检测装置的硝酸纤维素膜上，以产生不同离子浓度的区域。图5举例说明具有3个区域的电势装置，其中改变每个通道上的离子浓度(包括[H+])。该区域被描述为“n”以代表这些区域的位置是可变的。驱动元件(11)、(12)和(13)说明了所述区域可位于其中的实例，但是实际上，它们可位于检测线或控制线的前面、后面或在检测线或控制线上的任何位置。这些区域的数量和分布不限于图中的描述；并且一个通道可包含多个区域。
在上述方法中，可在多位点阵列的LF检测装置中在各种测试位点处获得pH或离子浓度梯度。在LF检测装置的多位点阵列的多个子集上，在探针附近局部pH和/或离子浓度的变化可调节探针和来自生物样品的待测试的生物分子分析物的结合效率。当所感兴趣的生物分子分析物与探针结合时，可使用检测剂例如在侧流免疫分析装置中的标记的第二抗体来检测。在多位点阵列的子集中调节结合效率可提供一种用于精确测定这些所感兴趣的分析物的方法。
本发明所述的LF检测装置中的检测位点的多位点阵列优选包括检测位点的多个不同的亚阵列/子集。每个检测位点表示对来自生物样品的(生物分子)分析物进行分析的一个位点，通过使用(生物分子)探针来检测所述(生物分子)分析物。可改变在每个子阵列/子集中每个检测位点的局部环境/分析条件以获得不同信号的集合，这样将产生多个方程式和多个未知项，根据它们可以测定(生物分子)分析物的浓度，以获得所述(生物分子)分析物的精确测量。
在所获得的不同信号中的多个未知项每个都包括与结合效率因子αij和在检测位点检测到的所结合的生物样品中的各分子的浓度成比例的项。具有多个未知项的多个方程式可以表示如下：
其中Cag对应靶向生物分子分析物的浓度，Cj1、Cj2、Cj3对应导致在背景信号中不同项的分子的总浓度，根据多个方程式的集合，可以测定靶向生物分子分析物的浓度。
可以改变子阵列/子集的数量以及在每个子阵列/子集内的检测位点的数量，根据需要以获得生物分子分析物的精确测量。这样的分析条件中的一些还包括参数例如温度。例如在检测位点可使用电磁加热改变生物分子探针和生物样品中的所感兴趣的分析物相互作用的检测位点的温度。
在LF检测装置中所使用的样品可以是来自人类的，例如血、淋巴、血清、唾液、生物细胞和尿，或非人类的流体样品例如(但不限于)地表水、食品和生物样品。
可使用LF检测装置在样品中测定其浓度的生物分子分析物包括例如生物分子、细胞、毒性生物标记、细菌生物标记、激素、病毒及其它们的片段，以及小分子或抗原；具体是：维生素(A、B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12、C、D、E、K)，细胞因子(IFNγ、IL-2、IL-4、IL-5、IL-7、IL-9、IL-10、IL-12IL-15、IL-21、IL-22IL-23、TGFβ、TNFβ、MCP-1)，自身抗体，IgG、IgA、IgE和IgM以及这些分子的子类，金属蛋白酶，趋化因子，细菌毒素，重金属和化疗试剂。
对于电检测，可同时集成纯电检测和电化学检测；更具体是可使用电容、电阻、阻抗、感应电流、非感应电流以及氧化还原检测方法。因此，在LF检测装置中至少一个电极包括传感元件。在LF检测装置的检测位点的多位点阵列中这种以电极形式或电极对的形式的传感元件可位于每个检测位点。检测和放大方法可通过视觉、酶、比色、磁、吸附、荧光和化学发光等方法额外补充。
根据美国专利申请13/658,614的描述(在此通过援引将其全部内容并入本文)，通过将一系列电极集成图案化至所述侧流检测装置上，还可以测定样品的流速和流动性质。根据其描述，位于沿着毛细流方向的检测位点的上游的至少一个电极对以及位于沿着毛细流方向的检测位点处或下游的至少一个电极对提供信号，由该信号可测定检测位点的流速。当这些电极对的阵列垂直于毛细流位于LF检测装置上时，所获得的信号可提供毛细流的流形态的测量。
温度测量可使用改变电阻率作为温度的函数的导电材料来集成。该读出可被用作数据点，以确保在最佳时间和温度时获得测量。同时，温度值可用于标准化测量，以在不同条件下与其它样品比较。
在侧流系统中的温度控制可通过加热部件或红外辐射源开始，这两个都容易多路复用。图5显示了具有3个区域的电势装置，其中可独立地调节温度，以影响流体流过附近的检测线和控制线。该区域被描述为“n”，表示该温度区域的位置是可变化的。驱动元件(11)、(12)、(13)的位置说明了该区域所处的一个位置的实例，但是实际上，它们可位于检测线或控制线的前方、后方或之上的任何地方。温度区域的数量和分布不限于图中所描述的，信号通道可包含多个区域。
在另一个实施方案中，本发明提供一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料并且被分成平行道的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在多位点阵列的每个检测位点可独立地改变生物分子分析物和探针之间的相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；
d)作为驱动元件的至少一个电极；以及
e)作为传感元件的至少一个电极，
其中所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部a)流向吸收剂部c)的毛细流，样品由此流过诊断部中的每个检测位点的探针，以提供样品和探针之间的接触。
所述LF检测装置可被用于测定样品中的生物分子分析物的浓度的方法中。这些样品可以是来自人类的，例如血、淋巴、血清、唾液、生物细胞和尿，或非人类的流体样品例如(但不限于)地表水、食品和生物样品。在LF检测装置中检测位点的多位点阵列的存在使得在不同环境条件下产生多个信号，由此可更精确地计算所感兴趣的生物分析分析物的浓度。
因此，在另一个实施方案中，本发明提供一种用于测定生物样品中的生物分子分析物的浓度的方法，所述方法包括：
a)提供侧流检测装置，其包括检测位点的多位点阵列，其中在检测位点可独立地改变与生物分子分析物的相互作用的条件，所述侧流装置具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，所述装置包括用于接收样品的样品部、包括检测位点的多位点阵列的诊断部、用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部、作为驱动元件的至少一个电极、以及作为传感元件的至少一个电极；
b)将生物样品加入侧流检测装置的样品部，样品由此流过诊断部中的每个检测位点的探针，以提供样品和探针之间的接触；
c)在样品和探针之间接触之后，从每个检测位点的每个传感元件获得信号；
d)从不是位于检测位点的每个传感元件(如果有)获得信号；以及
e)由在步骤c)和d)获得的信号测定生物分子分析物的浓度，
其中每个驱动元件的激活改变在每个检测位点的至少一个局部环境参数。
样品中的生物分子分析物的浓度可通过测定与侧流检测装置的诊断部结合的生物分子分析物的信号强度，以及考虑对于流过侧流免疫分析装置的诊断部的样品所测定的一个或多个参数来计算。
以下附图提供本发明所描述的LF检测装置的一些方面。然而本发明的描述并不限于这些示例性附图。在图1中，提供了当精确测定样品中的生物分子分析物的浓度时通常出现的交叉反应性问题的实施例。在该实施例中，用作探针(1)的初级抗体被固定在固体载体或膜(2)上。生物分子分析物或抗原(3)通过初级抗体(1)被识别并与这些以初级抗体(1)形式的固定探针或结合剂相互作用/结合。在该实施例中，标记的第二抗体或配对物(4)识别生物分子分析物或抗原(2)并与其相互作用，以提供如在图1a中的检测位点的可测量信号。在图1b中在固定探针或初级抗体(1)和生物样品中的其它分析物(31和32)之间发生交叉反应性。这些其它分析物(31和32)可与探针或初级抗体(1)结合并阻止与所感兴趣的生物分子分析物或抗原(3)的相互作用，或他们可与标记的第二抗体(4)相互作用，由此导致获得不涉及生物样品中所感兴趣的生物分子分析物(3)的可测量信号。因此所获得的信号没有精确反映在检测位点的生物样品中的生物分子分析物(3)的量，并因此导致生物样品中的生物分子分析物(3)的浓度的不精确测量。
本发明所描述的侧流检测装置提供用于更精确测定生物样品中的生物分子分析物(3)的浓度的方法。所述LF检测装置包括固体载体(5)，如图2所示，所述固体载体支撑样品部、诊断部和吸收剂部。该LF检测装置可包括通过一个或多个间隔件(7)分开的检测位点(8)的多位点阵列。每个检测位点(81、82和83)的局部环境参数可以是不同的，这些局部环境参数影响生物分子分析物(3)、其它分析物(31和32)和探针或初级抗体(1)和标记的第二抗体(4)之间的相互作用。因此，在每个检测位点的每个分析物的结合效率不同，导致产生不同的信号。使用所获得的不同信号，并考虑不同分析物由于局部环境参数变化而导致的结合效率的变化，可更精确地测定所感兴趣的生物分子分析物(3)的浓度。
如图3所示，至少一个电极可以各种方式被集成到LF检测装置上。在其上可施加粘合剂层(9)的固体载体(5)或背衬上面可施加例如LF检测装置的诊断部的膜(2)。可通过使用间隔件(7)将诊断部的膜(2)分成单独道，所述间隔件优选是疏水性的。以驱动元件或传感元件形式的电极(10)可作为膜(2)的一部分而存在，位于膜的缝隙中或膜的上方或膜的下方，和/或它们的组合。所述电极还可在LF检测装置的背衬或固体载体上存在。LF检测装置的以单独道形式的这些分隔如图4所示，其中通过间隔件(7)将道分开，所述间隔件优选是疏水性的。所述道可沿着毛细流的方式穿过LF检测装置的样品部(50)、诊断部(51)和吸收剂部(52)的整个长度，或仅部分分割LF检测装置的这些部。
如图5所示的LF检测装置，其中使用间隔件(7)至少将诊断部(51)和吸收剂部(52)分成单独的道。在不同道中的各个位置，驱动元件(11-13)可在这些单独道中存在。驱动元件(11-13)可以是电极形式的，其控制影响样品中的分析物与检测位点的结合剂的相互作用的至少一个局部环境参数。由可以是电极或电极对形式的传感元件(16)可获得可测量信号。可将这些传感元件(16)置于每个道的任何位置或每个道中的检测位点(15)，其中检测位点(15)可包含检测位点的多位点阵列。每个道可包含这些检测位点(15)中的一个或多个。根据在LF检测装置上的不同检测位点获得的多个可测量信号，可计算所感兴趣的生物分子分析物的浓度。
相对于传统的侧流检测装置，本发明的特定优势是：电极可收集实时数据，这可降低实验时间。这具有显示瞬态信号变化的优势，可用于提高由所收集的额外数据而产生的精确度。此外，电子传感是已经研发成熟的、有规模和标准的工业方法。这明显降低了工程和材料复杂性以及视觉传感形式。然而，最重要的优势是，本发明所描述的LF装置和方法通过降低在测定所感兴趣的生物分子分析物的浓度时的非特异性信号和其它环境参数的影响，可更精确地测定样品中的生物分子分析物的浓度。

Claims (31)

1.一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在所述多位点阵列的每个检测位点，可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；以及
d)至少一个电极，
其中所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从所述样品部a)流向所述吸收剂部c)的毛细流，所述样品由此流过所述诊断部中的每个检测位点的探针，以提供所述样品和探针之间的接触。
2.权利要求1所述的装置，其在沿着毛细流的方向所述诊断部的上游还包括配对部，所述配对部包括颗粒材料。
3.权利要求1或2所述的装置，其中所述用于生物分子分析物的探针包括与生物分子分析物相互作用的结合剂。
4.前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个电极由用于控制局部环境参数的驱动元件组成。
5.权利要求4所述的装置，其中所述局部环境参数是选自pH、温度和离子浓度的参数。
6.前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个电极由传感元件组成。
7.权利要求6所述的装置，其中所述传感元件测定所述样品和/或生物分子分析物的至少一个可测量参数。
8.权利要求7所述的装置，其中所述可测量参数是选自样品流速、样品流形态、温度、离子温度、pH、颜色、发光、荧光、电导率、阻抗和磁矩的参数。
9.前述权利要求之一所述的装置，其中所述诊断部和/或样品部通过一个或多个间隔元件平行于流动方向被分成彼此隔开的多个道。
10.权利要求9所述的装置，其中所述间隔元件是疏水间隔元件。
11.权利要求9或10所述的装置，其中在每个道内，用于生物分子分析物和每个探针之间的相互作用的局部环境条件是变化的。
12.权利要求11所述的装置，其中每个道包括控制局部环境参数的一个或多个驱动元件。
13.权利要求12所述的装置，其中所述局部环境参数是选自pH、温度和离子浓度的参数。
14.权利要求12或13所述的装置，其中每个道包括一个或多个检测位点，在所述检测位点可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间的相互作用的局部环境条件。
15.权利要求14所述的装置，其中所述一个或多个检测位点包括控制局部环境参数的驱动元件，用于改变生物分子分析物和探针之间的相互作用的局部环境条件。
16.权利要求15所述的装置，其中所述局部环境参数是选自pH、温度和离子浓度的参数。
17.权利要求9-16之一所述的装置，其中每个道包括一个或多个用于测定样品和/或生物分子分析物的可测量参数的传感元件。
18.权利要求17所述的装置，其中所述可测量参数是选自样品流速、样品流形态、温度、离子浓度、pH、颜色、发光、荧光、导电率、阻抗和磁矩的参数。
19.前述权利要求之一所述的装置，其中所述诊断部包括选自以下的膜：硝酸纤维素膜、聚偏氟乙烯膜、任选经过电荷改性的尼龙膜、以及聚醚砜膜。
20.前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个电极是电子传感器，所述电子传感器包括集成在所述样品部、诊断部和/或吸收剂部上的至少一个电极对。
21.权利要求20所述的装置，其中所述电子传感器包括两个电极对，以测定样品流过侧流免疫分析装置的诊断部的流速。
22.权利要求20或21所述的装置，其中所述电子传感器包括沿着样品的流路并排布置的一系列多个电极对，以测定样品流过所述侧流装置的诊断部的流形态。
23.前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个电极是电子传感器，所述电子传感器包括在界定范围内导电材料电阻的界定结构，用于测定样品流过所述侧流装置的诊断部的温度。
24.权利要求1-22之一所述的装置，其中将所述至少一个电极印刷或施加至载体材料上，支撑所述样品部、诊断部和吸收剂部，或将所述至少一个电极直接印刷或施加至所述样品部、诊断部和/或吸收剂部上，或将所述至少一个电极印刷或施加至所述诊断部上的缝隙中。
25.前述权利要求之一所述的装置，其中所述至少一个电极与用于计算样品和/或生物分子分析物的一个或多个参数的处理单元连接。
26.前述权利要求之一所述的装置，其中所述样品和/或生物分子分析物的参数选自样品流速、样品流形态、温度和生物分子分析物的浓度。
27.前述权利要求之一所述的装置，其中至少一个电极包括驱动元件，以及至少一个电极包括传感元件。
28.一种侧流检测装置，其包括用于测量生物分子分析物的检测位点的多位点阵列，其具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料并沿流动方向被分成平行道的固体载体，所述装置包括：
a)用于接收样品的样品部；
b)诊断部，其包括检测位点的多位点阵列，每个检测位点包括用于生物分子分析物的探针，其中在多位点阵列的每个检测位点可独立地改变用于生物分子分析物和探针之间的相互作用的条件；
c)用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部；
d)作为驱动元件的至少一个电极；和
e)作为传感元件的至少一个电极，
其中所述样品部、诊断部和吸收剂部是毛细流连通的，产生从样品部a)流向吸收剂部c)的毛细流，样品由此流过诊断部中的每个检测位点的探针，以提供所述样品和探针之间的接触。
29.测定生物样品中的生物分子分析物浓度的方法，所述方法包括：
a)提供侧流检测装置，所述侧流检测装置包括检测位点的多位点阵列，其中在检测位点可独立地改变与生物分子分析物相互作用的条件，所述侧流装置具有包括用于提供毛细流的吸收剂材料的固体载体，该装置包括用于接收样品的样品部、包括检测位点的多位点阵列的诊断部、用于提供毛细流的吸收剂材料的吸收剂部、作为驱动元件的至少一个电极、以及作为传感元件的至少一个电极；
b)将生物样品施加至所述侧流装置的所述样品部，样品由此流过所述诊断部的每个检测位点，以提供所述样品和探针之间的接触；
c)在使样品和探针之间接触之后，获得来自每个检测位点的每个传感元件的信号；
d)如果有，获得来自不是位于检测位点的每个传感元件的信号；以及
e)由在步骤c)和d)获得的信号测定生物分子分析物的浓度，
其中每个驱动元件的激活改变在每个检测位点的至少一个局部环境参数。
30.权利要求29所述的方法，其中所述作为驱动元件的至少一个电极和作为传感元件的至少一个电极与包括显示器的处理单元连接。
31.权利要求30所述的方法，其中所述局部环境参数是：样品流过诊断部的流速、样品流过诊断部的流形态、样品在诊断部的温度、样品在诊断部的pH、和/或样品在诊断部的离子浓度。
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