CN1699601A - 检测物质之间相互作用的检测表面,具有检测表面的传感器芯片和传感装置,以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种能够检测物质之间相互作用的表面。该表面具有与一端固定在该表面的单链DNA形成互补连接的双链DNA，从而使所述双链DNA应答于前述相互作用而解离成单链DNA。本文还公开了一种传感器芯片和传感装置，以及一种检测物质之间相互作用的方法。

Description

检测物质之间相互作用的检测表面，具有检测表面的 传感器芯片和传感装置，以及检测方法

发明背景

本发明涉及一项检测物质之间相互作用的技术。更具体地说，本发明涉及一种为检测物质之间相互作用而设计的检测表面，具有该检测表面组件(constituent)的传感器芯片(sensor chip)和传感装置(sensing device)，以及检测方法。

分子生物学、以纳米技术(nanotechnology)为代表的微细加工技术(microfabrication)以及生物信息学(bioinformatics)近来的显著发展有赖于新兴发展的技术，即基于各种检测原理在非常小的表面上检测物质之间的相互作用(下文中将此项技术称为“传感器技术(sensor technique)”)。

传感器技术被广泛地用于生物信息诸如基因组学(genomics)等的分析，对基因组转录的转录组分析(transcriptome analysis)，对在活生物体和细胞中翻译并产生的蛋白质的表达的蛋白质组(proteome)分析，对代谢的代谢组分析(metabolome analysis)，以及对活生物体中信号的信号组分析(signalomeanalysis)。所述技术在诸如新药物开发、临床诊断、药理学基因组学(pharmacological genomics)和法医学等领域是有力的工具。

以下列出了已知的具有检测物质之间相互作用能力的数种传感器技术。第一项技术涉及用于生物实验的集成基板(integrated substrate)(称为DNA芯片或DNA微阵列)，其通过微阵列技术将预定数量的DNA分子固定在基板上。(参见专利文献1和2。)该技术允许在整合于玻璃或硅基板上的多种大量的寡DNA链或者cDNA(互补DNA)链的辅助下进行杂交分析。因此，其被用于基因突变分析，SNP(单核苷酸多态性)分析，和基因表达频率分析。

第二项技术涉及由微芯片基板和排列在该基板表面上的纯化蛋白质构成的蛋白质芯片(或蛋白质阵列芯片)。蛋白质芯片能够分析两种蛋白质之间或者蛋白质和其它化学物质之间的相互作用，但蛋白质芯片可能会损害固定化蛋白质的活性(参见专利文献3和4)。

第三项技术是基于表面胞质团共振团(surface plasmon resonance)(SPR)原理，该技术允许进行不同物质之间相互作用的实时分析。(参见专利文献5和6)。该SPR传感器是由作为吸着部位(absorber)，基板，和棱镜的三个层组成。其设计成通过入射线全反射的临界角变化来测定物质之间的相互作用。对全反射临界角的改变真正起作用的是由相互作用引起的介电常数(dielectric constant)的变化。最近报导这种SPR传感器允许通过以下的方式进行内分泌扰乱物质(endocrine disrupting chemicals)的筛选。传感器芯片具有固定于其上的双链DNA。该双链DNA具有雌激素应答基因的启动子区域内的激素应答元件。传感器芯片加载雌激素受体α，且所述激素应答元件与该雌激素受体α之间的相互作用可无需经过标记而进行实时测定(参见非专利文献1)。

第四项技术是通过测定水晶振荡器(quarts oscillator)的频率变化来分析生物聚合物的结构改变。(参见专利文献7)。已提出了通过所述检测来分析受体和配体之间相互作用的技术(参见专利文献8)。

[专利文献1]

专利号为Hei 4-505763的PCT日语译本

[专利文献2]

专利号为Hei 10-503841的PCT日语译本

[专利文献3]

公开号为2003-130877的日语专利

[专利文献4]

公开号为2003-155300的日语专利

[专利文献5]

专利号为Hei 4-501462的PCT日语译本

[专利文献6]

专利号为Hei 11-512518的PCT日语译本

[专利文献7]

公开号为2003-083864的日语专利

[专利文献8]

公开号为2003-083973的日语专利

[非专利文献1]

BUNSEKI KAGAKU，第51卷，第6期，389-396页(2002)

发明概述

设计上述提到的传感器技术是为了检测固定的检测物质和目标物质之间的相互作用，该相互作用发生在为进行检测而制备的表面上。如果很好地选择对物质特性以及分析目的最为适宜的检测原理，就可以进行高精度的检测。

然而，有的情况下，由于待测物质的结构和分子大小，很难对相互作用进行灵敏的检测。处理这种情况是亟待解决的技术问题之一。例如，对于低分子量物质(如疏水性激素)，由于相互作用引起的质量和介电常数的改变非常小，使得难以进行高精度检测。在这些情况下，就迫切需要一种技术能精确并连续地检测激素(或激素样物质)作为实施信号传导的物质，应用在基因组学、蛋白质组学、药学、新药物开发，以及环境激素检测领域中。

本发明的一个主要目的是提供一种能够高精度测定低分子量物质之间的相互作用的传感器技术。这个目的是通过在检测表面上形成新的检测体系而实现的。

本发明提供了一种用于检测物质之间相互作用的检测表面。该检测表面包括与其一端固定在该检测表面的单链DNA形成互补连接的双链DNA，使得该双链DNA对所述相互作用发生响应而解离成单链DNA。本发明还提供了用于相互作用的传感器芯片，其具有至少上述的检测表面。本发明还提供了具有上述检测表面以及用于检测双链DNA解离成单链DNA的解离作用的手段的传感装置，其中所述解离发生在所述检测表面上。

本发明使用的术语“检测表面(detecting surface)”是指功能为用作物质之间发生相互作用的区域或空间的基板、粒状物、膜体或纤维状物的表面，以及该表面上的区域或空间。

根据本发明的检测表面的技术特征在于有效地利用了双链DNA解离成单链DNA的现象。换句话说，该检测表面构成一种实验系统，所述实验系统与传统DNA芯片完全不同，所述传统DNA芯片是通过杂交使单链DNA形成双链DNA来研究基因表达和类似问题的。

DNA芯片上的杂交由于位阻而效率低下，其中位阻是DNA链形成随机卷曲的高度有序结构造成的。而且误杂交(mishybridization)是不可避免的问题，其降低了检测的精确度。相反地，双链DNA解离成单链DNA的解离没有这些问题，并且基于这个原理的检测具有易操作和检测条件易控制的优势。

本发明中使用的术语“相互作用(interaction)”广泛地包含非共价键，共价键，氢键，化学键，和解离作用。它也包括将样品加入，注射，或者输注到检测表面上的区域时，发生在“该检测表面上的目标物质”和“结合在预先固定化的双链DNA序列的规定位点的检测物质”之间的相互作用。

术语“目标物质(target substance)”广泛地包含了相互作用中涉及的物质或者相互作用中可能涉及的待筛选物质。目标物质例如，包括激素和内分泌扰乱物质。

术语“激素”指这样的物质，其由特定细胞对活生物体的内部和外部信息发生响应而得以产生和分泌，并且其通过体液将这种信息传递给其它细胞。激素根据它们作用的受体分为以下种类。

·作用于细胞膜渗透型受体的激素(如蛋白-肽激素和儿茶酚胺)。

·作用于细胞内受体的激素(如类固醇激素)。

·直接作用于细胞核内受体的激素(如甲状腺激素，视黄醛衍生物，和维生素D)。

术语“内分泌扰乱物质”指称为“环境激素”的任何物质，其以与雌激素(人类性激素)或其类似物相同的方式对活生物体起作用。该化学物质进入活生物体内与激素受体相结合(其中原本存在于活生物体内的激素本应与所述受体相结合)，从而产生激素样效应(激动剂作用)或者抑制原来的(original)激素效应(拮抗剂作用)。比如，已知双酚，壬基酚(nonyphenol)和DDT能结合雌激素受体，从而产生类似雌激素的反应。另外的例子包括二噁英(产生抗雌激素作用)，乙烯菌核利(vinclozolin)和DDE(产生抗雄性激素作用)，及TCDD和PCB(扰乱甲状腺激素)。参考《Application of DNA chip，II》(93-95页)，K.Matsunaga编辑，C.M.C出版。

“检测物质(detecting substance)”定义为与上述目标物质产生直接或间接相互作用的任何物质。检测物质至少包括配体非依赖性的激素受体和配体依赖性激素受体。换句话说，在测定开始时配体非依赖性激素受体首先与双链DNA序列的规定位点直接或间接结合，而不需考虑其与目标物质(配体)的相互作用。配体依赖性激素受体包括这样的物质，其一旦与目标物质(配体)发生相互作用，三级结构即发生改变，并直接或间接地结合于序列的规定位点。“检测物质”包括转录激活因子。双链DNA解离成单链DNA可表现为由转录激活导致的状态改变。

双链DNA中的“序列的规定位点(specific site of sequence)”指检测物质可结合的序列位点。它包括激素应答基因上游的启动子区域中的激素应答元件。起检测物质作用的激素受体与该激素应答元件结合。

固定在检测表面的“双链DNA”是经人工修饰或调节的“脱氧核糖核酸的互补结合体”，使得当检测物质(如激素受体)结合在该双链DNA序列的规定位点时，该双链DNA解离成单链DNA。它还可包括经人工修饰或调节的“脱氧核糖核酸的互补结合体”，使得该双链DNA对检测物质引起的转录激活信号发生响应而解离成为单链。

本发明包括的一个实施方案中，双链DNA中插入了嵌入剂(如荧光嵌入剂)。当双链DNA解离成单链DNA时，荧光嵌入剂将自身释放到检测表面上，从而其显色发生改变。“荧光嵌入剂”是一种依靠其结合特性而嵌入双链DNA的互补结合体中的荧光物质。

本发明还包括了一个实施方案，其中固定在所述检测表面的DNA链的末端标记有荧光物质(诸如荧光染料等)。当双链DNA解离成单链DNA时，该荧光物质在检测表面上释放被标记的DNA链，从而改变所述荧光物质的荧光强度。

本发明还包括了一个实施方案，其中固定在所述检测表面的DNA链的末端标记有介电物质，当双链DNA解离成单链DNA时，该介电物质和检测表面之间的距离改变，导致介电常数的改变。“介电物质(dielectricsubstance)”在静电场中发生电极化，但是不产生持续电流。

本发明还包括了一个实施方案，其中由目标物质和嵌入剂组成的复合物与双链DNA的互补碱基对结合。在这种情况下，目标物质的一个常见例子是激素。嵌入剂可以是荧光物质或非荧光物质。

本发明还提供检测物质之间相互作用的方法。该方法包括将双链DNA固定到检测表面的步骤，双链DNA对物质间的相互作用发生响应而解离成单链DNA的步骤，以及检测该解离作用的步骤。

根据本发明的方法可以改进为还包括将由待检测目标物质(如激素)和嵌入剂组成的结合体结合在双链DNA的互补碱基对部位的步骤，以及当双链DNA解离成单链DNA时所述结合体自身释放到所述检测表面上的介质中的步骤，以及构成被释放结合体的目标物质通过与受体结合而促进解离的步骤。

根据改进的实施方案，通过下述方法使大量的双链DNA分子连续地解离成单链：将双链DNA分子有规则地固定在检测表面上，利用嵌入剂特性将结合体嵌入到双链DNA的互补碱基对中，以及将待检测的目标物质引入双链DNA。连续解离成单链的过程呈指数倍地放大了最初的待测信号，从而实现高灵敏度的检测。

用于检测的测定原理并没有特别的限制。在一些情况下，运用表面胞质团共振(以下简称为SPR)原理是可取的。还可以运用任何其它光学原理或者检测水晶振荡器频率改变的原理。

具体地说，基于表面胞质团共振原理，可通过检测介电常数的改变来实现检测，其中当双链DNA解离成单链DNA时，检测表面与双链DNA的固定DNA链末端的标记性介电物质之间的距离发生改变，介电常数发生变化。

通过本发明的方法检测相互作用是利用光学方法测定以下两项(1)或(2)之一实现的。(1)用于标记双链DNA的荧光物质的荧光强度的变化。(2)插入双链DNA中的荧光嵌入剂的显色变化。

因此，本发明允许高精度的检测，即使是对于低分子量物质的任何水平的相互作用。

附图简述

结合附图，参考说明书将理解本发明的这些和其它的目的，其中：

图1图示了本发明一个基本机制的概念；

图2图示了本发明另一个基本机制的概念；

图3图示了适合于检测双链DNA解离成单链DNA的第一个实施方案的概念；

图4图示为上述相同目的的第二个实施方案的概念；

图5图示为上述相同目的的第三个实施方案的概念；

图6A是表示激素(如糖皮质激素)如何起作用的示意图；

图6B是表示激素(如甲状腺激素)如何起作用的示意图；

图7是说明激素-受体复合物如何作用于DNA中的GRE，从而引起DNA解离成单链的示意图；

图8图示了显示以规则间隔固定到检测表面的双链DNA分子；

图9是说明激素受体复合物如何作用于激素应答元件(GRE)，从而引起双链DNA解离成单链DNA并释放结合体的示意图；

图10是显示从第一个单链DNA中释放出来的结合体嵌入第二个双链DNA中的互补碱基对中以后所发生情况的示意图；

图11是示意图，表示构成从双链DNA中释放出来的结合体的目标物质(诸如类皮质激素等)，是如何形成激素-受体复合物，其中所述复合物随后作用于另一个双链DNA的GRE；

图12是简化图，显示本发明所述传感装置的基本结构。

优选实施例的详细说明

本发明的优选实施例将参考附图在下文说明。

图1图示了本发明一个基本机制的概念。图2图示了本发明另一个基本机制的概念。在附图1和图2中箭头“X”表示从双链DNA到单链DNA的转变。(这适用于其它附图)。

图1和图2中标记数字1表示本发明的检测表面的一个实施方案。所示用于检测相互作用的检测表面1是由玻璃、透明合成树脂、无定形碳等制成的基板11的表面(和其上一些区域或空间)。在利用表面胞质团共振原理检测相互作用的情况下，检测表面1可以是通过汽相沉积(vapor deposition)形成的金属薄膜(比如金的)。

检测表面1并不总是限于平坦表面11，它包括各种基板(包括粒状的(如塑料珠)、膜体、和纤维状物)的表面(以及其上的一些区域或者空间)。

检测表面1具有预先固定在其上的双链DNA2。双链DNA2根据需要可排列在检测表面1上。固定在检测表面1上的双链DNA2是脱氧核糖核酸的互补双链，其由末端固定在检测表面1上的单链DNA21和具有与单链DNA21互补的碱基序列的单链DNA22组成。(参见图1)。

双链DNA2可以以任何方式固定在检测表面1上而没有具体限制。然而为确保双链DNA2的固定，对检测表面的适当处理通常是必要的。

使用链霉抗生物素蛋白处理的表面适合于固定生物素化的DNA末端。同样地，使用巯基(SH)基团处理的表面适合于通过二硫键(-S-S-键)固定具有巯基修饰的末端的DNA。

双链DNA2具有碱基序列的特定部分，其中存在与检测物质D结合的应答元件3。除外，本发明不排除双链DNA2本身是应答元件3的实施方案。

图1表示的例子中检测物质D已经在检测开始时结合在应答元件3上。图1还示意性地显示了使检测物质D和被加入、注射或者输注入的目标物质T发生相互作用的机制。

图1还显示根据以下机制的例子。当目标物质T与和双链DNA2的应答元件3相连的检测物质D结合时，双链DNA2由于转录因子的作用而发生转录激活。该机制导致双链DNA2下游解离成单链DNA21和22。

图1中表示的机制通过以下例子来阐述，其中目标物质T是激素或者激素样内分泌扰乱物质，检测物质D是不依赖于作为配体的目标物质T的激素受体。

在这种情况下，在检测表面1上的双链DNA2具有激素受体，所述受体能与预先连接在该检测表面的视黄醛衍生物(激素)特异性结合，并且一旦视黄醛衍生物和激素受体形成复合物，双链DNA2就发生转录激活，从而解离成单链DNA21和22。

图2表示了本发明另一个基本机制的概念。这个机制是如下起作用的。目标物质T与检测物质d₁反应产生另一待测物质d₂，d₂的三维结构不同于d₁，并与双链DNA2的应答元件3上结合。

如图2所示的实例基于如下的机制进行。双链DNA2响应于检测物质d₂与应答元件3之间的结合由于转录因子的作用而发生转录激活，然后所述双链DNA2在下游解离成单链DNA21和22。

如图2中表示的机制通过以下例子来阐述，其中目标物质T是激素或者激素样内分泌扰乱物质，而检测物质d₁是激素受体，其依赖于作为配体的目标物质T。

在这种情况下，雌激素应答基因的启动子区域内的激素应答元件(相当于双链DNA)被预先固定在检测表面1上。将雌激素(激素)和雌激素受体α(相当于检测物质d₁)给予激素应答元件，使它们彼此反应。这种反应改变了雌激素受体α的三维结构，从而导致它与激素应答元件结合。由此雌激素应答基因由于转录因子而被转录激活，从而解离成单链DNA。

目前，L.L.Looger等人发现大肠杆菌的五种受体(分别与葡萄糖，核糖，阿拉伯糖，谷氨酰胺，和组氨酸结合的蛋白质)，其被修饰成特异性结合于与天然配体不同的分子。这些受体说明(i)它们具有显著的特异性(使得可检测相似的分子结构和光学异构体)，(ii)它们具有与天然配体大致上相同的亲和性，以及(iii)即使它们成为复合物仍然保持着其功能性。而且，它们也显示了将候选物缩小到实际的时间范围内的可能性。(L.L.Looger，M.A.Dwyet，J.J.Smith，H.W.Hellinga：“Computational design of receptor and sensorproteins with novel functions”，Nature，423，185-190[2003])

L.L.Looger等人的上述文章表明所述受体在保持与配体反应以使双链DNA2解离成为单链DNA的功能的同时，可能与不同的配体特异性结合。这意味着所述受体在保持其内在功能时，能够与人工选择的目标物质T反应。换句话说，可以使受体起检测物质的作用。这样在图1和图2中显示的机制对于本领域技术人员来说是可行的。

修饰上述的作为受体的检测物质D或者d₁在理论上是可行的，使得当它与作为配体的目标物质T反应并与双链DNA2的应答元件3结合时，激活双链DNA2的转录，从而使双链DNA解离成单链DNA。如此图1和图2中显示的机制对于本领域技术人员来说是可行的。

图3是表示适合检测双链DNA2解离成单链DNA的第一个实施方案的示意图。图4是表示与上述目的相同的第二个实施方案的示意图。图5是表示与上述目的相同的第三个实施方案的示意图。

图3中表示的第一个实施方案将在以下阐述。

在基板11上形成的检测表面1具有双链DNA2，其中的单链DNA21固定在该检测表面上。固定的单链DNA21的上端用介电物质4(诸如介电晶体等)标记。

双链DNA2具有应答元件3，其与检测物质D(或者d₂)如激素受体等反应。双链DNA2响应于这个反应经转录激活解离成单链DNA21和22。

这种反应的过程改变了基板11和介电物质4之间的距离。具体地说，距离L₂(在解离之后)大于距离L₁(在解离之前)，或者L₁＜L₂。距离的变化改变了介电常数，并因此改变了反射光的强度峰值。检测该变化，就可以判断检测物质与应答元件之间是否发生相互作用。用于检测的入射光线和反射光线在图3中分别以P₁和P₂标识。

图4中表示的第二个实施方案将在以下阐述。

在基板11上形成的检测表面1具有双链DNA2，其中的单链DNA22固定在该检测表面上。固定的单链DNA22的上端标记有荧光物质5(如称为Cy-3或者Cy-5的荧光染料，从Amersham Pharmacia Inc.购得)。

双链DNA 2具有应答元件3，其与检测物质D(或者d₂)如激素受体发生反应。双链DNA2响应于这个反应经转录激活解离成单链DNA21和22。

结果，标记的单链DNA22自身从检测表面1上释放出来，并且透射光的强度峰值消失。检测所述消失，就可以判断目标物质T和检测物质D(或者D₁)是否发生相互作用。入射光(如用于检测相互作用的激光束)在图4中用P₁标识。

图5中表示的第三个实施方案在以下阐述。

在基板11上形成的检测表面1具有双链DNA2。该双链DNA2中插入了荧光嵌入剂I。嵌入剂I可以是POPO-1，TOTO-3，和SYBR(注册商标)Green I中的任何一种。

双链DNA2具有应答元件3，其与检测物质D(或d₂)如激素受体发生反应。双链DNA2响应于这个反应经转录激活解离成单链DNA21和22。

结果，荧光嵌入剂I从检测表面1上释放出来，并且因此它的显色发生改变。用光学方法检测该变化，就可以判断目标物质T和检测物质D(或者d₁)之间是否发生相互作用。

参考图6A至11，第四个实施方案将在下文阐述。

这个实施方案的原理是基于当活生物体接受外界环境的应激物的应激时，肾上腺皮质释放出称为糖皮质激素(脂溶性小激素)的类固醇激素进入血液。它与水溶性运输蛋白结合并在血液中运行，使其直接作用于细胞中的受体。

图6A是说明激素(如糖皮质激素)如何起作用的示意图。应当指出的是激素(H)与受体(R)结合形成复合物，所述复合物迁移到细胞核内，并作用于DNA的激素应答元件[在所述情况下是GRE(糖皮质激素反应元件)]。所述复合物促进下游的DNA编码的蛋白质的表达。已知甲状腺激素，视黄醛衍生物，维生素D等等迁移到细胞核内并作用于受体。(参见图6B。)

众所周知，蛋白质的表达是由双链DNA解离成单链DNA以及随后转录因子诱导的转录过程而激发的。图7用来帮助理解本发明。它示意性地表示了当激素-受体复合物C作用于上述双链DNA2的GRE，双链DNA2如何解离成单链DNA。

嵌入剂I有时被用于常规技术来检测杂交。第四个实施方案的特征在于使用了嵌入剂I以及双链DNA响应于激素而解离成单链DNA的反应，所述解离反应在转录时发生。

如下所述，第四个实施方案中的检测表面将参考图8更为详细地描述。第四个实施方案是一个测定系统，用于检测皮质醇(糖皮质激素的一种)。然而，本发明的范围不局限于这样的测定系统。本实施方案建立在检测是通过SPR(表面胞质团共振)来实现的这一推定的基础上。然而，本发明的范围不局限于这种检测方法。

根据第四个实施方案，检测表面1包被有适于SPR分析的金属薄膜。大量的双链DNA分子2a，2b，2c，...2n(每个具有GRE)固定在该金属薄膜上。预先制备好的皮质醇Tc(作为待测目标物质)与嵌入剂I的结合体M被嵌入双链DNA2中。在检测表面1上引入一种介质，并随后在其中掺入皮质醇受体R和所需的转录因子E。(参见图8。)

一旦引入检测表面1上的区域后，皮质醇Tc特异性地与受体R(处于游离状态)结合形成复合物C。这种复合物C(以二聚物的形式)作用于双链DNA(诸如标为2a的双链DNA)中的GRE。这种作用在转录因子E协同下使双链DNA2a解离为单链。(参见图9。)

在解离成单链的过程中，已嵌入双链DNA2a中的结合体Ma释放到介质中(如图9中虚线箭头所示)。该释放的结合体Ma嵌入双链DNA2b的互补碱基对中，所述双链DNA2b仍然保持双链状态并仍固定于固定有双链DNA2a的检测表面1上。参见图10，其显示了从第一条双链DNA2a上释放出来的结合体Ma嵌入第二条双链DNA2b的互补碱基对以后所发生的情况。在图10中的标记数字Mb指预先嵌入双链DNA2b中的结合体。

另一个反应如下发生。在解离成单链时从双链DNA2a释放出来的结合体Ma与受体R结合，其中构成复合物Ma的皮质醇Tc保持游离状态，形成激素-受体复合物C。该复合物C作用于另一双链DNA2c的GRE。此作用在转录因子E协同下引发双链DNA2c解离成单链。(参见图11)。

在解离成单链DNA的过程中，已嵌入双链DNA2c的互补碱基对中的结合体Mc释放到介质中。该释放的结合体Mc以与上述结合体Ma相同的方式起作用。Tc嵌入到其它双链DNA的互补碱基对中，或者与受体R结合形成激素-受体复合物C，该复合物作用于其它双链DNA的GRE上，这样就与转录因子E协同启动了解离成单链的过程(参见图11)。

如上诠释，通过前述方法双链DNA的分子(2a到2n)连续解离成单链，所述方法包括将双链DNA分子(2a到2n)有规律地固定在检测表面1，将待测目标物质T(诸如激素等)与嵌入剂I的结合体M预先嵌入到每个双链DNA分子(2a到2n)，以及将待测的目标物质T引入所述双链DNA。

连续解离成单链的过程呈指数倍地放大了样品的初始信号，从而可以进行高灵敏度的检测。双链DNA到单链的变化可以通过SPR以介电常数变化的形式来测定。然而也可以使用除SPR外的任何方法。比如可以使用荧光嵌入剂作为嵌入剂I，然后检测当荧光嵌入剂从被嵌入的状态变为游离状态时的荧光变化。

如上所述，可通过以下方法检测或测定物质间的相互作用，所述方法包括将预先制备好的双链DNA2固定到检测表面的步骤，双链DNA2响应于物质间的相互作用而解离成单链DNA21和22的步骤，以及检测所述解离的步骤。

上述的检测表面1可以用于制备基于现有已知技术的传感器芯片或者微阵列。还可以制备传感装置，所述传感装置包括检测表面1以及用于检测双链DNA2在检测表面1上解离成单链DNA21和22的检测装置。该传感装置包括那些分类为生物传感器的装置。在这种情况下，检测表面1可指提供“生物元件(bioelement)”的装置。

图12是附图标记为U的传感装置的基本结构的简化图。该传感器具有至少检测表面1(或具有该检测表面1的传感器芯片(没有示出))和检测主单(detection principle unit)6，检测主单元6能够检测当检测表面1上的介电常数变化时出现的反射光强度峰值的变化时(如图3所示的第一个实施方案中)，检测透射光强度峰值的消失(如图4所示的第二个实施方案中)，或检测显色的变化(如图5中所示的第三个实施例中)。该传感装置还包括用于分析来自于检测单元6的数据的分析单元7以及以恒定流速提供样品的微流系统8。

检测主单元6可包括由激光束发射装置，共焦透镜和共焦扫描装置，CCD相机，基于表面胞质团共振原理的装置，检测水晶振荡器频率变化的装置，以及转换器(transducer)组成的组中的任何，其应当根据检测原理进行适当的选择。

传感装置U按如下方式工作。检测表面1上通过注射，滴加，或类似方式加入包含目标物质T的样品，以使目标物质T和检测物质D之间发生相互作用。然后，通过检测单元6检测所述相互作用，并且通过数据分析单元7进行分析。

本发明将应用于检测物质间相互作用的分析技术，以及利用活生物体反应诸如激素应答反应等的传感装置(包括传感器芯片，微阵列，和生物传感器)。

本发明可用于新药物和内分泌扰乱物质的筛选。它也可用于动力学分析，亲和性分析，多分子复合物的功能分析，结构-功能相关性分析，以及结合特异性的分析。

本发明也可用于生物信息学，诸如基因组学等，对基因组转录的转录组分析，对在活生物体和细胞中翻译并产生的蛋白质的表达的蛋白质组分析，对代谢的代谢组学分析，以及对活生物体中信号的信号组分析。它也可应用于测量，检测，或诊断情绪及压力的传感器技术。

尽管用具体的术语来描述了本发明的优选实施方案，然而这些说明目的只是作解释，应当明白在不偏离下述权利要求范围的精神和范围的条件下可以作出改变和变化。

Claims (20)

1.一种用于检测物质之间相互作用的检测表面，所述检测表面包括双链DNA，该双链DNA与一端固定在所述检测表面的单链DNA形成互补连接，从而使得所述双链DNA对所述相互作用发生应答而解离成单链DNA。

2.根据权利要求1所述的检测表面，其中所述相互作用是发生在引入所述检测表面上的目标物质与直接或间接作用于所述双链DNA序列规定位点的检测物质之间的作用。

3.根据权利要求2所述的检测表面，其中所述目标物质是激素，所述检测物质是激素受体，而所述序列的规定位点是激素应答元件。

4.根据权利要求2所述的检测表面，其中所述检测物质是转录激活因子，所述双链DNA解离为单链DNA是由转录导致的状态变化。

5.根据权利要求2所述的检测表面，其中所述检测物质是具有如下性质的物质，其一旦与存在于该检测表面的目标物质发生相互作用，其三维结构就发生变化并且其作用于所述序列的规定位点。

6.根据权利要求4所述的检测表面，其中所述目标物质是激素，所述检测物质是配体依赖型激素受体，且所述序列的规定位点是激素应答元件。

7.根据权利要求1的检测表面，其中所述双链DNA具有插入其中的荧光嵌入剂。

8.根据权利要求1所述的检测表面，其中未固定在该检测表面的DNA链的末端由荧光物质标记。

9.根据权利要求1所述的检测表面，其中固定在该检测表面的DNA链的末端由介电物质标记。

10.根据权利要求2所述的检测表面，其中所述双链DNA具有由所述目标物质和嵌入剂组成的复合物，所述复合物结合在互补碱基对的部位。

11.根据权利要求10所述的检测表面，其中所述目标物质是激素。

12.传感器芯片，其包含权利要求1的检测表面。

13.一种传感装置，其包括权利要求1所述的检测表面以及用于检测双链DNA解离成单链DNA的装置，所述解离发生在该检测表面上。

14.一种检测物质之间相互作用的方法，包括将双链DNA固定在检测表面的步骤，使该双链DNA对物质之间相互作用发生应答而解离成单链DNA的步骤，以及检测所述解离的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括将由待检测目标物质与嵌入剂组成的结合体结合到所述双链DNA互补碱基对的部位。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括当所述双链DNA解离成单链DNA时，所述结合体自身释放到检测表面上的介质中的步骤，以及构成被释放的结合体的目标物质通过与受体结合而促进解离的步骤。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述目标物质是激素。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测是通过基于表面胞质团共振原理的过程来实现的。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述检测是通过设计为基于表面胞质团共振原理而检测介电常数改变的方法来实现的，其中当所述双链DNA解离成单链DNA时，所述检测表面与标记在所述双链DNA的固定化DNA链末端的介电物质之间的距离改变，介电常数发生改变。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述的检测可选通过测量以下两项(1)或(2)之一来实现，

(1)标记所述双链DNA的荧光物质的荧光强度的变化，

(2)插入所述双链DNA中的荧光嵌入剂的显色的变化。

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