CN1879020A - 使用组合的人工受体的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用组合的人工受体的传感器和传感器系统。本发明的实施方案将组合人工受体用在电磁(例如，光学)和电化学传感器中。

Description

使用组合的人工受体的传感器
本申请以除了美国以外的所有国家指定为申请人的美国国有公司Receptor LLC，和美国公民Robert E.Carlson的名义作为PCT国际专利申请提交，并对每个提交于2003年9月3日的美国临时专利申请号60/499,752，60/499,965，和60/500,081，以及每个提交于2003年12月2日的60/526,511，60/526,699，60/526,703，60/526,708，和60/527,190要求优先权。
发明领域
本发明涉及使用人工受体的传感器，诸如组合的人工受体阵列。本发明受体包括结构单元分子(building block molecules)的异质和固定的组合。在某些实施方案中，在支持体上彼此接近固定的2，3，4，或5个独特的构件分子的组合提供可以被使用在传感器系统中的分子结构。使用本发明的人工受体的传感器可以检测受体的配体。
背景
人工受体的制备是研究的活跃领域，所述人工受体以高灵敏性和特异性结合配体如蛋白质，肽，糖，微生物，污染物，药物等。常规的方法没有特别成功的，主要由于低结合亲合性仅取得了有限的灵敏性和特异性。
抗体、酶和天然受体通常具有108-1012范围内的结合常数，其导致纳摩尔级灵敏性和靶向特异性。相反，常规人工受体典型地具有约103-105的结合常数，可预测的结果为毫摩尔级灵敏性和有限的特异性。
正在进行几种常规方法试图获得高灵敏和特异性的人工受体。这些方法包括，例如，亲合性分离、分子印迹以及对合成的或半合成受体的合理的和/或组合性的设计和合成。
这些合理性或组合性方法已经受限于已被评价的受体的相对较少的数量和/或它们对仅集中于一种结构单元的设计策略，均相设计策略的依赖。常规组合方法在标准显微镜载玻片上形成包含10,000或100,000个不同的点的微阵列。然而，这些用于组合合成的常规方法每点只提供单一分子。在每个点使用单一结构单元使每个点仅提供单一可能的受体。制备数千种可能的受体将需要数千种结构单元的合成。
另外，目前对导致有效结合的原理的有限理解和受体的可能结构的巨大数量阻碍了这些常规方法，使这种方法存在问题。
仍然需要检测配体和检测化合物的方法，所述化合物干扰一种或多种结合相互作用。
概述
传感器系统的实施方案包括导波器，可以操作性地与导波器偶联的检测系统，和工作人工受体。可以相对于工作人工受体对导波器进行操作性地配置从而使导波器能够接受来自工作人工受体的viscininty的光。可以对检测系统进行配置从而检测来自导波器的光。
电化学传感系统的实施方案包括工作电极，参比电极和与工作电极偶联的工作人工受体。可以对传感系统进行配置从而产生传感信号。
电化学传感系统的实施方案包括场效应晶体管，和与场效应晶体管偶联的工作人工受体。当测试配体与工作人工受体结合时，信号可以通过场效应晶体管产生。
传感器系统的实施方案包括检测器和与检测器偶联的工作人工受体。可以对检测器系统进行配置从而检测与工作人工受体结合的测试配体的存在。
附图简述
图1示意性地举例说明按照本发明的受体的实施方案的二维表示，所述受体使用4个不同结构单元来组成配体结合位点。
图2示意性地举例说明一种4个结构单元的分子构型的实施方案的二维和三维表示，每个结构单元包含识别组件、构架、和与支持体偶联的接头(固定/锚定)。
图3示意性地举例说明使用重排和交换结构单元的本发明方法和人工受体的一个实施方案。
图4是包括导波器的电磁辐射(光)传感系统的示意图。
图5是包含多种光纤的光学传感器系统的示意图。
图6是电化学传感器系统的示意图。
图7是使用膜的电化学传感器系统的示意图，本发明的人工受体可以与所述膜偶联。
图8是使用光学和电化学传感器的传感器系统的示意图。
图9是微孔和突出的截断面视图。
图10是传感器阵列检测的模式的示例性举例说明。
图11是可以与本发明的人工受体偶联的纤维束的示意图。
图12A-12D是本发明的人工受体可以结合的场效应晶体管装置的示意图。
图13示意性地举例说明评价结合测试配体，诸如分子或细胞的候选人工受体的方法的实施方案。
图14示意性地举例说明使用候选人工受体的阵列的本发明方法的实施方案。
图15示意性地举例说明在工作人工受体阵列上的某些结合模式。
图16示意性地举例说明开发检测测试配体的方法和系统的方法的实施方案。
图17示意性地举例说明检测试剂的方法的实施方案，所述试剂干扰靶分子的结合相互作用。
图18示意性地举例说明检测试剂的方法的实施方案，所示试剂干扰包含靶分子的复合物的结合相互作用。
图19示意性地举例说明将本发明人工受体用于产生或作为亲合性支持体的方法的实施方案。
图20示意性地举例说明干扰蛋白质：蛋白质复合物的候选干扰物(disruptor)。
图21A-B示意性地举例说明评价结合测试配体的候选人工受体的阵列和选择一种或多种结合或在测试配体上起作用的工作人工受体。
图22示意性地举例说明从候选人工受体中对先导(lead)人工受体的鉴定。
图23示意性地举例说明按照本发明的实施方案被标记的微阵列的伪彩荧光图。
图24示意性地举例说明对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图25示意性地举例说明对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图26示意性地举例说明对于与卵清蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图27示意性地举例说明对于与卵清蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图28示意性地举例说明对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图29示意性地举例说明对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图30示意性地举例说明对于与乙酰化的辣根过氧化物酶接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图31示意性地举例说明对于与乙酰化的辣根过氧化物酶接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图32示意性地举例说明对于与辣根过氧化物酶的TCDD衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图33示意性地举例说明对于与辣根过氧化物酶的TCDD衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的三维标绘图。
图34示意性地举例说明在图25中举例说明的数据的子集。
图35示意性地举例说明在图25中举例说明的数据的子集。
图36示意性地举例说明在图25中举例说明的数据的子集。
图37示意性地举例说明藻红蛋白的结合数据与组成人工受体的结构单元的logP的相关性。
图38示意性地举例说明藻红蛋白的结合数据与组成人工受体的结构单元的logP的相关性。
图39示意性地举例说明比较对于与藻红蛋白接触和/或结合的候选人工受体获得的数据和对于与牛血清白蛋白的荧光衍生物接触和/或结合的候选人工受体获得的数据的二维标绘图。
图40，41，和42示意性地举例说明分别来自图25，29，和27的数据的子集，并且证明按照本发明的人工受体的阵列产生在三种分析物-藻红蛋白，牛血清白蛋白和卵清蛋白之间被辨别的受体。
图43示意性地举例说明对照板扫描荧光信号的灰度图，所述对照板通过在与测试配体一起温育前用有机溶剂洗脱结构单元来进行制备。
图44示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在23℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图45示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在3℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图46示意性地举例说明来自实验板的扫描的荧光信号的灰度图，所述实验板在43℃下与1.0μg/ml的霍乱毒素B一起温育。
图47-49示意性地举例说明来自在图44-46中举例说明的候选人工受体的荧光信号的标绘图。
图50示意性地举例说明，当在本发明的研究中使用的结构单元与支持体共价结合时，获自那些结构单元的组合的荧光信号的标绘图。结合在23℃下进行。
图51示意性地举例说明荧光信号的变化的曲线图，所述荧光信号来自4℃、23℃或44℃下结构单元的各种组合。
图52示意性地举例说明荧光信号的变化的曲线图，所述荧光信号来自4℃、23℃或44℃下结构单元的各种组合。
图53示意性举例说明在图51中表示的数据(用A标记的线)和在图52中表示的数据(用B标记的线)。
图54示意性地举例说明44℃的荧光信号被23℃的荧光信号除后对获自含可逆固定受体的人工受体在23℃的结合的荧光信号的曲线图。
图55举例说明在实施例4中报道的实验中通过将霍乱毒素与本发明的候选人工受体的微阵列结合随后用缓冲液进行洗涤产生的荧光信号。
图56举例说明实施例4所报告的实验中在与GM1 OS(0.34μM)的竞争后所检测到的，由于霍乱毒素结合而产生的荧光信号。
图57举例说明在实施例4中所报道的实验中，在缺乏GM1 OS情况下结合的量与在与GM1 OS(0.34μM)竞争后结合的量的比率。
图58举例说明实施例4所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于将霍乱毒素结合于本发明的候选人工受体微阵列后用缓冲液洗涤，为了与竞争实验相比较，使用了5.1μM GM1 OS。
图59举例说明实施例4所报告的实验中在与GM1 OS(5.1μM)的竞争后所检测到的，由于霍乱毒素结合而产生的荧光信号。
图60举例说明在实施例4所报道的实验中，在缺乏GM1 OS情况下结合的量与在与GM1 OS(5.1μM)竞争后结合的量的比率。
图61举例说明在实施例5中报道的实验中通过霍乱毒素单独与候选人工受体的微阵列结合并与GM1三种浓度的每一个竞争时所产生的荧光信号。
图62举例说明在没有GM1 OS时的结合数量与对于实施例5中所用低浓度GM1与GM1竞争时的结合数量的比率。
图63举例说明实施例6所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于不用GM1预处理时霍乱毒素与候选人工受体微阵列的结合。
图64-66举例说明在实施例6所报告的实验中的荧光信号，所述荧光信号产生于经GM1预处理(分别为100μg/ml、10μg/ml和1μg/ml的GM1)后霍乱毒素与候选人工受体微阵列的结合。
图67举例说明在实施例6所报告的实验中，1μg/ml GM1存在时的结合数量和没有GM1时的结合数量的比率。
优选实施方案详述
定义
用于本文时，术语“肽”是指一种化合物，所述化合物包含两种或更多通过酰胺键相连的氨基酸残基。
用于本文时，术语“多肽”和“蛋白质”是指肽，所述肽含有约20个以上的通过肽键相连的氨基酸残基。
用于本文时，术语“蛋白质组”是指生物、组织、器官或细胞的蛋白质的表达图谱。所述蛋白质组可具体至生物、组织、器官或细胞的具体的状态(例如，发育，健康等)。
用于本文时，术语“支持体”指固体支持体，其典型地是肉眼可见的。
用于本文时，术语支架指分子等级(molecular scale)的结构，多种结构单元可以共价结合于其上。
结构单元在支持体上的可逆固定将结构单元通过一种机制与支持体偶联，所述机制允许结构单元从支持体上解偶联而不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解。即，固定可被逆转而不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解。在一个实施方案中，固定可以在被逆转时仅伴随可忽略的或无效的结构单元或支持体的降解水平。可逆固定可容易地利用可逆的共价键或非共价相互作用。适宜的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢健、范德华相互作用等。易可逆的共价键是指可在不对结构单元或支持体造成破坏或不可接受的降解的条件下形成或断裂的共价键。
被固定在例如支持体上的结构单元的组合可以是候选人工受体、先导人工受体、或工作人工受体。即，载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多种结构单元可以是候选人工受体、先导人工受体、或工作人工受体。候选人工受体可以成为先导人工受体，其可以成为工作人工受体。
用于本文时，短语“候选人工受体”是指被固定的结构单元组合，所述组合能够被检测以确定特定的测试配体是否与所述组合结合。在一个实施方案中，所述组合包含一个或多个被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，候选人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多个结构单元。
用于本文时，短语“先导人工受体”是指被固定的结构单元的组合，其与测试配体在测试配体的预定浓度下，例如10、1、0.1、或0.01μg/ml，或1、0.1、或0.01ng/ml结合。在一个实施方案中，该组合包含一个或多个被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，先导人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管或孔上的多个结构单元。
用于本文时，短语“工作人工受体”是指结构单元的组合，其以有效分类或鉴定测试配体的选择性和/或灵敏性与测试配体结合。即，与该结构单元组合的结合表示所述测试配体属于某一类测试配体或是一种特定的测试配体。工作人工受体可以，例如，结合浓度为例如100、10、1、0.1、0.01、或0.001ng/ml的配体。在一个实施方案中，所述组合包含一种或多种被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，工作人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或包被于管、孔、载玻片、或其它支持体上或支架上的多种结构单元。
用于本文时，短语“工作人工受体复合体”是指多种人工受体，每种为结构单元的组合，其以有效分类或鉴定测试配体的选择性和/或灵敏性的模式与测试配体结合。即，与复合体几种受体的结合表示所述测试配体属于某一类测试配体或是一种特定的测试配体。复合体的各种受体可以各自以不同的浓度或不同的亲合性与所述配体结合。例如，复合体的各种受体各自以100、10、1、0.1、0.01、或0.001ng/ml的浓度与配体结合。在一个实施方案中，所述组合包含一种或多种被可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，工作人工受体复合体可以是载玻片上的多个异质结构单元点或区域；每个包被有不同的结构单元组合的多个孔；或每个包被有不同的结构单元组合的多个管。
用于本文时，短语“候选人工受体的显著数量”是指提供发现工作人工受体、工作人工受体复合体、或先导人工受体的机会的足够多的候选人工受体。如少到约100种到约200种候选人工受体可以成为发现适于区分两种蛋白质(例如，霍乱毒素和藻红蛋白)的工作人工受体复合体的显著数量。在其它的实施方案中，候选人工受体的显著数量可包含约1,000种候选人工受体，约10,000种候选人工受体，约100,000种候选人受体，或更多。
尽管不对本发明进行限制，认为提供机会以发现工作人工受体的机会所需的候选人工受体的显著数量可能比发现工作人工受体复合体所需的显著数量大。尽管不对本发明构成限制，认为提供机会以发现先导人工受体所需的候选人工受体的显著数量可能比发现工作人工受体所需的显著数量大。尽管不对本发明构成限制，认为提供机会以发现用于具有极少特征的测试配体的工作人工受体的机会所需的候选人工受体的显著数量可能比用于有许多特征的测试配体的多。
用于本文时，术语“结构单元”是指人工受体的分子元件，所述元件包含可以被预见的部分或包含一种或多种接头、一种或多种构架、和一种或多种识别元件的部分。在一个实施方案中，结构单元包括接头、构架、和一种或多种识别元件。在一个实施方案中，接头包含适于将结构单元可逆固定于例如支持体、表面或平层(lawn)上的部分。结构单元与配体相互作用。
用于本文时，术语“接头”是指结构单元上的一部分或官能团，其被使用于或其(例如，可逆地)，例如，通过共价连接、离子相互作用、静电相互作用或疏水相互作用，将结构单元与支持体偶联。
用于本文时，术语“构架”是指包括接头或与接头偶联和与一种或多种识别元件偶联的结构单元的一部分。
用于本文时，术语“识别元件”是指与构架偶联但不与支持体共价偶联的结构单元的一部分。尽管不对本发明限制，识别元件可以提供或形成一种或多种与配体相互作用的基团，表面，或空间。
用于本文时，短语“多种结构单元”是指在混合物，试剂盒中，或在支持体或支架上的两种或多种不同结构的结构单元。每种结构单元具有特定结构，且复合的结构单元，或多种结构单元的使用是指多于一种的这些特定结构。结构单元或多种结构单元不是意指每种具有相同结构的多个分子。
用于本文时，短语“结构单元组合”是指一起在点，区域或候选人工受体、先导人工受体或工作人工受体中的多个结构单元。结构单元组合可以是一组结构单元的子集。例如，结构单元的组合可以是一组N(例如N＝10-200)个结构单元中的2，3，4，5，或6个结构单元的可能组合中的一种。
用于本文时，短语“同质固定结构单元”和“多个同质固定结构单元”是指其上或内部仅已经固定一种结构单元的支持体或点。
用于本文时，短语“活化的结构单元”是指例如在支持体上活化使其容易与官能团形成共价键的结构单元。可以将包括羧基的结构单元转化为包括活化的酯基的结构单元，其为活化的结构单元。包括活化酯基的活化结构单元可以例如与胺反应形成共价键。
用于本文时，关于一种或多种结构单元的术语“首次用于实验的(naive)”是指之前从未被确定或已知与感兴趣的测试配体结合的结构单元。例如，在首次用于实验的结构单元上的识别元件先前从未被确定或已知与感兴趣的测试配体结合。本身就是或包含对于感兴趣(例如，霍乱毒素)的特定蛋白质(测试配体)的已知配体(例如，GM1)的结构单元不是关于所述蛋白质(配体)首次用于实验的。
用于本文时，关于与支持体偶联的结构单元所用的术语“固定的”是指被稳定定位在支持体上以致它们在支持体上不迁移或不从支持体上释放的结构单元。可以通过共价偶联，通过离子相互作用，或通过静电相互作用，如离子对或通过疏水相互作用诸如范德华相互作用将结构单元进行固定。
用于本文时支持体，管，孔，或表面的“区域”是指支持体，管，孔，或表面的连续部分。与区域偶联的结构单元可以指在该区域彼此接近的结构单元。
用于本文时，分子上的“大(bulky)”基团大于包括7或8个碳原子的部分。
用于本文时，分子上的“小”基团是氢，甲基，或另一小于包括4个碳原子的部分的基团。
用于本文时，术语“平层(lawn)”是指支持体上官能团的层，点，或区域，其密度为例如，足以将偶联的结构单元彼此接近地放置。官能团可以包括能与结构单元形成共价的、离子的、静电的或疏水相互作用的基团。
如本文所用，术语“烷基”是指饱和脂族基团，包括直链烷基，支链烷基，环烷(脂环)基，烷基取代的环烷基，和环烷基取代的烷基。在某些实施方案中，直链或支链烷基在它的主链中含有30个或更少的碳原子(例如对于直链C1-C12，对于支链C1-C6)。同样，环烷基在它们的环结构中可以含有3-10个碳原子，例如在环结构中含有5，6，或7个碳。
本文所用的术语“烷基”是指“未取代的烷基”和“取代的烷基”，后者是指含有取代基的烷基部分，所述取代基替代烃主链的一个或多个碳上的氢。这些取代基可以包括例如卤素，羟基，羰基(诸如羧基，酯，甲酰基，或酮)，硫代羰基(如硫酯，硫代乙酸酯，或硫代甲酸酯)，烷氧基，磷酰基，磷酸酯，亚膦酸酯(phosphinate)，氨基，酰氨基，脒，亚胺，氰基，硝基，叠氮基，硫羟基，烷硫基，硫酸酯，磺酸酯，氨磺酰基，亚磺酰氨基，磺酰基，杂环基，芳烷基，或芳族或杂芳族部分。如果合适，在烃链上取代的部分本身可以被取代。例如，取代烷基的取代基可以包括取代和未取代形式的上面所列的基团。
用于本文时，术语“芳烷基”是指用芳基(例如芳基或杂芳基)取代的烷基。
用于本文时，术语“链烯基”和“炔基”是指不饱和脂族基，其在长度和任选的取代类似于上述烷基，但分别包含至少一个双键或三键。
本文所用的术语“芳基”包括5-，6-和7-元单环芳基，其可以包括0-4个杂原子，例如苯，吡咯，呋喃，噻吩，咪唑，噁唑，噻唑，三唑，吡唑，吡啶，吡嗪，哒嗪和嘧啶等。那些在环结构中含有杂原子的芳基也可以称为“芳杂环化合物”或“杂芳族化合物”。芳环可以在一个或多个环位点被诸如上述关于烷基的这些取代基所取代。术语“芳基”还包括含有两个或多个环状环的多核环系统，其中两个或更多碳为两个邻接环所共有(环为“稠合环”)，其中至少一个环是芳环，例如，另一环状环可以是环烷基，环烯基，环炔基，芳基和/或杂环基。
用于本文时，术语“杂环”或“杂环基”是指3-12元环状结构，例如3-7元环，其环状结构包括1-4个杂原子。杂环基包括例如噻吩，噻蒽，呋喃，吡喃，异苯并呋喃，苯并吡喃，呫吨，phenoxathiin，吡咯，咪唑，吡唑，异噻唑，异噁唑，吡啶，吡嗪，嘧啶，哒嗪，中氮茚，异吲哚，吲哚，吲唑，嘌呤，喹嗪，异喹啉，喹啉，酞嗪，1，5-二氮杂萘，喹喔啉，喹唑啉，噌啉，蝶啶，咔唑，咔啉，菲啶，吖啶，嘧啶，菲咯啉，吩嗪，吩吡嗪，吩噻嗪，呋咱(furazan)，吩噁嗪，吡咯烷，oxolane，thiolane，噁唑，哌啶，哌嗪，吗啉，内酯，内酰胺诸如β-丙内酰胺和吡咯烷酮，磺内酰胺，磺酸内酯等。杂环可以在一个或多个位点被诸如关于烷基所述的这些取代基取代。
用于本文时，此处所用的术语“杂原子”是指除了碳或氢以外的任何元素的原子，如氮，氧，硫和磷。
人工受体总述
图1示意性地举例说明了一个实施方案，其在微阵列上的点中使用4个不同的结构单元来构成配体结合位点。此图举例说明一组处于形成单元格子(unit cell)的正方形角上的4个结构单元。一组四个结构单元可被预计成任何四边形的顶点。图1举例说明结构单元的多个点或区域可被预计为多种单元格子，在此例中是正方形单元格子。也可在支持体上形成其它四边形形状的四结构单元的单元格子组。
每个被固定的构件分子可提供从“构架”上伸出的一条或多条“臂”并且每条可包含与配体或另一个被固定的结构单元的部分相互作用的基团。图2举例说明四结构单元的组合，每个结构单元包含有两条臂(称为“识别元件”)的构架，为结构单元提供一个形成配体结合位点的分子构型。由象那些下面例举的结构单元形成的这样的位点可以结合小分子，如药物、代谢物、污染物、或类似物质，和/或可以结合更大的配体如大分子或微生物。
本发明的人工受体可包含被可逆固定于支持体或表面上的结构单元。逆转结构单元的固定可允许结构单元移动到支持体或表面的不同位置，或将结构单元交换到表面上和从表面上交换下来。例如，当可逆地偶联于或固定于支持体上时，结构单元的组合可与配体结合。逆转结构单元的偶联或固定提供了重排这些结构单元的机会，这可以促进对配体的结合。另外，本发明可允许加入额外的或不同的结构单元，这可进一步提高对配体的结合。
图3示意性地举例说明一个实施方案，利用在表面上有四个不同的结构单元的初始人工受体表面(A)，所述结构单元用阴影形状表示。这个初始人工受体表面(A)经历(1)将配体与人工受体的结合和(2)重排受体表面上的结构单元以产生先导人工受体(B)。重排是指逆转结构单元的偶联或固定并允许它们在受体表面上重新排列。形成先导人工受体后，另外的结构单元可被(3)交换到受体表面(C)上和/或从表面上交换下来。交换是指结构单元离开表面而进入与所述表面接触的溶液中和/或结构单元离开与所述表面接触的溶液而成为人工受体的一部分。另外的结构单元可为了结构多样性而被选择(例如，随机地)或基于先导人工受体中结构单元的结构而被选择以提供促进结合的另外方法。然后，原始的和另外的结构单元可被(4)重排和交换以在表面(D)上提供更高亲合性的
人工受体
利用人工受体的传感器
本发明的人工受体可以被配置在传感器、传感器系统和传感方法中。例如，传感器系统可以被配置从而基于从传感器中接受到的信号检测样品或环境中的测试配体，所述传感器被操作性地配置从而检测与本发明人工受体结合的测试配体。
在一个实施方案中，所述传感器系统包括光学传感器系统。所述光学传感器系统可以包括导波器，与导波器操作性地连接的检测系统，与感兴趣的测试配体结合的人工受体(例如，工作人工受体)。导波器可以关于工作人工受体被操作性地进行配置从而使导波器可以从工作人工受体接受光学信号(例如，荧光，发光或吸收度)。
在一个实施方案中，所述传感器系统包括电化学传感器系统。电化学传感系统可以包括转换器(例如电极或CHEMFET)，与转换器操作性地偶联的检测系统，和与感兴趣的测试配体结合的人工受体(例如，工作人工受体)。转换器可以相对于工作人工受体被操作性地进行配置从而使转换器可以检测在来自工作人工受体的电荷，电势，或电流(例如，导电性，电容，或阻抗)中的变化。在一个实施方案中，转换器包括至少一个电极。电化学传感系统可以包括工作电极，参比电极和工作人工受体。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与工作电极偶联。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与膜偶联，所述膜被配置在工作电极和参比电极之间。在一个实施方案中，工作电极和参比电极可以是常规电极。在一个实施方案中，工作电极和参比电极可以是场效应晶体管的来源和漏极(drain)。
可以通过多种机制使被预期包含测试配体的样品与人工受体接触。例如，所述样品可以在空气流或气溶胶流中进行传送。所述样品可以是液体。在一个实施方案中，可以是理想的是增加本发明的人工受体偶联的表面积从而提供在气流或液体流中对测试配体的提高的检测。在一个实施方案中，可以通过泡沫支持体物质诸如本发明的人工受体可以偶联的气凝胶来接收流动。
对于人工受体的支持环境
可以以多种构型或在多种支持体物质之中或之上来将本发明的人工受体支持在传感器或传感器系统中。例如，本发明的人工受体可以被支持在固体，凝胶和泡沫环境中。为了容纳各种传感系统，可以将本发明的人工受体配置在传导电流，光和/或其它电磁辐射的环境中。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以位于纤维，诸如光学纤维的远中面(distal surface)或附近。所述远中面可以，例如是光学纤维的末端。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以结合于或偶联于所述纤维的远中面。例如，本发明的人工受体可以被直接偶联于纤维的末端。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被偶联，包埋，或被配置于可以与所述纤维偶联的支持体物质或基底。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以位于纤维的末端的附近而不与所述纤维偶联。例如，本发明的人工受体可以被偶联或被悬浮在靶目标或基底中，所述靶目标或基底可以被配置以可以被纤维检测到。在一个实施方案中，可以将受体-支持的物质置于目标或基底上。在一个实施方案中，靶目标本身可以是受体的支持体，即所述目标或基底可以形成自本发明的人工受体可以偶联的物质。
在一个实施方案中，溶胶-凝胶可以是对于本发明人工受体的支持体。例如，本发明的人工受体可以被偶联或悬浮于溶胶-凝胶中，所述溶胶-凝胶可以偶联于纤维或电极。所述溶胶-凝胶过程包括从液体“溶胶”到固体“凝胶”相的系统的转变。通过溶胶-凝胶过程，可能的是制造广泛种类形式的陶瓷或玻璃物质。可以将掺杂剂加入以改变玻璃的性质。例如，使用溶胶-凝胶方法可以形成特细或球形粉末，薄膜涂层，陶瓷纤维，微孔无机膜，单块陶瓷和玻璃，或极多孔的气凝胶物质。在一个过程中，溶胶凝胶是被胶质化以形成固体的硅石颗粒的胶态悬浮体。得到的多孔凝胶可以被以化学方法进行纯化并在高温下被固结为高纯度的硅石。
可以将溶胶-凝胶涂布或施用在目标上，或备选地，形成目标本身。在一个实施方案中，溶胶-凝胶可以通过浸涂被施用于纤维的表面，并且当前的人工受体可以与溶胶-凝胶偶联。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于溶胶-凝胶基底，所述溶胶-凝胶基底可以被配置从而可以被纤维检测到，但是其不与所述纤维连接。例如，溶胶凝胶可以施用于板或其它基底并且所述光学纤维可以被排列从而检测板的部分。
除了浸涂之外，可以将溶胶-凝胶通过其它的方法诸如喷涂，浇铸或旋涂来进行施用。还可以对其它形式的溶胶-凝胶，诸如气凝胶，粉末，形成自干凝胶的薄膜进行配置从而与本发明的人工受体一起使用。在美国专利号5,774,603中描述了溶胶-凝胶方法。将使用气溶胶产生的溶胶-凝胶的双层传感器和传感器描述在美国专利号6,016,689中。
在一个实施方案中，可以将微球体(或“珠状物”)配置为用于本发明的人工受体的支持体。将结合光学纤维和固体多孔性无机微球体的传感器描述在美国专利号5,496,997中。将具有聚合物壳的微球体描述在美国专利号6,720,007中，所述聚合物壳具有一致的壳厚度。还在美国专利号6,327,410和6,266,459以及公开的美国专利申请号20030016897，20020122612，20010029049中对微球体进行讨论。可以将多个或多种微球体进行配置从而容许多路检测(将多种分析物结合在多组被涂布的珠状物上)。还可以将本发明的人工受体结合在纳米球体中。
在一个实施方案中，可以用光信号编码支持体诸如微球体。尽管可以编码其它的支持环境和结构，微球体将在本文出于描述的目的被参考。可以例如，通过应用可以被包裹在珠状物中的染料编码结构诸如微球体。所述染料可以是，例如荧光染料。所述染料还可以是生色团或无机发光材料，或其它可光学检测的物质。在一个实施方案中，可以将两种或多种染料用于提供多参数的代码。在一个实施方案中，所述代码可以相应于与微球体关联的化学官能度或敏感性。具有被编码的微球体的纤维光学传感器描述在美国专利号6,023,540中。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被配置从而与毛细管结合使用。例如，光学纤维(或电极)可以被支持在毛细管中。可以将流体样品引入介于纤维(或电极)和所述管之间的间隔中。流体可以通过毛细作用被吸收和支持在所述间隔中。本发明的人工受体可以与光学纤维(或电极)，毛细管，或在毛细管中的目标偶联，并被配置从而检测流体样品中的测试配体。使用在毛细管中的光学纤维的荧光免疫测定描述在美国专利号4,447,546中。
本发明的人工受体还可以被配置在空腔中。用于本文时，空腔倾向于指微孔、纹孔、空洞、凹坑、空隙或类似结构。出于本发明讨论的目的，尽管本发明的施用还应用于其它形式的空腔中，将对微孔进行描述。在一个实施方案中，微孔可以在光学纤维的末端形成。还可以在基底上形成微孔，所述基底可以被配置从而可以被光学纤维检测到。将基于微孔的传感器描述在美国专利号6,667,159，6,377,721，和6,210,910中。在一个实施方案中，如在美国专利号6,667,159中进一步描述的，多个微孔可以在各个纤维的远端形成，所述纤维在随机顺序的可寻址传感器阵列中。
在一个实施方案中，微孔接收受体可以偶联的珠状物。在一个实施方案中，所述微孔和珠状物可以被配置在纤维的末端表面上。在一个实施方案中，所述珠状物和凹坑结构可以模拟哺乳动物味蕾的形状。所述珠状物可以，例如，用聚合物进行构造。
图9显示在物质720中的凹坑730的截面，其可以是，例如基底，导波器或电极。所述凹坑可以是，例如微孔。可以作为球体或珠状物的突出740可以位于凹坑730中。本发明的工作电极710可以偶联于突出740。在一个实施方案中，本发明的工作电极可以偶联于凹坑的表面。
在一个实施方案中，微米大小的孔的微阵列可以在光学成像纤维的远端形成，并且本发明的人工受体可以在孔中偶联。在一个实施方案中，使用湿蚀刻的方法可以产生孔。当在核心和衬里蚀刻的速率不同时，孔可以在核心和衬里物质之间产生。例如，当纤维核心蚀刻的速度大于衬里蚀刻的速度时，所述核心被蚀刻去除从而产生被剩余的衬里定界的孔。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与细胞偶联。在一个实施方案中，活细胞可以被接受到孔中并且本发明的人工受体可以被配置从而检测活细胞的存在和/或行为。
在一个实施方案中，细胞可以被铺于纤维上并且本发明的人工受体可以被配置从而有利于所述细胞的检测。
在一个实施方案中，使用本发明的人工受体的传感器可以被配置从而在远距离位置进行光学分析测量。美国专利号5,814,524描述了使用成像纤维并利用远距离定位的固体基底的装置，所述成像纤维包含纤维光学阵列和梯度指数透镜(Gradient Index lens)，所述基底具有在外表面上的光能吸收指示配体以当存在于流体样品中时进行与各个种类的分析物反应性接触。
本发明的人工受体还可以被支持在碳糊中。在一个实施方案中，可以提供混合的光学/电化学传感器，其中碳糊可以被电偶联于线圈，所述线圈可以被配置从而检测所述样品和/或受体的电行为或性质。
本发明的人工受体还可以被配置在微通道中。在一个实施方案中，微通道包括在表面上的纵向的凹槽并且本发明的人工受体可以与凹表面偶联并且被配置以检测在微通道中的流体中的测试配体。
本发明的人工受体还可以被支持在膜上。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于膜，所述膜被放置在光学纤维的末端的前面。在一个实施方案中，所述膜可以是可移动的。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与膜偶联，所述膜被置于在电化学传感器中的两个电极之间。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与六甲基二硅醚等离子聚合的薄膜偶联。
包括分子印迹聚合物和沸石的其它物质可以被配置成用于本发明的人工受体的支持体。还可以对本发明的人工受体进行配置从而与可置换的丝漏印刷技术一起使用。
纤维光学传感器
纤维光学技术可以与本发明的人工受体一起使用。可以对纤维光学系统进行配置从而容许检测在电磁辐射，诸如可见光、红外辐射或紫外线照射的质量或数量中的调制的检测。例如，可以检测并测量辐射的强度(能量)，偏振状态，相和波长。基于纤维光学的传感器的实施方案描述在美国专利号5,690,894和6,680,206中。
可以与纤维一起对纤维光学检测系统进行配置，将所述纤维进行排列从而检测在本发明的人工受体附近的辐射和/或光学性质。可以对纤维光学传感系统的实施方案进行设计从而提供远距离的，分散的和多路的传感。使用受体的光学传感系统的实施方案显示并描述在美国专利号5,512,490中。在一个实施方案中，传感器可以与微观力学系统一起使用。还可以对传感器进行设计以在不利和危险的环境中进行操作。在一个实施方案中，可以通过保护性衬里层对纤维进行覆盖从而保护所述纤维。
可以将纤维光学纤维与滤色片(filter)和光源进行连接(interface)从而促进包含本发明的人工受体或偶联于本发明的人工受体的物质的具体性质或行为的检测。与样品中的受体偶联的测试配体的存在可以通过，例如通过检测样品的发射，吸收或折光率来进行检测。可以对检测器进行配置从而测量多种类型的辐射，包括，例如白光、紫外光或荧光。在一个实施方案中，可以将发射器和接受器与单独的纤维偶联并可以检测反射光，折射光或传导光(或其它辐射)。还可以使用其它来源的辐射。
图4是传感器系统200的实施方案的示意性举例说明，可以对其进行配置从而检测光学信号。本发明的人工受体210可以与基底220偶联。光源230，诸如激光或灯将光引导向人工受体。可以对导波器240进行配置从而检测电磁辐射，即光。可以对导波器240进行配置从而检测，例如，反射辐射，传导辐射或荧光辐射。所述导波器可以是，例如平面的导波器。纤维250，例如光学纤维，可以与导波器240和电磁检测系统260，诸如电荷耦合装置(CCD)进行偶联。检测系统可以与处理系统270，诸如计算机系统进行偶联，所述处理系统可以被配置从而处理和储存从检测系统接收的数据。或者，可以对检测系统进行配置从而直接提供或储存数据，而不使用单独的处理系统。
图5显示传感系统300的实施方案，其中纤维320可以被配置从而用作导波器。如在图5中所显示的，可以将多种纤维配置在一起从而检测光或其它由受体310反射，折射，传导或发荧光的辐射。从多种纤维接收的数据可以通过接收系统330进行处理从而容许在基底上观察不同的定位。在图5中所显示的实施方案中，基底340不与所述纤维偶联。在备选的实施方案中，基底可以与纤维的远端偶联，并且受体可以与基底偶联。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以直接与纤维偶联。
可以提供各种类型的光学传感器，诸如基于强度的传感器，基于干扰的传感器，基于偏振的传感器，基于波长的传感器，基于非线性光学的传感器，和基于多光子的传感器。还可以提供其它的检测器诸如光电倍增管，光电二极管，光二极管阵列和微通道板。还可以将成束的纤维和纤维阵列进行配置从而检测多个本发明的人工传感器。
可以基于直接或间接的检测来操作纤维光学检测系统。直接可检测的标记提供直接可检测的信号，而不与一种或多种另外的化学试剂相互作用。适合的直接可检测的标记包括比色标记，荧光标记等。间接可检测的标记与一种或多种另外的试剂相互作用从而提供可检测的信号。适合的间接标记包括被标记的抗体等。
可以对检测系统进行配置从而检测样品的固有光学性质，诸如折光率，颜色，或样品的发射(例如，荧光)或吸收(例如，猝灭荧光)性质。在一个实施方案中，可以基于一种或多种性质的变化来检测与受体结合的测试配体的存在，所述性质与测试配体的存在相关联。在一个实施方案中，在被传感区域中的测试配体或标记的浓度是与具体受体结合的分析物的浓度的函数，其可以从所述样品的光学性质或行为来进行测定。在一个实施方案中，标记可以与分析物结合。在一个实施方案中，标记可以与封闭分析物结合。标记的应用还描述在美国专利号5,690,894中。
纤维光学系统可以容许在检测构型中的柔性。例如，可以对纤维光学系统进行配置从而容许在否则难以接近的定位中的检测。通过使用一种或多种纤维，远距离的检测也是可能的。可以对一组纤维进行配置从而收集阵列或数据，如下面进一步描述的。沿纤维或纤维束的多点的检测也是可能的。
可以将纤维光学检测系统配置在传感或探测构型中。传感构型容许数据流。例如，可以对传感系统进行配置从而持续传感。探测构型在具体的时间点上采集数据样品(即，“快相(snapshot)”)。可以对纤维光学探针进行配置从而采集单一数据样品或多种样品。在一个实施方案中，例如，可以对纤维光学探针进行配置从而采集周期性的数据样品。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与光学成像纤维结合进行配置。光学成像纤维可以形成自个体纤维的复合(multiplicity)，其以相关的方式被融合和牵曳在一起从而使像可以从纤维的一个末端传递到另一个末端。在一个实施方案中，可以对光学成像纤维进行配置从而检测与本发明的人工受体结合的配体(例如，测试配体)的存在，状态或行为。这些成像纤维还可以与化学上敏感的聚合物基质组合配置从而组合成像和化学传感。这容许在样品中存在的化学动力学的同时的光学检测和测量。
在一个实施方案中，可以将本发明的人工受体进行配置从而用在光学镊子中。光学镊子使用聚焦激光束形成光学捕获来捕获颗粒。光学镊子描述在公开的美国专利申请号20030032204中。
尽管纤维光学导波器已经描述在上述申请中的许多中，具有其它几何性状(例如，平面或条形)的导波器还可以被配置从而与受体一起使用。可以使用各种形式的结构(例如，单一形式或多种形式)，折射率分配(步长或梯度指数)和物质组成(例如，玻璃，聚合物，半导体)。在一个实施方案中，受体可以与平面导波器的表面偶联。信号可以通过纤维被捕获并传递，其中它们可以通过计算机系统进行分析。使用平面导波器的基于荧光的传感器系统描述在美国公开的专利申请号2002/0160535中。
光学信号
可以通过配体与本发明的人工受体的相互作用或通过被标记的部分与配体的结合来产生可检测的光学信号。可以对纤维光学检测系统进行配置从而检测各种光学信号，包括通过物理，化学或生物学产生的那些。例如，检测系统可以被配置从而检测样品的折射率，颜色，发射，吸收，荧光或荧光猝灭性质的一个或多个，和/或那些性质的变化。
与本发明的人工受体结合的测试配体的存在可以影响光学信号的质量或数量，所述光学信号通过纤维被检测。与本发明的人工受体结合的两个或更多测试配体(或彼此结合)的存在还可以产生在光学信号或性质中的可检测的变化。
在一个实施方案中，可以检测在荧光或荧光的猝灭中的变化。荧光是在吸收不同的波长的辐射后的辐射的发射。例如，发荧光物质的实施方案可以在暴露于紫外线光后发射可见光。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以包括荧光分子，所述荧光分子的荧光性质(例如，发射强度，发射波长，或寿命)在分析物结合后变化。使用本发明的人工受体的传感器可以被配置从而检测荧光衰变时间。
使用本发明的人工受体的传感器可以被配置从而检测荧光的猝灭。荧光的猝灭可以以各种形式发生。当在猝灭剂和激发态之间遭遇的碰撞被涉及时动态猝灭可以发生。发射的寿命和强度可以通过动态猝灭而减少。当分子在高浓度猝灭其本身的荧光时，浓缩猝灭可以发生。当涉及荧光团和猝灭剂之间的相互作用时，“静止的”猝灭可以发生。当被发射的光子被样品的强色彩成分再吸收时可以发生颜色猝灭。颜色猝灭经常伴随基于荧光共振能量转移(′FRET′)的另一种猝灭过程。这是较少辐射的过程，其中被激发的种类将激发能量转移到具有与荧光团的发射光谱重叠的吸收的邻近物(neighbor)。
与本发明的人工受体一起配置的传感器还可以被配置从而检测荧光偏振。荧光偏振指这样的事实，所述事实是用平面偏振光激发的在溶液中的荧光分子将光发射回固定的平面，如果所述分子在荧光团激发的过程中保持静止的话。如果分子在激发状态过程中旋转，光在不同的平面中发射。被发射的光的强度可以在平面中被检测从而检测发荧光分子的旋转。大分子倾向于旋转得比小分子慢。荧光偏振测量可以因此用于研究分子的相互作用。例如，可以检测发荧光分子的结合的/游离的比率。检测标记的荧光偏振的传感器描述在美国专利号6,555,326中。
使用本发明的人工受体的传感器可以被配置从而检测瞬逝波(evanescent wave)的性质。基于瞬时波的传感器通过美国专利号5,525,800，5,639,668，和6,731,827进行描述。
使用本发明的人工受体的传感器可以被配置从而检测现象诸如化学发光，生物发光，或化学生物发光。化学发光是通过将能量从化学反应中释放将电磁辐射作为光来产生。使用合成化合物并通常包括高氧化种类诸如过氧化物的化学反应通常被称为化学发光反应。来自活体生物，诸如萤火虫或水母的光发射反应通常被称为生物发光反应。通过使用电流发生的光发射反应被称为电化学发光反应。
使用本发明的人工受体的传感器可以被配置以使用多参数的技术。例如，多参数的荧光技术可以基于辐射的光谱变化、强度、寿命和偏振来进行。在一个实施方案中，例如还可以同时监测折射率、发射和顿挫(abortion)性质。其它的组合是可能的。
在一个实施方案中，电荷耦合的装置(CCD)摄像机可以被配置从而检测来自结合本发明的人工受体的系统的光信号。在一个实施方案中，可以将长时期的暴露用于在一段时期内收集数据。还可以对滤色片进行配置从而通过波长分离信号。
在一个实施方案中，附近的场阵列可以在光学纤维上产生并且被配置来观察本发明的人工受体可以被偶联的目标。
光学传感器阵列
在一个实施方案中，可以排列纤维光学传感器从而提供数据的阵列。例如，在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被排列在阵列中的表面上。可以通过单纤维，或通过一组纤维来检测本发明的人工受体的阵列。在一个实施方案中，本发明的人工受体的阵列可以被定位于纤维的末端。例如，本发明的人工受体可以偶联于在阵列模式中的纤维的末端。或者，本发明的人工受体可以结合，悬浮，或以另外的方式定位在目标，诸如玻璃板上，其中纤维被操作性地排列从而容许相对于所述板进行检测。
在一个实施方案中，纤维的阵列可以与本发明的人工传感器一起进行配置以收集数据阵列。在一个实施方案中，纤维的阵列可以被定位从而从多种位置提供数据样品。在一个实施方案中，可以被排列在模式中的多种本发明的人工受体容许同时检测多个测试配体。这些传感器技术的其它变化或组合是可能的。在美国专利号5,690,894，6,667,159，和6,680,206中进一步描述了光学纤维传感器阵列。
在一个实施方案中，多个纤维可以被配置在束1100中，如图11所显示。具体的受体可以与具体的纤维或纤维的组相关。例如，在一个实施方案中，具体的受体可以与束的第一末端1110的纤维偶联，并且具体的测试配体可以基于在束的第二末端1120接收到的信号进行鉴定。
分析样品阵列的技术包括时间分辨光谱法，空间分辨光谱法，瞬逝波光谱法，激光辅助光谱法，表面等离子光谱法，和多维数据采集法。纤维束可以被配置从而形成传感器阵列，其可以用于成像或用于数据采集。在一个实施方案中，人工神经网络可以被配置从而处理来自纤维束阵列的数据。人工神经网络对信号消卷积(deconvolute)从而容许数据信号模式与具体测试配体或测试配体的组的存在相关。例如，可以被确定的是当具体的测试配体存在时，可以通过纤维阵列检测具体的信号的组合。当数据被收集时，可以确定对新的测试配体或测试配体的组合的检测。
在一个实施方案中，基于与本发明的人工受体组合的纤维光学技术的传感器可以被配置从而持续测量生物和环境样品中的各种成分的浓度(或浓度变化)。
电化学传感器
还可以对本发明的人工受体进行配置从而用在电化学的传感器中。本发明的人工受体可以与例如多种电化学传感器一起配置，所述传感器包括化学修饰的电极传感器和微电极。传感方案包括，例如电压计和电势计方法。电化学传感器可以被配置从而检测多种测试配体的任一种。
在一个实施方案中，电化学传感器包括与电极偶联或接近电极的本发明的人工受体。在一个实施方案中，如果测试配体与受体结合，测试配体的存在可以基于电监测来进行检测。例如，具体测试配体的存在可以产生电荷。电荷可以产生可检测的电流差或电压差。在一个实施方案中，当化学反应气体被氧化(接受氧和/或放弃电子)或被还原(放弃氧和/或接受电子)时，可以产生电势差，其可以导致电流流动。可以基于在阴离子和受体或与受体操作性偶联的氧化还原活性部分之间的电化学相互作用来检测不可还原的阴离子。
在一个实施方案中，电化学传感器包括工作电极(或“传感”电极)，参比电极，和本发明的人工受体。所述工作电极与测试配体接触，而参比电极不与测试配体接触。当测试配体在工作电极处存在时，电化学反应可以发生。典型地，取决于测试配体的类型，氧化或还原发生，但其它反应是可能的。氧化反应导致电子通过外电路从工作电极流到参比电极。还原反应导致电子从参比电极流到工作电极。这种电流中的电子流动与测试配体浓度成比例。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与工作电极偶联。受体可以与样品接触，推测所述样品包含感兴趣的测试配体。化学反应可以导致电子流向工作电极或从工作电极流出。例如，在一个实施方案中，受体可以接触所述样品，并且在样品中的测试配体可以结合受体。来自样品的受体和结合的测试配体可以与反应物质诸如电解质接触，这可以导致化学反应，所述化学反应又可以导致电流流动。
图6显示电化学传感器400的实施方案。本发明的工作受体410可以偶联于工作电极420。工作电极420和参比电极430可以被电偶联于电传感装置430，其可以被配置从而检测，例如电压或电流。尽管受体410显示直接与工作电极420偶联，所述受体可以备选地与基底偶联，所述基底可以与工作电极电偶联。
在一个实施方案中，电化学传感器包括膜。本发明的人工受体可以被连接或以另外的方式偶联于膜。图7显示电化学传感器500的实施方案，其中本发明的工作受体510可以偶联于在工作电极530和参比电极540之间的膜520，其可以偶联于电传感装置550。在一个实施方案中，所述膜定位于工作电极和测试配体之间。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于导电的聚合物薄膜。例如，在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于导电的聚合物薄膜，所述薄膜可以偶联于铂电极或其它电极的表面。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于导电的聚吡咯薄膜。
在一个实施方案中，厚膜电极可以被结合在玻璃基底之中或之上。在一个实施方案中，薄-膜Ag/AgCl电极可以结合在玻璃基底上。铂电极还可以被结合在玻璃基底之中或之上。还可以提供多电极的系统，其中多电极被结合在单个的玻璃基底中。
本发明的人工受体还可以偶联于基于半导体的传感器。在一个实施方案中，基于半导体的传感器可以基于电吸收效应：施加在半导体的敏感层上的电场改变物质的吸收特性。
本发明的人工受体可以与场效应晶体管，诸如MOSFET，CHEMFET，ISFET，SAFET，或SGFET一起配置。例如，本发明的人工受体可以偶联于FET装置，或在FET装置的附近的环境中的目标。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管(FET)的层，并且物质与人工受体的结合可以通过MOSTFET进行检测。ISFET，ChemFET，SAFET，和SGFET的示意性举例说明分别在图12A-12D中进行提供。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以与离子选择性的场效应晶体管(ISFET)一起进行配置。ISFET装置1200的实施方案的示意性举例说明显示在图12A中。在一个实施方案中，基于由与本发明的人工受体结合的测试配体所导致的effectsostatic效应，ISFET运行。在一个实施方案中，可以对化学敏感性膜1205或绝缘层进行配置从而在电源1210和漏极1215之间延伸。在一个实施方案中，本发明的人工受体1220可以偶联于化学敏感性膜或层。来自与受体和/或膜偶联的化学品的电荷可以通过FET发出与受体结合的化学品的存在和/或鉴定的信号的操作来进行放大。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于化学修饰的场效应晶体管(ChemFET)。ChemFET1225的示意性举例说明显示于图12B中。在一个实施方案中，氧化层1235可以在漏极1245和电源1240之间延伸，并且化学敏感性栅1250可以被放置于氧化层的顶部。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于或包埋于氧化层1235或栅层1250中。在一个实施方案中，所述单层或多层可以是凝胶或膜。在一个实施方案中，凝胶和膜可以被层叠于栅的表面。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于表面易接近场效应晶体管(SAFET)。图12C显示SAFET装置1255的示意性举例说明，所述装置包括电源1275和漏极1280。在一个实施方案中，本发明的人工受体1260可以偶联于绝缘结构1265或栅1270。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于悬挂的(suspended)栅场效应晶体管(SGFET)。图12D显示SGFET 1285的示意性举例说明。在一个实施方案中，化学敏感性绝缘结构1290可以被层叠于漏极1295和电源1300上，并且栅1305可以被层叠在绝缘结构1290上。化学敏感性网眼1310可以被层叠在栅1305上。本发明的人工受体1315可以偶联于或包埋在化学敏感性网眼1310，栅1305，和绝缘结构1290的一个或多个中。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于碳糊，所述碳糊被电偶联于电极。在一个实施方案中，结合本发明的人工受体的电化学传感器可以基于碳糊丝漏印刷电极。在一个实施方案中，这些传感器结合导电的聚合物聚苯胺(PANI)/聚(乙烯基磺酸)(PVSA)。这些传感器可以有效用在检测和量化氧化还原活性测试配体中。
还可以用电化学阻抗光谱学技术来配置本发明的人工受体。在一个实施方案中，在受体上的测试配体的存在可以通过在电极界面上的电特性变化来进行检测。例如，可以检测在阻抗中的变化，在电容中的变化或在导纳(或电阻)中的变化。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被配置在无反应力(reagentless)的传感器中。例如，本发明的人工受体可以被配置从而用在无反应力的电流免疫传感器中。在一个实施方案中，本发明的人工受体是荧光，并且受体的荧光特性在分析物结合后变化。无反应力的测定试剂盒描述在美国专利号6,660,532中。
在一个实施方案中，光学和电化学传感器可以被配置从而同时收集关于样品的数据。将对于样品的同时成像和化学传感的薄膜纤维光学传感器阵列和装置描述在美国专利号5,298,741中。
还可以用多元件的微电极阵列传感器对本发明的人工受体进行配置。例如，可以对这些阵列传感器进行配置从而检测多种不同的气体或测试配体，或可以对于在多种位置上的单一测试配体进行监测。
图8显示传感系统600的实施方案，其中可以对电化学传感器620的阵列和在纤维电缆630中的纤维光学传感器的阵列进行配置从而检测来自多种本发明的人工受体610的信号，所述人工受体可以偶联于基底640。处理系统650接收来自电化学传感器的阵列和来自光学传感器的数据。接受自纤维阵列的数据模式800的实例显示于图10中。可以检测位置810，在所述位置中，测试配体已经结合于本发明的人工受体。
传感器施用
传感器，传感器系统和使用本发明的人工受体的方法可以被配置从而检测多种测试配体或测量多种特性或行为。
嗅觉或味觉的人工传感
在一个实施方案中，使用本发明人工受体可以提供模拟人或哺乳动物嗅觉或味觉的传感器系统。这些系统有时被称作人造舌或人造鼻。例如，在一个实施方案中，可以对样品测试其细菌、毒素或毒物。例如，在一个实施方案中，可以对系统进行配置从而检测，病原微生物，癌细胞，水中的污染物，空气污染物，爆炸相关的蒸气，蛋白质和/或多核苷酸。
在一个实施方案中，所述样品可以是食物或饮料产品。在一个实施方案中，可以对光学系统进行配置从而检测在样品的光学性质中的变化，诸如所述样品的固有荧光中的变化。通过纤维或纤维束获得的数据可以被消卷积或进行处理。可以对分析物的复合混合物进行鉴定和量化。例如，在一个实施方案中，可以对从样品中获得的数据模式进行注解从而鉴定和/或量化具体测试配体的存在。
在一个实施方案中，可以在人造鼻中对本发明的人工受体进行配置。例如，在一个实施方案中，可以对本发明的人工受体进行配置从而检测爆炸性蒸气，从而例如促进地雷的检测。在一个实施方案中，人造鼻包括光源(或其它电磁辐射的来源)，本发明的人工传感器可以偶联的目标，和CCD摄像机。在一个实施方案中，还可以提供蒸气传递系统和蒸气去除系统。在一个实施方案中，可以将蒸气以脉冲递送到人造鼻的感觉区域中。为了鉴定和量化在样品中的测试配体，可以检测光学特性和行为诸如在荧光中的变化和/或在波长中的转变。
在人造鼻的一个实施方案中，可以对图案识别和/或神经网络分析进行配置从而在爆炸性蒸气和其它有机蒸气(例如，背景蒸气)之间进行辨别。在一个实施方案中，可以使用光学传感器的阵列。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于微珠状物，所述微珠状物可以偶联于微孔。在一个实施方案中，可以对荧光信号进行处理并且将信号进行绘图从而容许鉴定，例如硝基芳族化合物。在一个实施方案中，可以在一段时期内检测信号并可以对信号数据进行处理从而鉴定和/或量化样品中的测试配体。在一个实施方案中，可以将基于本发明的人工受体的人造鼻结合到便携式系统中，所述系统可以被配置从而用在所述场中，从而，例如检测地雷。
微观流体系统
可以与微观流体系统一起使用来配置本发明的人工受体。结合微观流体系统的生物传感器描述在美国专利号6,716,620中。微观流体系统还描述在美国专利号6,773,567；6,756,019；6,709,559；6,670,153；6,670,133；6,635,487；6,632,655；6,534,013；6,498,353；6,488,895；和6,465,257，和公开的美国专利申请号20040048360和20040028567中。在一个实施方案中，可以将光学传感器用于检测在微观流体系统的部分中的测试配体的存在。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以用于从在微观流体系统中的流动中提取测试配体。还可以使用本发明的人工受体与指示物成分一起对微观流体系统进行配置。微观流体系统的指示物成分描述在公开的美国专利申请号20040141884中。
纳米结构(Nanostructure)
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被配置用在纳米结构中。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被配置用在胶体装配过程中。在一个实施方案中，所述受体与更大的颗粒偶联。可以进行胶体装配过程从而将更小的颗粒装配在更大的颗粒周围。在一个实施方案中，更大的颗粒可以被蚀刻除去从而产生空心球体。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于悬臂，其可以例如是微米等级的臂。当测试配体，例如DNA链，与人工受体结合时，诱导了使悬臂弯曲的表面应力。可以检测悬臂的弯曲，由此容许检测与本发明的人工受体结合的测试配体的存在。在一个实施方案中，可以提供悬臂的阵列。在一个实施方案中，通过将不同的人工受体与悬臂或悬臂的组进行偶联可以检测不同的测试配体(例如，不同的基因)。
在一个实施方案中，可以与纳米管一起配置本发明的人工受体。例如，本发明的人工受体可以偶联于半导体的碳纳米管从而促进气体的检测。
在一个实施方案中，可以与半导体的纳米管一起配置本发明的人工受体，所述纳米管被配置从而当暴露于具体的测试配体，诸如气体时，改变电阻。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被配置从而阻抑一种或多种测试配体与纳米管的结合从而容许纳米管对其它物质的检测。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以偶联于半导体纳米导线的表面。例如，本发明的人工受体可以偶联于纳米导线场效应晶体管。在一个实施方案中，纳米导线场效应晶体管可以偶联于或结合在硅基片(silicon chip)中。
偶联通讯系统的传感器
可以用操作性地偶联于通讯系统的传感器来配置本发明的人工受体的实施方案。例如，使用有线的或无线的技术可以将使用本发明的人工受体的传感器偶联于通讯网络。所述通讯可以是，例如网际分析。也偶联于通讯网络的处理系统可以检测来自一种或多种传感器的一种或多种信号。在反应性系统的一个实施方案中，按照响应于从传感器中接收的信号的需要，采取调整作用。
可以和网络一起配置各种类型的传感器。例如，可以与网络一起配置电化学和纤维光学传感器。在一个实施方案中，结合本发明的人工受体的电化学、电势计、电压计和/或电流计传感器可以偶联于数据网络。还可以将结合本发明的人工受体的基于吸光度和/或荧光的传感器偶联于数据网络。可以包括本发明的人工受体的其它类型的传感器还可以偶联于网络。还可以对系统进行配置从而从多种传感器或传感器阵列中收集和传递数据。
在一个实施方案中，传感器系统可以偶联于从传感器系统中接收信号的数字系统。在一个实施方案中，还可以对数字系统进行配置从而相应于环境进行调整。例如，可以激活调节器来进行调整。在一个实施方案中，针对被检测的具体特性的产品可以从产物流中移去。例如，可以从装配线上移去被污染的食品产品。在一个实施方案中，可以对系统进行配置从而检测在邮递包裹中的具体测试配体，并且所述包裹可以被分离进行处理或进行进一步的分析。在一个实施方案中，可以监测项目诸如航空行李的爆炸性蒸气并可以在需要时起动响应行动。其它的实施方案是可能的。
应用人工受体的方法
可以产生对给定测试配体或给定测试配体的一个具体部分具有特异性的工作人工受体。异质的和固定化的结构单元的分子组合形成工作人工受体。例如，彼此相近固定于支持体上的2、3、4、或5个不同的构件分子的组合提供了作为候选物和工作人工受体的分子结构。对于测试配体，结构单元可以是首次用于实验的。一旦产生了多个候选人工受体，它们就被检测以确定哪一个对给定配体是特异性的或有用的。
然后特异性的或工作人工受体或受体复合体可以被用于多种不同的方法和系统。例如，所述受体可被用于结合或检测测试配体的方法和/或装置中。作为另外的实例，所述受体可被用于化学合成的方法和/或装置中。用于化学合成的方法和系统可以包括用于区域特异性和立体特异性的化学合成的方法和系统。所述受体还可被用于开发破坏或模拟结合相互作用的化合物。开发治疗性试剂的方法和系统可以包括用于药物和疫苗开发的方法和系统。
在一个实施方案中，本发明的方法和系统可以被用于检测多个感兴趣的配体。例如，可能通过特异性的配体组合的存在来鉴定一个未知的生物样品。这样的方法在检测特定病原体或疾病状态的测定中可以是有用的。作为另外的实例，这样的实施方案可以被用于测定受试者的遗传谱。例如，可以检测癌症组织或可以检测遗传上的癌症倾向。
本发明的人工受体可作为用于下列用途的产品的一部分：分析基因组和/或蛋白质组(蛋白分离和特征鉴定)；药物开发(如序列特异性小分子先导的鉴定，蛋白和蛋白间相互作用的特征鉴定)；用于测试配体的检测物；药物滥用的诊断或治疗(如可卡因或其它药物滥用的临床或研究分析)；有害废物分析或补救；化学品暴露警报或干涉；疾病诊断或治疗；癌症诊断或治疗(如前列腺特异性抗原的临床分析)；生物试剂警报或干涉；食物链污染分析或补救以及食物污染物的临床分析等。
结合或检测测试配体的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括结合或检测测试配体的方法和/或装置。例如，本发明的人工受体可以用于目前使用抗体的多种检测法。本发明的人工受体可以特异于给定配体，如抗原或免疫原。因此，本发明的人工受体可以被以类似于酶免疫测定、酶联免疫测定、免疫扩散、免疫电泳、乳胶凝聚试验等的形式使用。可以用这样的方法检测的测试配体包括滥用的药物、生物试剂(如危险试剂)、生物试剂的标记物、疾病状态的标记物等。检测用的方法和系统可以包括用于所有类型的临床化学、环境分析和诊断测定中的方法和系统。
例如，人工受体可以与含有或怀疑含有至少一个测试配体的样品接触。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。然后，可以检测一个或多个测试配体与人工受体的结合。接下来，可以解释结合的结果以提供关于样品的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中测试配体的方法，所述方法包括将对测试配体有特异性的人工受体与怀疑含有所述测试配体的样品接触。所述方法还包括检测或定量测试配体与人工受体的结合。例如，在适当条件下结合(例如，紧密地)分子、细胞或微生物的人工受体可以一种形式使用，在所述形式中结合本身就足以表明所述分子或生物的存在。这样的形式还可包括用阳性和对照样品探测的人工受体。
图14示意性地举例说明一个用于评价结合测试配体，诸如分子或细胞的候选人工受体的方法的实施方案。所述方法可以包括制备候选人工支持体的阵列。可以通过将该阵列与测试配体接触并鉴别哪种受体与测试配体结合而鉴定工作人工受体。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。这样的方法可应用被标记的测试配体。该方法可以包括产生含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，该方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中测试配体的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或环境样品。
图15示意性地举例说明本方法的一个实施方案，该方案使用候选人工受体的阵列。所述方法的这个实施方案可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测测试配体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合测试配体，如分子或细胞的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。所述分子或细胞可以显示出与阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，所述人工受体可以用于鉴定生物样品的方法，或鉴定或检测所述分子或细胞的方法。
如图15中所举例说明的，可通过应用了单个或多个先导或工作人工受体的方法鉴定测试配体。适于鉴定测试配体的多个先导或工作人工受体可被用于阵列形式测试中。单个的先导或工作人工受体可以作为带与阳性和/或阴性对照受体共同配置于支持体上，所述阳性和/或阴性对照受体也可配置成多条带。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单个测试配体的工作人工受体或用于多个测试配体的工作人工受体。例如，一种方法可以包括将所述人工受体与样品接触。包含用于单个测试配体的工作人工受体的基底可被用于检测该测试配体的方法或系统。与工作人工受体的结合表明该样品含有该测试配体。包含用于多个测试配体的工作人工受体的基底可被用于检测一个、几个或所有测试配体的方法或系统。与用于特定测试配体的工作人工受体的结合表明所述样品含有这样的测试配体。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供一种模式，所述模式指示一种或多种测试配体的存在。所述方法可以包括检测样品的结合模式并将其与已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明工作人工受体阵列上的某些结合模式。在一个实施方案中，所有用于一个测试配体的人工受体可被排列成贯穿基底的一条线。根据图16，对IL-2有特异性的受体处于工作人工受体复合体阵列10上的线12中。已经结合了测试配体(例如，IL-2)的工作人工受体被表示成阴影24。未结合测试配体的工作人工受体被表示为空心圆圈26。
应用了举例说明的阵列的方法可以包括通过荧光或本文描述的另外的方法检测工作人工受体的线12上的结合。在举例说明的实施方案中，检测工作人工受体的线12上的结合表明所述样品含有IL-2。进一步地，阵列10上其它工作人工受体上信号的缺失表明该样品不含有IFN-γ，IL-10，TGF-β，IL-12或TGF-α。因此，应用这样的阵列的方法可以确定一个样品是否是特定类型的生物样品或含有特定类型的分子或细胞。
当被设计与研究(field)用测定试剂盒一起使用时，装置30可以含有排列的点从而使阳性结果产生一个易于识别的图案36，如加号。所述易于识别的图案可以因此指示特定的测试配体存在于样品之中。或者，可以将用于特定靶42的人工受体或点随机地置于第三个阵列40上。以该方式，当使用了所述检测装置或阵列时，测试结果对于观察者可能不是直观明显的但会易于被一种机器阅读，该机器可以被编程以将在不同位置上与受体或点的结合与特定生物样品、分子或细胞的鉴定相关联。
在一个实施方案中，本发明包括一种用于检测或鉴定生物样品、分子或细胞的方法。该方法的这个实施方案可以包括从人工受体的阵列中选择结合生物样品、分子或细胞的人工受体，将所述人工受体与测试组合物相结合，并检测人工受体与测试组合物的结合。在这样的实施方案中，结合表明测试组合物中该生物样品、分子或细胞的存在。在一个实施方案中，本发明包括一种用于检测或鉴定生物样品、分子或细胞的方法。该方法的这个实施方案可以包括使人工受体的阵列与测试组合物接触并检测与人工受体的结合。结合表明测试组合物中生物样品、分子或细胞的存在。
本发明的方法可以开发或应用多个特异于特定测试配体，例如，生物样品、分子或细胞的工作受体。即，工作受体可以特异于特定的测试配体，但不同的受体可以与所述测试配体的不同的独特抗原(例如，蛋白或糖类)、配体、官能团或结构特征相互作用。这样的方法可以提供用于测试配体存在性的稳定检测。例如，这样的稳定检测与依赖单个唯一的(unique)受体来检验给定测试配体的检测方法相比可以降低假阳性或假阴性结果出现的机会。另外，本方法的这个实施方案可以开发或应用工作受体，所述工作受体因为与同一测试配体上多个抗原或配体相互作用(例如，多价结合)而显示出更高的结合亲合性。
在一个实施方案中，所述方法可以应用一个包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测多核苷酸，例如，DNA或RNA的测定法或系统。所述方法可以包括评价阵列，所述阵列包含用于与多核苷酸，例如，DNA或RNA，相结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于该DNA或RNA可以是首次用于实验的。所述多核苷酸，例如，DNA或RNA，可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。该一种或几种人工受体可以被选作人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用在鉴定生物样品的方法中，或鉴定或检测该多核苷酸，例如，DNA或RNA的方法中。
在一个实施方案中，所述方法可以应用一种包含有效量(significantamount)的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测多肽或肽的测定法或系统。所述方法可以包括评价一个阵列，所述阵列包含用于与多肽或肽结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元可以对于该多肽或肽是首次用于实验的。所述多肽和肽可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。该一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用在鉴定生物样品，或鉴定或检测所述多肽或肽的方法中。
在一个实施方案中，本发明方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测寡聚-或多糖的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与寡聚-或多糖结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述寡聚-或多糖可以是首次用于实验的。所述寡聚-或多糖可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用在鉴定生物样品，或鉴定或检测该寡聚-或多糖的方法中。
在一个实施方案中，所述方法可以应用一种包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测细胞，例如，肝细胞的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与细胞，例如，肝细胞结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述细胞可以是首次用于实验的。所述细胞，例如，肝细胞可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用在鉴定生物样品，或鉴定或检测细胞，例如，肝细胞的方法中。
结合或检测滥用的药物的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括一种用于结合或检测滥用药物的方法和/或装置。用于检测的方法和系统可以包括用于所有类型的临床化学、研究分析和诊断测定的方法和系统。例如，人工受体可以与含有或怀疑含有至少一种滥用药物的样品相接触。然后，可以检测一种或多种滥用药物与人工受体的结合。接下来，可以分析结合的结果以提供关于样品的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中滥用药物的方法，所述方法包括将对滥用药物有特异性的人工受体与怀疑含有该滥用药物的样品接触。所述方法还包括检测或定量滥用药物与人工受体的结合。
图14示意性地举例说明一个用于评价结合测试配体的候选人工受体的方法的实施方案。该方法的这个实施方案可以用于检测测试配体如滥用药物。此方法可以包括制备候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。可以通过将所述阵列与滥用药物接触并鉴别哪种受体与滥用药物结合而鉴定工作人工受体。所述方法可以包括产生一种含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中滥用药物的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或证据样品。
图15示意性地举例说明使用候选人工受体阵列的本发明方法的一个实施方案。所述方法的这个实施方案可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测一种滥用药物的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种含有效量的用于结合滥用药物的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于该滥用药物可以是首次用于实验的。所述滥用药物可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作可用于鉴定生物或田间样品，或鉴定或检测该滥用药物的方法中的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单个滥用药物的工作人工受体或用于多个滥用药物的工作人工受体。例如，一种方法可以包括将人工受体与样品接触。包含用于单个滥用药物的工作人工受体的基底可被用在检测该滥用药物的方法或系统中。与所述工作人工受体的结合表明该样品含有该滥用药物。包含用于多个滥用药物的工作人工受体的基底可被用在检测一个、几个或所有滥用药物的方法或系统中。与用于特定滥用药物或滥用药物的工作人工受体的结合表明该样品含有这样的一种或多种滥用药物。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供一种指示一种或多种滥用药物的存在的模式。所述方法包括检测样品的结合模式并将其与来自已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明在工作人工受体的阵列上的结合模式。这样的模式和方案可被用于鉴定多种包括滥用药物的测试配体。
本发明的方法可以开发或应用多个特异于特定滥用药物或所述滥用药物的特性的工作受体。即，工作受体可以特异于特定的滥用药物，但不同的受体可以与该滥用药物的不同的独特配体、官能团或结构特征相互作用。这样的方法可以提供用于滥用药物存在的稳定检测。例如，这样的稳定检测与依赖单个唯一的受体来检验给定滥用药物的测定法相比可以减少假阳性或假阴性结果出现的机会。另外，所述方法的这个实施方案可以开发或应用工作受体，所述工作受体因为与相同滥用药物上多个配体或特点相互作用(例如，多价结合)而显示出更高的结合亲合性。
适合的滥用药物包括大麻素类(例如，哈希什和麻利华纳)，抑制剂(例如，巴比妥类、苯二氮杂类、γ-羟丁酸酯、甲喹酮)，解离性麻醉药(例如，氯胺酮、PCP和PCP相似物)，致幻剂类(例如，LSD、麦司卡林、赛洛西宾)，鸦片剂或阿片样物质(例如，可待因、芬太尼、芬太尼类似物、海洛因、吗啡、阿片、盐酸羟考酮、氢可酮、酒石酸氢盐(酯))，兴奋剂(例如，苯丙胺、可卡因、亚甲二氧基-去氧麻黄碱、去氧麻黄碱、哌甲酯、尼古丁)，吸入剂(例如，溶剂)等。
适合的滥用药物包括性能增强剂，如兴奋剂和β-阻断药，同化激素类药，氧载体增强剂，掩蔽剂，和吸入剂。适合的兴奋剂包括咖啡因和苯并胺。适合的β-阻断药包括沙丁胺醇(用于哮喘吸入器)等。适合的同化激素类药包括类固醇(例如，蛋白激素)，类固醇类似物，和生长激素。适合的氧载体增强剂包括红细胞生成素等。
结合或检测同分异构体的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括用于结合或检测同分异构体或化合物的同分异构体的方法和/或装置。用于检测的方法和系统可以包括用于所有类型的临床化学、环境分析和诊断检测的方法和系统。例如，人工受体可以与含有或怀疑含有化合物的至少一种同分异构体的样品相接触。然后，可以检测一个或多个该化合物同分异构体与人工受体上的结合。接下来，可以分析结合的结果以提供关于所述同分异构体的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中化合物的同分异构体的方法，所述方法包括将对该同分异构体有特异性的人工受体与怀疑含有该同分异构体的样品接触。所述方法还包括检测或定量同分异构体与人工受体的结合。
本发明的方法可以被用于同分异构体如立体异构体(例如，几何异构体或旋光异构体)，旋光异构体(例如，对映异构体和非对映异构体)，几何异构体(例如，顺-和反-异构体)。本发明的方法可以被用于开发工作或先导人工受体或工作人工复合体，它们能结合于化合物的一个或多个同分异构体(例如，对映选择性受体环境)。例如，人工受体或复合体可以与化合物的一种立体异构体结合，但与所有另外的立体异构体只微弱结合或根本不结合。例如，人工受体或复合体可以与化合物的一种几何异构体结合，但与所有另外的几何异构体只微弱结合或根本不结合。例如，人工受体或复合体可以与化合物的一种旋光异构体结合，但与所述化合物的所有其它的旋光异构体只微弱结合或根本不结合。例如，人工受体或复合体可以与化合物的一种对映异构体结合，但与所有其它的对映异构体只微弱结合或根本不结合。例如，人工受体或复合体可以与化合物的一种非对映异构体结合，但与该所有其它的非对映异构体只微弱结合或根本不结合。
图14示意性地举例说明一种用于评价结合测试配体的候选人工受体的方法的实施方案。该方法的这个实施方案可以用于检测测试配体如化合物的同分异构体。所述方法可以包括制造候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。可以通过将所述阵列与异构体接触并鉴别哪种受体与所述异构体结合而鉴定工作人工受体。所述方法可以包括产生含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中同分异构体的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或临床样品。
图15示意性地举例说明使用候选人工受体的阵列的本发明方法的一个实施方案。所述方法的这个实施方案可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测同分异构体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合同分异构体的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于该同分异构体可以是首次用于实验的。所述同分异构体可以显示出与阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定生物样品、临床样品或实验室样品，或鉴定或检测所述同分异构体的方法。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单个同分异构体的工作人工受体或用于多个同分异构体的工作人工受体。例如，一种方法可以包括使所述人工受体与样品接触。包含用于单个同分异构体的工作人工受体的基底可被用于检测该同分异构体的方法或系统。与工作人工受体的结合表明该样品含有该同分异构体。包含用于多个异构体的工作人工受体的基底可被用于检测一个、几个或所有同分异构体的方法或系统。与用于特定一种或多种异构体的工作人工受体的结合表明所述样品含有这样的一种或多种同分异构体。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供一种模式，所述模式指示一种或多种同分异构体的存在。所述方法可以包括检测样品的结合模式并将其与已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明工作人工受体的阵列上的结合模式。这样的模式和方案可被用于鉴定多种测试配体，包括同分异构体。
在一个实施方案中，所述方法可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测立体异构体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合所述立体异构体的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于该立体异构体可以是首次用于实验的。所述立体异构体可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定实验室样品或临床样品的方法，或鉴定或检测该立体异构体的方法。
在一个实施方案中，所述方法可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测几何异构体(例如，顺式和反式同分异构体)的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合所述几何异构体(例如，顺式和反式同分异构体)的候选人工受体的阵列。构成所述人工受体的结构单元对于所述几何异构体可以是首次用于实验的。所述几何异构体可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定实验室样品或临床样品，或鉴定或检测所述几何异构体(例如，顺式和反式同分异构体)的方法。
在一个实施方案中，所述方法可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测旋光异构体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合旋光异构体的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于该旋光异构体可以是首次用于实验的。所述旋光异构体可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定实验室样品或临床样品，或鉴定或检测所述旋光异构体的方法。
在一个实施方案中，本方法可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测对映异构体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合所述对映异构体的候选人工受体的阵列。所述对映异构体可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定实验室样品或临床样品，或鉴定或检测所述对映异构体的方法。
在一个实施方案中，所述方法可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测非对映异构体的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的的用于结合非对映异构体的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于该非对映异构体可以是首次用于实验的。所述非对映异构体可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定实验室样品或临床样品，或鉴定或检测所述非对映异构体的方法。
结合或检测肽类的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括用于结合或检测肽的方法和/或装置。用于检测的方法和系统可以包括用于所有类型的临床化学、环境分析和诊断检测的方法和系统。例如，所述人工受体可以与含有或怀疑含有至少一种肽的样品相接触。然后，可以检测一种或多种肽与人工受体的结合。接下来，可以分析结合的结果以提供关于所述样品的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中肽的方法，所述方法包括将对该肽有特异性的人工受体与怀疑含有该肽的样品接触。所述方法还可以包括检测或定量所述肽与人工受体的结合。
图14示意性地举例说明用于评价结合测试配体的候选人工受体的方法的实施方案。本发明方法的这个实施方案可以用于检测测试配体如肽。所述方法可以包括制造候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。可以通过将所述阵列与肽接触并鉴别哪种受体与所述肽结合而鉴定工作人工受体。所述方法可以包括产生含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中肽的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或临床样品。
图15示意性地举例说明使用候选人工受体阵列的本方法的一个实施方案。所述方法的这个实施方案可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测肽的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合肽的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于所述肽可以是首次用于实验的。所述肽可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定生物样品或环境样品，或鉴定或检测所述肽的方法。
图17示意性地举例说明用于开发用于检测测试配体的方法和系统的方法的实施方案，所述测试配体诸如肽或肽类的混合物。本方法的这个实施方案可以包括评价用于结合多种肽中的每一种的候选人工受体的多个(例如，阵列)。构成人工受体的结构单元对于所述肽类中的一种或多种可以是首次用于实验的。所述多种肽可以包括在细胞或生物体中发现的肽。所述方法可以包括检测各个肽对多个候选人工受体或其阵列的一个子集的结合。所述方法可以包括检测在细胞或生物体中发现的肽对候选人工受体的多种或阵列的一个子集或其全部的结合。这可被设计成对于每种肽或肽类的混合物开发工作人工受体或人工受体复合体。
这样，每种肽或肽类的混合物可以提供多个或阵列上所结合受体的模式。所结合受体的模式可以是该肽或肽混合物或含有该肽或肽混合物的样品的鉴定。所述方法包括将该结合模式的表现形式储存为图象或数据结构。结合模式的表现形式可由操作者或数据处理系统进行评价。所述方法可以包括这样评价。来自未知样品的结合模式与特定肽的结合模式相匹配就将该未知样品鉴定为含有所述肽。来自未知样品的结合模式与特定的肽混合物的结合模式相匹配就将该未知样品鉴定为含有所述肽的混合物或就是所述肽的混合物或鉴定为包括或就是包含肽的混合物的生物体或细胞。多种结合模式可被存储为数据库。
所述举例说明的方法的一个实施方案可以包括创建人工受体的阵列。这个实施方案还可以例如，通过用在细胞或生物中发现的多个个体肽或肽类来探测所述阵列从而编译特定肽或肽的混合物的结合模式的数据库。将所述阵列与未鉴定的肽或肽混合物接触可以产生一个测试结合模式。然后所述方法可以将所述测试结合模式与数据库中已知肽或肽混合物的结合模式进行比较以鉴定或分类该未鉴定的肽、肽混合物、或细胞或生物体。在一个实施方案中，已经构建了受体的数据库和阵列，并且所述方法包括用未知肽或肽混合物探测所述阵列以产生测试结合模式，然后将该结合模式与数据库中的结合模式进行比较以鉴定或分类该未被鉴定的肽、肽的混合物、或细胞或生物。
可以将为辨别肽的混合物构建的阵列与来自感兴趣的生物、细胞或组织的样品相接触。与阵列结合的肽可以鉴别或检测所述生物、细胞或组织；可以指示由生物体导致的或影响所述细胞或组织的疾病；可以指示对由生物体导致的或影响所述细胞或组织的疾病进行的成功治疗；鉴别疾病进程；鉴定治疗先导或策略；等。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单个肽的工作人工受体或用于多个肽的工作人工受体。例如，所述方法可以包括将所述人工受体与样品接触。包含用于单个肽的工作人工受体的基底可被用于检测该肽的方法或系统。与工作人工受体的结合表明所述样品含有所述肽。包含用于多个肽的工作人工受体的基底可被用于检测一个、几个或所有所述肽的方法或系统。与用于特定一种或多种肽的工作人工受体的结合表明所述样品含有这样的一种或多种肽。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供指示一种或多种所述肽的存在的模式。所述方法可以包括检测样品的结合模式并将其与已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明在工作人工受体阵列上的结合模式。这样的模式和方案可被用于鉴定多种包括肽的测试配体。
此方法可以开发或应用多种特异于特定肽或肽上特性的工作受体。即，所述工作受体可以特异于特定的肽，但不同的受体可以与所述肽上不同的独特配体、官能团或结构特征相互作用。这样的方法可以提供用于肽的存在的稳定检测。例如，这样的稳定检测与依赖单个唯一的受体来检验给定肽的测定法相比可以减少假阳性或假阴性结果出现的机会。另外，本方法的这个实施方案可以开发或应用工作受体，所述受体因为与相同肽上多种配体或特点相互作用(例如，多价结合)而显示出更高的结合亲合性。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测肽的测定法或系统。所述方法可以包括评价包含用于与所述肽结合的有效量的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。所述肽可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测所述肽的方法。
所述方法可以包括选择与特定肽结合的人工受体和/或组成这些受体的结构单元(例如，与支架分子结合)作为药物开发的先导物或作为调节该肽活性的活性剂。可以选择所述人工受体或组成该人工受体的结构单元与肽的一部分相结合，所述部分是它与其它大分子(例如，糖、蛋白、或多核苷酸)相互作用所需的，由此就打破了这种相互作用。
结合或检测蛋白质或蛋白质组的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括用于结合或检测一种蛋白、多种蛋白中的一种或多种、或蛋白质组的方法和/或装置。用于检测的方法和系统可以包括用于临床化学、环境分析、诊断检测和蛋白质组分析的方法和系统。例如，所述人工受体可以与含有至少一种蛋白质或蛋白质组的样品相接触。构成所述人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。然后，可以检测一种或多种蛋白质与所述人工受体的结合。接下来，可以分析结合的结果以提供关于该样品，例如，蛋白质组的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中蛋白质的方法，所述方法包括将对该蛋白质有特异性的人工受体与怀疑含有所蛋白质的样品接触。所述方法还可以包括检测或定量所述蛋白质与人工受体的结合。
图14示意性地举例说明一种用于评价结合测试配体的候选人工受体的方法的实施方案。该方法的这个实施方案可以用于检测测试配体如一种或多种蛋白质。所述方法可以包括制备候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。可以通过将所述阵列与蛋白接触并鉴别哪种受体与所述蛋白结合而鉴定工作人工受体。所述方法可以包括产生含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中蛋白质的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或环境样品。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单一蛋白质的工作人工受体或用于多种蛋白质的工作人工受体。例如，所述方法可以包括将所述人工受体与样品接触。包含用于单一蛋白质的工作人工受体的基底可被用于检测该蛋白的方法或系统。与工作人工受体的结合表明所述样品含有该蛋白。包含用于多种蛋白质的工作人工受体的基底可被用于检测一种、几种或所有蛋白质的方法或系统。与用于特定蛋白质或多种蛋白质的工作人工受体的结合表明所述样品含有这样的一种或多种蛋白质。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供一种模式，所述模式指示一种或多种蛋白的存在。所述方法可以包括检测样品的结合模式并将其与已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明工作人工受体阵列上的结合模式。这样的模式和方案可被用于鉴定多种测试配体，包括蛋白。
图17示意性地举例说明用于开发用于检测测试配体的方法和系统的方法的实施方案，所述测试配体如蛋白质或蛋白质组。本方法的这个实施方案可以包括评价多种(例如，阵列)用于结合多种测试配体中的每一种的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述多种测试配体可以包括多种蛋白质。所述多种测试配体可以包括组成细胞或生物的蛋白质组的蛋白质。所述方法可以包括检测各个蛋白质对多种候选人工受体或其阵列的一个子集的结合。所述方法可以包括检测组成蛋白质组的蛋白质与多种候选人工受体或其阵列的一个子集或其全部的结合。这可被设计成对于每种蛋白质或蛋白质组开发工作受体或人工受体复合体。
因此，每种蛋白质或蛋白质组可以提供多种或阵列所结合受体的模式。所结合受体的模式可以是所述蛋白质或蛋白质组或含有所述蛋白质或蛋白质组的样品的鉴定。所述方法包括将该结合模式的表现形式储存为图象或数据结构。结合模式的表现形式可由操作者或数据处理系统进行评价。所述方法可以包括这样的评价。来自未知样品的结合模式与特定肽的结合模式相匹配就将该未知样品鉴定为含有所述蛋白。来自未知样品的结合模式与特定蛋白质组的结合模式相匹配就将该未知样品鉴定为含有该蛋白质组或就是该蛋白质组，或者含有或就是具有该蛋白质组的生物或细胞。相似地，来自未知样品的结合模式可以针对多种特定蛋白质或蛋白质组的结合模式进行评价并且所述样品可被鉴定为含有一种或多种所述蛋白或蛋白质组。多种结合模式可被存储为数据库。
所举例说明的方法的一个实施方案可以包括创建人工受体阵列。该实施方案还可以包括例如通过用多种个体蛋白质或蛋白质组探测所述阵列来编译特定蛋白或蛋白质组的结合模式的数据库。使所述阵列与未鉴定的蛋白或蛋白质组接触可以产生测试结合模式。然后所述方法可以将所述测试结合模式与数据库中已知蛋白或蛋白质组的结合模式进行比较以鉴定或分类所述未被鉴定的蛋白质、蛋白质组、或细胞或生物。在一个实施方案中，已经构建了受体的数据库和阵列，并且所述方法包括以未知蛋白质或蛋白质组探测所述阵列以产生测试结合模式，然后将该结合模式与数据库中的结合模式进行比较以鉴定或分类该未被鉴定的蛋白质、蛋白质组、或细胞或生物。
可以将蛋白质组阵列与来自感兴趣的生物、细胞或组织的样品相接触。与蛋白质组阵列结合的蛋白可以鉴定或检测该生物、细胞或组织；可以指示由该生物导致的或影响所述细胞或组织的疾病；可以指示对由该生物导致的或影响所述细胞或组织的疾病进行的成功治疗；鉴别疾病进程；鉴定治疗先导或策略；等。
本发明方法可以开发或应用多种特异于特定蛋白或该蛋白上特性的工作受体。即，工作受体可以特异于特定的蛋白，但不同的受体可以与该蛋白上不同的独特配体、官能团或结构特征相互作用。这样的方法可以提供用于该蛋白存在的稳定检测。例如，与依赖单个唯一的受体来检验给定蛋白的测定法相比，这样的稳定检测可以减少假阳性或假阴性结果出现的机会。另外，所述方法的这个实施方案可以开发或应用工作受体，所述工作受体因为与相同蛋白上多种配体或特点相互作用(例如，多价结合)而显示出更高的结合亲合性。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测蛋白质的测定法或系统。所述方法可以包括评价包含用于与所述蛋白质结合的有效量的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述蛋白质可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)，其可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测所述蛋白质的方法。
本发明的方法可以包括选择与特定蛋白结合的人工受体和/或组成这些受体的结构单元(例如，与支架分子结合)作为药物开发的先导物或作为调节所述蛋白质活性的活性剂。可以选择所述人工受体或组成该人工受体的结构单元与酶的活性位点或受体的配体结合位点相结合或打破其活性。可以选择所述人工受体或组成该人工受体的结构单元与蛋白的一部分相结合，所述部分是它与一种其它大分子(例如，糖、蛋白、或多核苷酸)相互作用所需的，由此打破了这种相互作用。可以选择所述人工受体或组成所述人工受体的结构单元与受体的结合位点相结合而作为该受体的激动剂。
本发明的方法可以包括选择与用在蛋白质组分析的系统中的预选蛋白质相结合的工作人工受体。可以在基底和结合于受体的蛋白上提供用于预选蛋白质的工作人工受体。在一个实施方案中，选择和结合应用了多种不同的工作人工受体用于预选蛋白质。所述多种人工受体可以结合预选蛋白上的不同特性和留下预选蛋白上的游离的不同特性。所述方法的这个实施方案包括将工作受体与结合的预选蛋白接触，该预选蛋白结合于至少一个用于该预选蛋白的候选结合配偶体。所述方法可以包括检测所述候选结合配偶体与预选蛋白质的结合或结合的缺少。与预选蛋白质结合的候选结合配偶体可以被当作先导结合配偶体。
在一个实施方案中，所述方法包括将工作受体与结合的预选蛋白接触，其中细胞或生物的蛋白质组作为候选结合配偶体的来源。随后所述方法可以从所述蛋白质组重新获得一种或更多种先导结合配偶体。然后这可以鉴定所述蛋白质组含有或不含用于预选蛋白的结合配偶体。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被应用于蛋白组学的研究。在这样的实施方案中，可以将候选或工作人工受体的阵列与肽、多肽、和/或蛋白质的混合物接触。每种混合物可以产生结合于所述阵列的特征性指纹。此外，鉴定用于靶向肽、多肽、和/或蛋白的特异性受体环境可以被应用于分离和分析所述靶。即，在另外一个实施方案中，可以将特定受体的表面用于亲合纯化方法，例如，亲合层析。
在一个实施方案中，本发明的候选人工受体可以被应用于发现在优选的构型或取向上与蛋白结合的受体表面。许多蛋白质(例如，抗体、酶、受体)在特定环境下是稳定的和/或有活性的。确定的受体表面可以被用于产生选择性保持或定向蛋白以获得最大稳定性和/或活性的结合环境。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被用于形成生物活性的表面。例如，受体表面可以被用于特异性结合抗体或酶的活性构象。
在一个实施方案中，本发明的方法可以包括在蛋白仍然与人工受体结合时对其进行标记。得到的蛋白质将被标记于标记试剂可以接近的部分，但不是与人工受体结合的那些部分。所述方法可包括将被标记的蛋白从人工受体上释放。蛋白质上标记分布的测定指示蛋白质的哪个部分与所述受体结合。
在某些实施方案中，本发明的人工受体可以被应用于在单一蛋白质的两种构象之间的区分。某些蛋白质以两种或更多稳定的构象存在。在一种实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合一种蛋白质的第一构象。在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合蛋白的第二构象。在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合蛋白的第一构象，但不与所述相同的蛋白质的第二构象结合。在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合蛋白质的第二构象，但不与所述相同蛋白质的第一构象结合。
例如，在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合朊病毒的第一或非传染性构象，但不与其第二或传染性构象结合。例如，在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合朊病毒的第二或传染性构象，但不与其第一或非传染性构象结合。例如，在一个实施方案中，本发明的工作人工受体或复合体可以结合β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象，但不与其第二或斑块形成构象结合。例如，在一个实施方案中，所述工作人工受体或复合体可以结合β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象，但不与其第二或非斑块形成构象结合。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测蛋白质的所需构象的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与该蛋白的所需构象结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述蛋白或其所需构象可以是首次用于实验的。所述蛋白的所需构象可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。该一种或几种人工受体可以被选作可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测所述蛋白的所需构象的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测朊病毒的第一或非传染性构象的测定法或系统。所述方法可以包括评价包含用于与朊病毒的第一或非传染性构象结合的有效量的候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于所述朊病毒可以是首次用于实验的。朊病毒的第一或非传染性构象可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测朊病毒的第一或非传染性构象的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测朊病毒的第二或传染性构象的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与朊病毒的第二或传染性构象结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。朊病毒的第二或传染性构象可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测朊病毒的第二或传染性构象的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，本发明的方法包括开发受体或受体系统，其可以区分朊病毒的第一或非传染性构象和所述朊病毒的第二或传染性构象。这样的方法可以包括选择工作人工受体或复合体，其可以结合朊病毒的第一或非传染性构象，但不与所述朊病毒的第二或传染性构象结合。这个实施方案可以包括选择一种工作人工受体或复合体，其可以结合朊病毒的第二或传染性构象，但不与朊病毒的第一或非传染性构象结合。共同使用时，这两组工作人工受体或系统可以将一种生物样品鉴定为含有所述朊病毒的一种或两种形式。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述β-淀粉状蛋白可以是首次用于实验的。所述β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述β-淀粉状蛋白可以是首次用于实验的。所述β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，本发明的方法包括开发受体或受体系统，它们可以区分β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象和所述β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象。这样的方法可以包括选择一种工作人工受体或复合体，其可以结合β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象，但不与所述β-淀粉状蛋白第二或斑块形成构象结合。这个实施方案可以包括选择一种工作人工受体或复合体，其可以结合β-淀粉状蛋白的第二或斑块形成构象，但不与所述β-淀粉状蛋白的第一或非斑块形成构象结合。共同使用时，这两组工作人工受体或系统可以将生物样品鉴定为含有所述β-淀粉状蛋白的一种或两种形式。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测霍乱毒素的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于结合霍乱毒素的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述霍乱毒素可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测霍乱毒素的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测癌细胞的至少一种蛋白的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与所述癌细胞蛋白结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述癌细胞蛋白质可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测该癌细胞蛋白的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，本发明的方法可以包括将工作人工受体或阵列与样品接触，所述样品来自怀疑是癌性的或含有肿瘤的细胞或组织。所述样品可以是血清。至少一种蛋白与工作人工受体或阵列的结合可以指示或鉴定该特定癌症或肿瘤的存在，如通过鉴定蛋白质存在的模式。
可以通过这样的方法检测或鉴定的癌症包括，例如，膀胱癌，乳腺癌，结肠癌，肾癌，肝癌，包括小细胞肺癌的肺癌，食管癌，胆囊癌，卵巢癌，胰腺癌，胃癌，子宫颈癌，甲状腺癌，前列腺癌和包括鳞状细胞癌的皮肤癌；淋巴谱系的造血肿瘤，包括白血病、急性淋巴细胞性白血病、急性成淋巴细胞性白血病、B细胞淋巴瘤、T细胞淋巴瘤、何杰金氏淋巴瘤、非何杰金氏淋巴瘤、毛细胞淋巴瘤和Burkett’s淋巴瘤；骨髓系的造血肿瘤，包括急性和慢性粒细胞性白血病、脊髓发育不良综合征和早幼粒性白血病；间充质原发性肿瘤，包括纤维肉瘤和横纹肌肉瘤；中枢和外周神经系统肿瘤，包括星形细胞瘤、神经母细胞瘤、神经胶质瘤和神经鞘瘤；其它肿瘤，包括黑素瘤、精原细胞瘤、畸胎癌、骨肉瘤、xeroderoma pigmentosum、keratoctanthoma、甲状腺滤泡癌、卡波西肉瘤等。
给合或检测微生物的方法
在一个实施方案中，本发明可以包括用于结合或检测微生物，例如细胞或病毒的方法和/或装置。用于检测的方法和系统可以包括用于所有类型的临床化学、环境分析和诊断检测的方法和系统。例如，所述人工受体可以与含有或怀疑含有至少一种微生物，例如细胞或病毒的样品相接触。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。然后，可以检测一种或多种微生物与人工受体的结合。接下来，可以分析结合的结果以提供关于所述样品的信息。在一个实施方案中，本发明包括检测样品中的微生物，例如细胞或病毒的方法，所述方法包括将对该微生物，例如细胞或病毒有特异性的人工受体与怀疑含有所述微生物，例如细胞或病毒的样品接触。所述方法还可以包括检测或定量所述微生物，例如细胞或病毒与人工受体的结合。
图14示意性地举例说明一个用于评价候选人工受体的方法的实施方案，所述人工受体用于结合测试配体。本发明的方法的这个实施方案可以用于检测测试配体如微生物，例如细胞或病毒。所述方法可以包括制备一种候选人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于测试配体可以是首次用于实验的。可以通过将所述阵列与微生物，例如细胞或病毒接触并鉴别哪种受体与所述微生物结合而鉴定工作人工受体。所述方法可以包括产生一种含有工作人工受体或受体复合体的阵列或装置。在一个实施方案中，所述方法可以包括使用用于检测或鉴定样品中微生物，例如细胞或病毒的阵列或装置，所述样品如生物样品、实验室样品或环境样品。
图15示意性地举例说明本发明方法的一个实施方案，其使用候选人工受体阵列。所述方法的这个实施方案可以应用含有效量的本发明的人工受体的阵列以产生用于鉴定或检测一种微生物，例如细胞或病毒的测定法或系统。所述方法可以包括评价含有效量的用于结合微生物，例如细胞或病毒的人工受体的阵列。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述微生物可以显示出与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测该微生物，例如细胞或病毒的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
图17示意性地举例说明一个用于开发一种用于检测测试配体的方法和系统的方法的实施方案，所述测试配体诸如致病生物体。本发明方法的这个实施方案包括评价用于结合多种测试配体，诸如致病生物中的每一种的多种(例如，阵列)候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于该测试配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括检测各个测试配体(例如，致病生物)对多种候选人工受体或其阵列的一个子集的结合。这可被设计成为多种测试配体中的每一种开发工作人工受体或人工受体复合体。
这样，每种测试配体(例如，致病生物)可以提供多种或阵列的所结合受体的模式。所结合受体的模式可以是该测试配体或含有所述测试配体的样品的特性。所述方法可以包括将该结合模式的表现形式储存为图象或数据结构。结合模式的表现形式可由操作者或数据处理系统进行评价。所述方法可以包括这样的评价。来自未知样品的结合模式与特定测试配体(例如，致病生物)的结合模式相匹配就将该未知样品鉴定为含有所述配体。相似地，来自未知样品的结合模式可以针对多种特定测试配体的模式进行评价并且所述样品可被鉴定为含有一种或多种所述测试配体。多种结合模式可被存储为数据库。
所举例说明的方法的一个实施方案可以包括创建人工受体阵列。这个实施方案还可以包括，例如通过用多种个体生物探测所述阵列来编译特定致病生物的结合模式的数据库。将所述阵列与未鉴定的生物接触可以产生测试结合模式。然后所述方法可以将所述测试结合模式与数据库中已知生物体的结合模式进行比较以鉴定或分类该未被鉴定的生物。在一个实施方案中，已经构建了受体的数据库和阵列，并且所述方法包括用未知生物探测所述阵列以产生测试结合模式，然后将该结合模式与数据库中的结合模式进行比较以鉴定或分类该未被鉴定的生物。
在一个实施方案中，所述方法可以包括在基底上产生或应用选定的工作人工受体或受体复合体。所述基底可以包含用于单一微生物，例如细胞或病毒的工作人工受体或用于多种微生物，例如细胞或病毒的工作人工受体。例如，一种方法可以包括将本发明的受体与样品接触。包含用于单一微生物，例如细胞或病毒的工作人工受体的基底可被用于检测该微生物的方法或系统中。与所述工作人工受体的结合表明所述样品含有所述微生物。包含用于多种微生物，例如细胞或病毒的工作人工受体的基底可被用于检测一种、几种或所有微生物的方法或系统。与用于一个特定一种或多种微生物的工作人工受体的结合表明所述样品含有这样的一种或多种微生物。
可以配置工作人工受体或受体复合体以提供一种模式，所述模式指示一种或多种微生物，例如细胞或病毒的存在。所述方法可以包括检测样品的结合模式并将其与已知样品的结合模式相比较。图16示意性地举例说明工作人工受体阵列上的结合模式。这样的模式和方案可被用于鉴定多种测试配体，包括微生物。
本发明的方法可以开发或应用多种特异于特定微生物或该微生物上特性的工作受体。即，所述工作受体可以特异于特定的微生物，但不同的受体可以与该微生物上不同的独特抗原(例如，蛋白质或糖)、配体或特性相互作用。这样的方法可以提供用于该微生物存在的稳定检测。例如，与依赖单个唯一的受体来检验给定微生物的测定法相比，这样的稳定检测可以减少假阳性或假阴性结果出现的机会。另外，本方法的这个实施方案可以开发或应用工作受体，所述受体因为与相同微生物上多种抗原或配体相互作用(例如，多价结合)而显示出更高的结合亲合性。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测细菌的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与所述细菌结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述细菌可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种能用于鉴定生物样品，或鉴定或检测所述细菌的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测病毒颗粒的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与所述病毒颗粒结合的有效量的候选人工受体。构成所述人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述的病毒颗粒可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测所述病毒颗粒的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测一种生物毒害的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与该生物毒害结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。所述生物毒害可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种能用于鉴定生物样品，或鉴定或检测该生物毒害的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测霍乱弧菌(Vibrio cholerae)的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与霍乱弧菌结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于霍乱弧菌可以是首次用于实验的。所述霍乱弧菌可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测霍乱弧菌的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
在一个实施方案中，所述方法可以应用包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生用于鉴定或检测微生物的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与所述微生物结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于所述测试配体可以是首次用于实验的。可以选择一种或多种在适当条件下与所述微生物结合的人工受体用在能与该微生物结合的亲合支持体上。可以选择一种或多种在适当条件下与所述微生物或细胞充分牢固结合的人工受体并将其结构单元结合到支架分子上。所述方法的一个实施方案可以应用这样的基底来结合或固定微生物，所述基底在其表面上含有一种或多种人工受体或支架-受体。一种在其表面含有多种人工受体的基底可以被用于所述微生物的多价捕获或固定，所述多种人工受体中的每一种都与该微生物的不同部分相结合。
本发明的方法可以包括选择与特定微生物结合的人工受体和/或组成这些受体的结构单元(例如，与支架分子结合的)作为药物开发的先导物或作为调节所述微生物活性的活性剂或作为针对所述微生物的抗生素。
在一个实施方案中，所述方法可以应用一种包含有效量的本发明的人工受体的阵列来产生一种用于鉴定或检测一种临床或环境所关心的微生物的测定法或系统。所述方法可以包括评价一种阵列，所述阵列包含用于与该临床或环境所关心的微生物结合的有效量的候选人工受体。构成人工受体的结构单元对于该测试配体可以是首次用于实验的。所述的临床或环境所关心的微生物可以显示与该阵列上一种或几种候选人工受体的特征性结合。所述一种或几种人工受体可以被选作一种可以用于鉴定生物样品，或鉴定或检测该临床或环境所关心的微生物的方法的人工受体(例如，工作人工受体或工作人工受体复合体)。
适合的临床或环境所关心微生物包括细菌，支原体，真菌，立克次氏体，或病毒。适合的临床或环境所关心的细菌或支原体包括大肠埃希氏杆菌(Escherichia coli(例如，大肠杆菌H157:O7))，霍乱弧菌(Vibriocholerae)，Acinetobacter caicoaceticus，流感嗜血菌(Haemophilusinfluenzae)，类放线杆菌(Actinobacillus actinoides)，副溶血嗜血杆菌(Haemophilus parahaemolyticus)，李氏放线杆菌(Actinobacilluslignieresii)，副流感嗜血杆菌(Haemophilus parainfluenzae)，猪放线杆菌(Actinobacillus suis)，嗜肺性军团病杆菌(Legionella pneumophila)，牛放线菌(Actinomyces bovis)，Leptospira interrogans，以色列放线菌(Actinomyces israelli)，多志小小菌(Mima polymorpha)，嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)，结膜炎摩拉克氏菌(Moraxella lacunata)，丙酸蛛网菌(Arachnia propionica)，鼻疽伯克霍尔德氏菌(Burkholderiamallei)，类鼻疽伯克霍尔德氏菌(Burkholderia pseudomallei)，Moraxellaosioensis，亚利桑那沙门氏菌(Arizona hinshawii)，Mycobacteriumosioensis，蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)，麻风分枝杆菌(Mycobacteriumleprae)，拟杆菌属(Bacteroides spp)，分枝杆菌属(Mycobacterium spp)，杆状巴尔通氏体(Bartonella bacilliformis)，类志贺邻单胞菌(Plesiomonasshigelloides)，支气管炎博德特氏菌(Bordetella bronchiseptica)，变形杆菌属(Proteus spp)，艰难梭菌(Clostridium difficile)，绿脓假单胞菌(Pseudomonas aerμginosa)，污泥梭状芽孢杆菌(Clostridium sordellii)，猪霍乱沙门氏菌(Salmonella choleraesuis)，破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)，肠炎沙门氏菌(Salmonella enteritidis)，白喉杆菌(Corynebacterium diphtheriae)，伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)，迟钝爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)，粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)，产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)，志贺氏菌属(Shigella spp)，表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)，新凶手弗朗西丝氏菌(Francisellanovicida)，副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)，杜氏嗜血菌(Haemophilus ducreyi)，鸡嗜血杆菌(Haemophilus gallinarum)，溶血性嗜血杆菌(Haemophilus haemolyticus)，炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)，牛分枝杆菌(Mycobacterium bovis)，百日咳杆菌(Bordetella pertussis)，结核分支杆菌(Mycobacterium tuberculosis)，Borrella burgdorfii，肺炎支原体(Mycoplasma pneumoniae)，Borrella spp，淋病奈瑟氏球菌(Neisseriagonorrhoeae)，弯曲杆菌(Campylobacter)，脑膜炎奈瑟氏球菌(Neisseriameningitides)，鹦鹉热衣原体(Chlamydia psittaci)，星形诺卡氏菌(Nocardiaasteroids)，沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)，巴西诺卡氏菌(Nocardiabrasillensis)，肉毒梭状芽孢杆菌(Clostridium botulinum)，溶血性巴斯德氏菌(Pasteurella haemolytica)，气肿疽梭菌(Clostridium chauvoei)，Pasteurelia multocida，溶血性梭菌(Clostridium haemolyticus)，侵肺巴斯德氏菌(Pasteurella pneumotropica)，溶组织梭菌(Clostridiumhistolyticum)，类鼻疽假单胞菌(Pseudomonas pseudomallei)，Clostridiumnovyl，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)，产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)，念珠状链杆菌(Streptobacillus moniliformis)，败毒梭菌(Clostridium septicum)，卡曼环孢子球虫(Cyclosporacayatanensis)，Streptococcus agalacetiae，猪红斑丹毒丝菌(Erysipelothrixinsidiosa)，肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)，肺炎克雷白杆菌(Klebsiella pneumoniae)，化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)，Listeria manocytogenes，鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)，假结核耶尔森氏菌(Yersinia pseudotuberculosis)，小肠结肠炎耶尔森氏菌(Yersiniaenterocolitica)，流产布鲁氏菌(Brucella abortus)，狗布鲁氏菌(Brucellacanis)，羊布鲁氏菌(Brucella melitensis)，猪布鲁氏菌(Brucella suis)，和土拉热佛朗西斯氏菌(Francisella tularensis)。
适合的真菌包括犁头霉属(Absidia)，何德毛结节菌(Piedraia hortae)，曲霉属(Aspergillus)，原壁菌属(Prototheca)，念珠菌属(Candida)，拟青霉属(Paecilomyces)，新生隐球菌(Cryptococcus neoformans)，小球隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)，瓶霉属(Phialaphora)，刚果嗜皮菌(Dermatophilus congolensis)，根霉属(Rhizopus)，表皮藓菌属(Epidermophyton)，帚霉属(Scopulariopsis)，外瓶霉属(Exophiala)，申克孢子丝菌(Sporothrix schenkii)，镰孢属(Fusarium)，毛癣菌属(Trichophyton)，足菌肿马杜拉菌(Madurella mycetomi)，弓形体属(Toxoplasma)，丝孢酵母属(Trichosporon)，小孢子菌属(Microsporum)，微孢子目(Microsporidia)，皮炎万氏霉(Wangiella dermatitidis)，毛霉属(Mucor)，皮炎芽生菌(Blastomyces dermatitidis)，兰伯贾第虫(Giardialamblia)，痢疾内阿米巴(Entamoeba histolytica)，粗球孢子菌(Coccidioidesimmitis)，和荚膜组织胞浆菌(Histoplasma capsulatum)
适合的临床或环境所关心的立克次氏体或病毒包括冠状病毒，肝炎病毒，甲型肝炎病毒，粘液-副黏病毒(流感病毒，麻疹病毒，腮腺炎病毒，新城疫病毒)，小RNA病毒(柯萨奇病毒，艾柯病毒，脊髓灰质炎病毒)，小蛛立克次氏体(Rickettsia akari)，五日热罗卡利马氏菌(RochalimaeaQuintana)，Rochalimaea vinsonii，诺沃克试剂，腺病毒，沙粒病毒(淋巴球性脉络丛脑膜炎病毒，Viscerotrophic strains)，疱疹病毒组(人疱疹病毒(herpesvirus hominis)，细胞巨化病毒，EB病毒，杯状病毒，伪狂犬病病毒，水痘病毒)，人免疫缺陷病毒，副流感病毒(呼吸道合胞体病毒，硬化全脑炎病毒)，小RNA病毒(脊髓灰质炎病毒)，天花病毒(poxvirusesvariola)，牛痘病毒(触染性疣病毒(Molluscum contagiosum)，猴痘病毒，羊痘病毒，副牛痘病毒，特纳河痘病毒，痘苗病毒，亚巴猴痘病毒)，乳多泡病毒(SV40病毒，B-K-病毒)，海绵状脑病病毒(Creutzfeld-Jacob试剂，库鲁试剂，BSE)弹状病毒(狂犬病毒)，Tobaviruses(风疹病毒)，贝纳特氏立克次氏体(Coxiella burnetii)，加拿大立克次氏体(Rickettsiacanada)，普氏立克次氏体(Rickettsia prowazekii)，立克氏立克次氏体(Rickettsia rickettsii)，沙螨立克次氏体(Rickettsia tsutsugamushi)，地方性斑疹伤寒立克次氏体(Rickettsia typhi)(R.mooseri)，斑疹热型试剂，水泡性口膜炎病毒(VSV)，和Toga，Arena(例如，LCM，Junin，Lassa，Marchupo，Guanarito等)，Bunya(例如，汉坦病毒属，立夫特山谷热等)，Flaviruses(登革热)和所有种类的纤丝病毒(例如，Ebola，Marburg等)，Nipah病毒，病毒性脑炎试剂，LaCrosse，基亚萨努森林病毒，黄热病和西尼罗病毒。
适合的临床或环境所关心的微生物包括天花病毒，刚果-克利米亚出血热，蜱传脑炎病毒复合体(Absettarov，Hanzalova，Hypr，Kumlinge，基亚萨努森林病病毒，鄂木斯克出血热病毒，和俄罗斯春夏型脑炎病毒)，Marburg，Ebola，Junin，Lassa，Machupo，猿猴疱疹病毒，蓝舌病(bluetongue)病毒，Louping III，立夫特山谷热(Zinga)，Wesselsbron，口蹄疫，新城病毒，非洲猪瘟病毒，猪传染性水疱病毒(Vesicular exanthema)，猪水疱病毒(Swine vesicular disease)，牛瘟病毒(Rinderpest)，非洲马瘟病毒(Africanhorse sickness)，禽流感，和绵羊痘病毒。其它所关心的成分包括蓖麻。
制备和使用亲合性支持体的方法
在一个实施方案中，可以用一个工作人工受体或受体复合体来产生或作为本文所述任何测试配体的亲合性支持体。例如，本发明的方法可以包括产生针对测试配体的亲合性支持体的方法。该方法可以包括选择与所述测试配体结合的工作人工受体或受体复合体。这个方法还可以包括将所述工作人工受体或受体复合体偶联于支持体。图20示意性地举例说明这种方法的一实施方案。所述支持体可适合于被用作亲合性支持体，其用于，例如，色谱法、膜式过滤、电泳(例如，1或2维电泳)等。
本发明的方法可以包括选择与特定测试配体结合的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以用于一种特定测试配体的分离或分析。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。例如，所述人工受体可以被用作可以与所述测试配体结合并将其从混合物或生物样品中分离(例如，纯化)出来的受体表面。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的测试配体接触。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与测试配体结合的候选人工受体作为工作人工受体。然后所述方法可以包括应用所述工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联到支持体上。所述支持体可以具有足够的面积来结合有效量的所关心的测试配体。所述支持体可以是色谱支持体或介质。所述支持体可以是板、管或膜。在一个实施方案中，在所关心的测试配体与支持体的结合后，可将所关心的测试配体从支持体上洗脱。洗脱可以采用一种所用的pH、缓冲液、溶剂、盐浓度或配体浓度将所关心的测试配体从支持体有效洗脱的洗涤来进行。
图21示意性的举例说明评价一种用于结合测试配体的候选人工受体的阵列以及选择一种或多种工作人工受体。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。图21举例说明使用了这种工作人工受体的受体表面可以被应用于结合蛋白，固定抗体，结合单一对映异构体，或保护化合物上的结构特征(例如，官能团)。在一个实施方案中，所述受体表面可以结合蛋白上超过一个的结构特征。在一个实施方案中，可以选择工作人工受体以结合抗体上的不变部分，而不与其可变部分结合。在一个实施方案中，所述受体表面可以包含能催化被结合的测试配体上官能团的反应的催化部分。这样的催化部分可以是结构单元，例如，有机金属结构单元。
本发明的方法可以包括选择与化合物的特定同分异构体结合的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以分离或分析特定的同分异构体。例如，所述人工受体可以被用作一种受体表面，其可以与所述同分异构体结合并将其从混合物或生物样品中分离(例如，纯化)。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的同分异构体接触。构成所述人工受体的结构单元对所述同分异构体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与异构体结合的候选人工受体作为工作人工受体。然后所述方法可以包括应用所述工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联到支持体上。所述支持体可以具有足够的面积来结合有效量的所关心的同分异构体。所述支持体可以是色谱支持体或介质。所述支持体可以是板、管或膜。在一个实施方案中，在所关心同分异构体与支持体结合后，可将所关心的异构体从支持体上洗脱。洗脱可以采用一种洗涤，所述洗涤所用的pH、缓冲液、溶剂、盐浓度或配体浓度将所关心的同分异构体从支持体有效地洗脱。
本发明的方法可以包括选择结合或保护化合物的特定结构特征的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以分离或分析含有所述结构特征的化合物。例如，所述人工受体可以被用作可以结合或保护所述化合物的结构特征的受体表面。与所述结构特征的结合可以通过与缺少所述结构特征的类似化合物结合的缺乏而测定。对所述结构特征的保护可通过当所述化合物结合于受体表面时，所述结构特征对于例如，溶液相反应类别的无效性来进行评价。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的化合物接触。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与所述化合物的所述结构特征结合的候选人工受体作为先导人工受体。可以对所述先导人工受体对所述结构特征的保护进行评价。然后所述方法可以包括应用所述工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联到支持体上。所述支持体可以具有足够的面积来结合有效量的所关心的化合物。在一个实施方案中，在所关心的化合物与支持体结合后，可以使所述化合物上未被结合或未被保护的结构特征的部分发生反应。
本发明的方法可以包括选择与特定肽或蛋白结合的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以分离或分析特定肽或蛋白质。例如，所述人工受体可以被用作可以结合所述肽或蛋白质并将其从混合物或生物样品中分离(例如，纯化)出来的受体表面。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的肽或蛋白质接触。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与所述肽或蛋白质结合的候选人工受体作为工作人工受体。接着，所述方法可以包括应用所述工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联到支持体。所述支持体可以具有足够的面积来结合有效量的所关心的肽或蛋白质。所述支持体可以是色谱支持体或介质。所述支持体可以是板、管或膜。在一个实施方案中，在所关心的肽或蛋白质与支持体结合后，可将其从支持体上洗脱。洗脱可以采用一种洗涤，所述洗涤所用的pH、缓冲液、溶剂、盐浓度或配体浓度有效地从支持体洗脱所关心的肽或蛋白质。
在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被用于形成选择性膜。这样的选择性膜可以基于包含人工受体表面的分子闸门(molecular gate)。例如，人工受体表面可以将孔壁排列于膜中并允许或阻断靶分子通过这些孔。例如，人工受体表面可以将孔壁排列于膜中并作为例如微支架/分子支架上的“门卫”以允许闸门打开或关闭对所述靶的结合。用于选择性膜中的人工受体可以通过将靶分子暴露于多种不同的人工受体并测定它和哪些受体结合而得到鉴定。例如，所述结合可通过本文所述的包括荧光的任何技术进行检测。
在某些实施方案中，所述方法可以包括产生一种或多种受体表面，每种受体表面包含来自用于特定测试配体的工作受体的结构单元。这种方法可以包括将受体表面用于所述测试配体的层析。针对多种这样的受体表面进行所述测试配体的层析可以对用于所述测试配体的表面的亲合性进行评级。在一组给定条件下，最长久保持被层析的测试配体的受体表面显示出对所述测试配体最大的亲合性。所述方法可以包括选择具适合(例如，最大的)亲合性的受体表面以用作所述测试配体的亲合支持体。
多种支持体中的任何一种都可以被用作亲合支持体。在某些实施方案中，所述亲合支持体可是盘、管、孔、珠、层析支持体、微通道，等。所述人工受体亲合支持体可以被用于各种用途，如色谱法、微通道装置、作为免疫测定支持体，等。在其表面上含有人工受体的微通道可以被用作分析装置。在一个实施方案中，本发明的人工受体可以被用来形成生物活性表面。例如，受体表面可以被用来特异性地结合抗体或酶。
制备和使用反应支持体的方法
在一个实施方案中，工作人工受体或受体复合体可以被用于产生或被用作本文所述的任何测试配体的反应支持体。例如，本发明方法可以包括产生对于至少一种测试配体的反应支持体的方法。这种方法可以包括选择在适于与该测试配体发生所需反应的条件下与所述测试配体结合的工作人工受体或受体复合体。所述方法还可以包括将所述工作人工受体或受体复合体偶联到支持体上。图20示意性地举例说明这种方法的一个实施方案。所述支持体适于作为反应支持体以用于，例如，氧化、还原、取代或置换反应。
本发明的方法可以包括选择与特定测试配体结合的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以用于特定测试配体的反应。例如，所述人工受体可以被用作受体表面，所述受体表面可以结合所述测试配体并将其定位以在特定的前手性基团、官能团或取向上发生反应。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的测试配体接触。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与所述测试配体结合的候选人工受体作为工作人工受体。然后所述方法可以包括应用该工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联于支持体。所述支持体可以具有足够的面积来结合所需数量的所关心的测试配体。所述支持体可以是色谱法支持体或介质。所述支持体可以是板、珠、管或膜。
所述方法还包括使包括被结合的测试配体的支持体与反应剂接触以发生所需反应。适合的反应剂包括还原剂、氧化剂、亲核体、亲电子体、溶剂(例如水溶剂或有机溶剂)等。所述方法可以包括接触一种或多种反应剂并选择适合于参与所需反应的一种或多种反应剂。所述方法的这个实施方案包括使测试配体与反应剂发生反应。在一个实施方案中，反应后可以将反应剂或副产物从支持体上洗下来。在一个实施方案中，反应后可以将产物(例如，反应过的测试配体)从支持体上洗脱下来。洗脱可以采用一种洗涤，所述洗涤所用的pH、缓冲液、溶剂、盐浓度或配体浓度有效地从所述支持体上洗脱产物。
图21示意性地举例说明评价一种结合测试配体的候选人工受体阵列以及选择一种或多种工作人工受体。构成所述人工受体的结构单元对所述测试配体可以是首次用于实验的。图21举例说明使用了这种工作人工受体的受体表面可以被应用于结合测试配体。所述测试配体可以以某种方向被结合，所述方向使一个反应部分可用于与和受体表面接触的反应剂发生反应。在一个实施方案中，所述测试配体可以以某种方向被结合，所述方向封闭或保护了第二反应部分使之不与反应剂反应。这个实施方案包括使测试配体发生反应并将反应后的测试配体从受体表面释放出来。具体地，本说明显示了用硼氢化钠还原醛生成醇。在一个实施方案中，所述受体表面可以包括催化部分，所述催化部分能催化结合于测试配体的官能团的反应，所述催化反应也可以利用反应剂。这样的催化部分可以是结构单元，例如，一种有机金属结构单元。
本发明的方法可以包括选择结合或保护化合物的特定结构特征的人工受体和/或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以用于含有所述结构特征的化合物的反应。例如，所述人工受体可以被用作受体表面，在化合物的另一个结构特征与反应剂反应时，所述受体表面可以结合并保护所述化合物的结构特征。可以通过该结构特征不与反应剂反应来评价对所述结构特征的保护。例如，基底(例如，类固醇)可以立体特异性地结合于人工受体并呈递特定的部分/亚结构/“面”来与溶液中的试剂发生反应。
在一个实施方案中，分子的第一侧(或官能团)被结合于受体表面而第二侧保持暴露。然后加入试剂，所述试剂可以和任一侧(或基团)发生反应，但与分子第一侧的反应因其与受体表面结合而被阻止，因此所述试剂只与分子的第二侧发生反应。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与所关心的化合物接触。所述方法可以包括选择一种或多种与化合物的结构特征结合的候选人工受体作为先导人工受体。可以评价先导人工受体对该结构特征的保护。然后所述方法可以包括应用这个工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联到支持体上。所述支持体可以具有足够的面积来结合所需量的所关心的化合物。在一个实施方案中，所关心化合物与支持体的结合之后可以使化合物的部分发生反应，所述部分不是被结合或被保护的结构特征。
手性化合物的常规合成通常需要复杂的程序。在一个实施方案中，本发明的候选人工受体可以被用于发现受体表面，所述受体表面提供用于立体特异性反应的空间定向结合表面。例如，人工受体表面可以结合小分子以致特定的官能团被暴露于环境中，而其它的则被受体所遮掩。以这种方式，可以控制反应的立体特异性。因此，人工受体表面可以被用于包括手性诱导的合成。相似地，也可以用本发明的受体控制区域专一性。
本发明的方法可以包括选择与第一反应配体和第二反应配体结合的人工受体或构成这些受体的结构单元(例如，结合于支架分子)以用于包括第一和第二反应配体的反应。例如，所述人工受体可以被用作受体表面，所述受体表面可以以一种距离或方向结合第一反应配体和第二反应配体，在所述距离或方向上这些配体可以互相反应。所述反应可以任选地包括一种或多种未结合于受体表面的反应剂。
这样的方法可以包括使一种或多种候选人工受体与第一反应配体和第二反应配体接触。构成所述人工受体的结构单元对这些配体可以是首次用于实验的。所述方法可以包括选择一种或多种与这两种反应配体都结合的候选人工受体作为工作人工受体。然后所述方法可以包括应用所述工作人工受体来制备受体表面。制备受体表面可以包括将构成所述工作人工受体的结构单元偶联于支持体。所述支持体可以具有足够的面积来结合所需数量的第一和第二反应配体。所述支持体可以是层析支持体或介质。所述支持体可以是板、珠、管或膜。所述第一和第二反应配体可以以一或几的摩尔比被结合于支持体，对反应进行评价，然后选择摩尔比用于执行所述反应。
所述方法还可以包括将包含结合的反应配体的支持体与反应剂接触以发生所需的反应。适合的反应剂包括还原剂、氧化剂、亲核体、亲电子体，等。所述方法的这个实施方案包括将测试配体与反应剂接触。在一个实施方案中，反应后可以将反应剂或副产物从支持体上洗下来。在一个实施方案中，第一和第二反应配体不与反应剂反应。在一个实施方案中，反应后可以将产物(例如，反应过的测试配体)从支持体上洗脱下来。洗脱可以采用一种洗涤，所述洗涤所用的pH、缓冲液、溶剂、盐浓度或配体浓度有效地从支持体上洗脱产物。
在一个实施方案中，本发明的候选人工受体可以被用于发现受体表面从而提供用于立体特异性反应的空间定向结合表面。例如，人工受体表面可以结合小分子以致特定的官能团被暴露于环境中，而其它的则被受体所遮掩。这样的人工受体表面可以被用于包括手性诱导的合成。例如，底物(例如，类固醇)可以被立体特异性结合于人工受体并呈递特定的部分/亚结构/“面”以与溶液中的试剂发生反应。相似地，所述人工受体表面可以作为保护基发挥作用，其中分子反应性部分通过结合到受体表面而被“保护”，从而使具有相似反应性的不同部分可以被转化。
在一个实施方案中，可以在基底上产生一种或多种与多种(例如，2种)反应剂结合的工作人工受体，反应剂被结合。然后可以针对一种或多种试剂或条件(例如，不同的摩尔比的反应剂或不同的溶剂)对具有多种被结合的反应剂的每种受体进行筛选。可以鉴定允许或促进两种或更多种反应剂之间反应的人工受体。然后可以在基底上产生所述人工受体以提供用于所关心反应的反应器。
多种支持体中的任何一种都可以被用作反应支持体。在某些实施方案中，反应支持体可是盘、管、孔、珠、层析支持体、微通道，等。人工受体反应支持体可以被用于各种用途，如微通道装置。在其表面上，可以将含有人工受体的微通道用作反应器。
制备人工受体的方法
本发明涉及制备人工受体或候选人工受体的方法。在一个实施方案中，该方法包括在支持体上制备点或区域，所述点或区域包括多种固定在支持体上的结构单元。所述方法可以包括在固体支持体上形成多个点，每个点包括多个结构单元，并在每个点中将多个结构单元固定(例如，可逆地)在固体支持体上。在一个实施方案中，这些点的阵列被称为异质结构单元阵列。
所述方法可以包括混合多个结构单元并将混合物用于形成点。或者，所述方法可以包括将各个结构单元点在支持体上。将结构单元偶联于支持体可以采用共价键合或非共价相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢键、范德华相互作用等。在一个实施方案，所述支持体可以被能参与共价键合或非共价相互作用的部分所官能化。形成点可以产生异质结构单元组合的点的微阵列，其中的每个点都可以是候选人工受体。所述方法可以以2、3、4、或更多结构单元的组合形式将结构单元涂或点到支持体上。
在一个实施方案中，本发明的方法可以被用于产生在其表面上有多个区域或点的固体支持体，每个区域或点包含多种结构单元。例如，所述方法可以包括用多个点来点玻璃载玻片，每个点包含多种结构单元。这样的点可以被称为包含异质结构单元。多个结构单元的点可以被称为点的阵列。
在一个实施方案中，本发明方法包括制备受体表面。制备受体表面可以包括在固体支持体上形成区域，所述区域包括多个结构单元，和在区域内将所述多个结构单元固定(例如，可逆地)在固体支持体上。所述方法可以包括混合多个结构单元并将混合物用于形成一个或多个区域。或者，所述方法可以包括将单个结构单元用于支持体上的区域。例如通过用结构单元溶液浸渍支持体的一部分可以完成在支持体上形成区域。所得到的含有结构单元的涂层可被称为含有异质结构单元。
包含多个结构单元的区域可以独立于和区别于其它包含多个结构单元的区域。在一个实施方案中，一个或多个包含多个结构单元的区域可以重叠以产生包含合并的多个结构单元的区域。在一个实施方案中，包含有单个结构单元的两个或更多区域可以重叠以形成一个或多个区域，每个区域都含有多个结构单元。重叠的区域可以被设计为，例如，Ven氏图表中的重叠部分，或方格花纹或斜纹软呢样图案中的重叠部分。
在一个实施方案中，所述方法产生具有一定密度的结构单元的点或表面，所述密度足以提供多于一个的结构单元和配体相互作用。即，所述结构单元可以是互相接近的。不同结构单元的接近可以通过测定测试配体与含多个结构单元的点或表面相对于与只含一个结构单元的点或表面的不同(例如，更大的)结合而检测。
在一个实施方案中，该方法包括形成异质点的阵列，其从每点的全部结构单元的子集和/或结构单元的更小的组的组合制备。即，所述方法形成仅包括例如2或3个而不是4或5个结构单元的点。例如，所述方法可以从全组结构单元(例如81个的组中的81个)的组合中以2和/或3个的组形成点。例如，所述方法可以从结构单元子集(例如81个的组中的25个)的组合中以4或5个的组形成点。例如，所述方法可以从结构单元子集(例如81个的组中的25个)的组合中以2或3个的组形成点。所述方法可以包括形成另外的结合结构单元、先导人工受体、或结构类似的结构单元的阵列。
在一个实施方案中，所述方法包括形成包含一个或多个点的阵列，所述点作为对照以确认或评估与本发明人工受体的结合。在一个实施方案中，所述方法包括形成一个或多个区域、管、或孔，它们作为对照以确认或评估与本发明人工受体的结合。这种对照点、区域、管、或孔可以不包括结构单元，仅包括单个结构单元，仅包括官能化(functionalized)的平层，或包括其组合。
所述方法可以采用已知的方法将结构单元固定(例如，可逆地)在支持体上，所述方法用于固定被用作结构单元的类型的化合物。将结构单元偶联于支持体可以采用共价键合或非共价相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间相互作用、氢键、范德华相互作用等。在一个实施方案中，所述支持体可以被能参与可逆共价键合的部分、能参与非共价相互作用的部分、这些部分的混合物，等所官能化。
在一个实施方案中，可以用能参与共价键合，例如可逆共价键合的部分使支持体官能化。本发明可以应用多种大量已知官能团、试剂、和反应中的任何一种来形成可逆共价键。适合的用于形成可逆共价键的试剂包括在Green，TW；Wuts，PGM(1999)， Protective Groups in Organic Synthesis Third Edition，Wiley-Interscience，New York，779pp.中描述的那些。例如，支持体可以包括官能团如羰基，羧基，硅烷基，硼酸或酯，胺基(例如，伯、仲或叔胺，羟胺，肼，等)，硫羟基，醇基(例如伯、仲或叔醇)，二醇基(例如，1，2二醇或1，3二醇)，酚基，邻苯二酚基等。这些官能团可以形成含可逆共价键的基团，如醚(例如烷基醚，甲硅烷基醚，硫醚等)，缩醛(例如，环状缩醛)，缩酮(例如，环状酮)，甲硅烷基衍生物(例如，甲硅烷基醚)，硼酸酯(如环状硼酸酯)，酰胺，肼，亚胺，氨基甲酸酯等。这样的官能团可以被称为共价键合部分，例如，第一共价键合部分。
支持体上的羰基和结构单元上的胺基可形成亚胺或席夫碱。这对支持体上的胺基和结构单元上的羰基也同样正确。支持体上的羰基和结构单元上的醇基可形成缩醛或缩酮。这对支持体上的醇基和结构单元上的羰基也同样正确。支持体上的硫羟基(例如，第一硫羟基)和结构单元上的硫羟基(例如，第二硫羟基)可形成二硫化物。
支持体上的羧基和结构单元上的醇基可形成酯。这对支持体上的醇基和结构单元上的羧基也同样正确。多种醇类和羧酸中的任何一种都能形成提供共价键合的酯，所述共价键合可以在本发明的背景中可以被逆转。例如，可逆酯键可形成于醇类，如芳环上有吸电子基团的酚类，其它有在羟基碳上起作用的吸电子基团的醇类，其它醇类等；和/或羧基基团，如有在酰基碳上起作用的吸电子基团的那些(例如，硝基苄酸，R-CF2-COOH，R-CCl2-COOH等)，其它羧酸等。
在一个实施方案中，可以用能参与非共价相互作用的部分来使支持体、基质或平层官能化。例如，所述支持体可以包含官能团，诸如离子基团、能氢键键合的基团或能参与范德华相互作用或其它疏水相互作用的基团。这类官能团可以包括阳离子基团、阴离子基团、脂族基团、两性基团等。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包括带电荷部分(例如，第一带电部分)。适合的带电部分包括带正电的部分和带负电的部分。适合的带正电的部分(例如，在中性pH的水性组合物中)包括胺，季铵部分，二茂铁等。适合的带负电的部分(例如，在中性pH的水性组合物中)包括羧酸盐，被强吸电子基团取代的酚类(例如，四氯酚)，磷酸盐，膦酸盐，亚膦酸盐，硫酸盐，磺酸盐，硫代羧酸盐，异羟肟酸或类似物。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包含能形成氢键的基团(例如，第一氢键基团)，所述基团作为供体或是受体。所述支持体、基质或平层可包含能形成氢键键合的基团的表面或区域。例如，所述支持体、基质或平层可以包括含有一个或多个羧基、胺基、羟基、羰基等的表面或区域。离子基团还可以参与氢键键合。
在一个实施方案中，所述支持体、基质或平层包含亲脂部分(例如，第一亲脂部分)。适合的亲脂部分包括支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基，等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，具有例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，含有，例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基部分)；聚芳烃部分；环烷或取代环烷部分，其具有如关于链所述数目的碳；其组合或混合物；等。所述烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸酯等；等等。所述亲脂部分如季铵亲脂部分也可以包含正电荷。
人工受体
候选人工受体、先导人工受体或工作人工受体包括固定(例如，可逆地)在例如支持体上的结构单元的组合。单个的人工受体可以是载玻片上的异质结构单元点或被涂布于载玻片、管或孔上的多个结构单元。可以通过多种相互作用诸如共价的、静电的或疏水的相互作用的任何一种来固定结构单元。例如，所述结构单元和支持体或平层可以每个都包含一个或多个能形成共价的、静电的、氢键键合、范德华或类似相互作用的官能团或部分。
候选人工受体的阵列可以是出售给某些团体的商品化的产品，所述团体对将这些候选人工受体作为开发所关心测试配体的受体的用具感兴趣。在一个实施方案中，有用的候选人工受体阵列包括至少一个玻璃载玻片，所述至少一个玻璃载玻片包含预定数量的一组结构单元成员组合的点，每个组合包含预定数量的结构单元。
可以从多种候选人工受体中开发一种或多种先导人工受体。在一个实施方案中，一种先导人工受体包含结构单元的组合并在暴露于例如几个皮摩尔的测试配体下时与可检测数量的测试配体结合，所述测试配体的浓度在1、0.1、或0.01μg/ml，或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体；在0.01μg/ml，或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体；或在1、0.1、或0.01ng/ml测试配体。
人工受体，特别是候选或先导人工受体，可以是人工受体的阵列的形式。这样的阵列可以包括，例如，166万个点，每个点包含一个来自一组81个结构单元的4结构单元组合。这样的阵列可以包括，例如，28,000个点，每个点包含一个来自一组29个结构单元的2、3或4个结构单元的组合。每个点是候选人工受体和结构单元的组合。所述阵列还可以被构建为包含先导人工受体。例如，所述人工受体的阵列可以包含更少的结构单元的组合和/或所述结构单元的子集。
在一个实施方案中，候选人工受体的阵列包含通式2(如下所示)的结构单元，其中RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或B9(如下所示)并且其中RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或A9(如下所示)。在一个实施方案中，所述构架是酪氨酸。
可以从一种或多种先导人工受体中开发一种或多种工作人工受体。在一个实施方案中，工作人工受体包含结构单元的组合并在暴露于例如几个皮摩尔的测试配体下时与分类或鉴定数量的测试配体结合，所述测试配体的浓度是100、10、1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体，或10、1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体；或1、0.1、0.01或0.001ng/ml测试配体。
在一个实施方案中，本发明的人工受体包含多种偶联于支持体的结构单元。在一个实施方案中，多种结构单元可以包含或本身就是式2的结构单元(下面显示)。包含接头、酪氨酸构架和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。在一个实施方案中，候选人工受体可以包含下式结构单元的组合：TyrA1B1，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA3B3，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA5B5，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA7B7，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6或TyrA8B8。
本发明的人工受体可以使用多种支持体中的任何一种，结构单元或其它阵列物质可以被偶联于所述支持体上。例如，所述支持体可以是玻璃的或塑料的；载玻片，管或孔；光纤，纳米管或buckyball，纳米装置；树枝状聚合物，或支架；等。
本发明的人工受体可以包含信号元件，所述信号元件在测试配体与受体结合时产生可检测的信号。在一个实施方案中，所述信号元件可产生光信号或电化学信号。适合的光信号包括化学发光或荧光。所述信号元件可以是荧光部分。所述荧光分子可以是通过结合了人工受体而被猝灭的荧光分子。例如，信号元件可以是只有当结合发生时才发荧光的分子。适合的电化学信号元件包括使电流或电压发生的那些。适合的电化学信号元件包括酚类和苯胺类，如相互间正位或对位取代的那些，多核芳烃，硫化物-二硫化物，硫化物-亚砜-砜，多烯，polyeneynes等。适合的电化学信号元件包括醌类和二茂铁类。
结构单元
本发明涉及制备或形成候选人工受体的结构单元。设计，制备和选择结构单元以在少量化合物之间提供多种结构特性。结构单元可以提供一种或多种结构特性，如正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。结构单元可以是庞大的或者它可以是小的。
结构单元可以视为包括数个元件，如一个或多个构架，一个或多个接头，和/或一个或多个识别元件。构架可以与其它结构单元组件中的每一个共价偶联。所述接头可以与构架共价偶联。所述接头可以通过共价，静电，氢键键合，范德华，或类似的相互作用的一种或多种而偶联于支持体。识别元件可以与构架共价偶联。在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，和识别元件。在一个实施方案中，结构单元包括构架，接头，和两个识别元件。
关于多种结构单元一般性的和特异性的特性和功能以及它们的合成的描述可见于共同未决的提交于2002年9月16日的美国专利申请号10/244,727，和提交于2004年3月29日的10/813,568，以及提交于2003年2月19日的申请号PCT/US03/05328，其每个都题为“ARTIFICIALRECEPTORS，BUILDING BLOCKS，AND METHODS”；每个都提交于2004年3月29日并且每个都题为“ARTIFICIAL RECEPTORSINCLUDING REVERSIBLY IMMOBILIZED BUILDING BLOCKS，THEBUILDING BLOCKS，AND METHODS”的美国专利申请号10/812,850和10/813,612，以及申请号PCT/US2004/009649；和提交于2003年9月3日的美国临时专利申请号60/499,965和提交于2003年12月2日的60/526,699，其每个都题为BUILDING BLOCKS FOR ARTIFICIALRECEPTORS；将其每个的说明书并入本文作为参考。这些专利文档包含，特别地，详细的书面描述关于：结构单元、构架部分、识别元件的功能、结构和构型，结构单元的合成，结构单元的具体实施方案，识别元件的具体实施方案，和结构单元组。
构架
可以选择构架以用于官能团，其提供与识别部分偶联和与连接部分偶联或为连接部分。所述构架可以作为人工受体的部分与配体相互作用。在一个实施方案中，所述构架包括多个反应位点，具有正交和可靠的官能团及可控立体化学。具有正交和可靠化学原理的适当官能团包括例如，羧基，胺，羟基，酚，羰基，和硫羟基，其可以单独被保护，脱保护，和衍生化。在一个实施方案中，所述构架含有两个，三个，或四个具有正交和可靠化学原理的官能团。在一个实施方案中，所述构架具有三个官能团。在这样的实施方案中，所述三个官能团可以独立地选择自，例如，羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟基。所述构架可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，和类似部分。
含三个官能团的构架的一般结构可被表示于式1a：
Figure A20048003289000771
含四个官能团的构架的一般结构可被表示于式1b：
Figure A20048003289000772
在这些通式中：R1可以是1-12、1-6或1-4个碳的烷基、取代烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、或类似的基团；并且F1、F2、F3或F4可以独立地是羧基、胺、羟基、酚、羰基、或硫羟基。F1、F2、F3或F4可以独立地是1-12、1-6或1-4个碳的烷基、取代的烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基，或被羧基、胺、羟基、酚、羰基、或硫羟基基团取代的无机基团。F3和/或F4可以缺失。
多种化合物符合描述构架的式和结构，包括氨基酸，和天然存在或合成化合物，这些化合物包括，例如，氧和硫官能团。所述化合物可以是外消旋的，光学活性的或手性的。例如，所述化合物可以是天然的或合成的氨基酸，α-羟酸，硫代酸等。
用作构架的适合的分子包括天然或合成氨基酸，特别是在其侧链上具有官能团(例如，第三官能团)的氨基酸。氨基酸包括羧基和胺官能团。对于天然氨基酸而言，侧链官能团可以包括胺(例如，烷基胺，杂芳基胺)，羟基，酚，羧基，硫羟基，硫醚，或脒基基团。适合于用作构架的天然氨基酸包括，例如，丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸，天冬氨酸，谷氨酸，天冬酰胺，谷氨酰胺，半胱氨酸，赖氨酸，精氨酸，组氨酸。合成的氨基酸可包括天然存在的侧链官能团或合成的侧链官能团，其用烷基、取代的烷基、环烷基、杂环、取代的杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基和类似部分作为构架和用羧基、胺、羟基、酚、羰基或硫羟基官能团来修饰或延伸天然氨基酸。适合的合成氨基酸包括β-氨基酸和天然氨基酸的同质物(homo)或β相似物。在一个实施方案中，所述构架氨基酸可以是丝氨酸，苏氨酸，或酪氨酸，例如，丝氨酸或酪氨酸，例如酪氨酸。
尽管不对本发明限制，构架氨基酸如丝氨酸，苏氨酸，或酪氨酸，与接头和两个识别元件可以视为相对于构架延伸的碳链，在悬垂的方向具有一个识别元件，在平伏的方向具有另一个识别元件。
所有天然存在和许多合成的氨基酸是可商购的。另外，这些氨基酸衍生化或保护以适于与识别元件和/或接头偶联反应的形式可以购买或通过已知方法制备(参见例如，Green，TW；Wuts，PGM(1999)， Protective Groups in Organic Synthesis Third Edition，Wiley-Interscience，纽约，第779页；Bodanszky，M.；Bodanszky，A.(1994)，The Practice of Peptide Synthesis第二版，Springer-Verlag，纽约，第217页)。
识别元件
可以选择识别元件以便为结构单元提供一种或多种结构特性。识别元件作为人工受体一部分可以与配体相互作用。例如，所述识别元件可以提供一种或多种结构特性，如正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等。识别元件可以是小基团或者它可以是庞大的。
在一个实施方案中，识别元件可以是1-12，1-6，或1-4个碳的烷基，取代烷基，环烷基，杂环，取代的杂环，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基或类似基团。所述识别元件可以被包括或赋予正电荷，负电荷，酸，碱，电子受体，电子供体，氢键供体，氢键受体，自由电子对，π电子，电荷极化，亲水性，疏水性等的基团取代。
(例如在水性组合物中的中性pH下)具有正电荷的识别元件包括胺类，季铵部分，锍，磷鎓，二茂铁等。适当的胺包括烷基胺，烷基二胺，杂烷基胺，芳基胺，杂芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，肼等。烷基胺通常含有1-12个碳，优选1-8个，环可以含有3-12个碳，优选3-8个。适当的烷基胺包括式B9的烷基胺。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。任何一种胺可以用作季铵化合物。另外的适当的季铵部分包括三甲基烷基季铵部分，二甲基乙基烷基季铵部分，二甲基烷基季铵部分，芳烷基季铵部分，吡啶鎓季铵部分等。
(例如在水性组合物中的中性pH下)具有负电荷的识别元件包括羧酸酯，被强吸电子基团取代的酚类(例如，取代的四氯酚)，磷酸酯，膦酸酯，亚膦酸酯，硫酸酯，磺酸酯，硫代羧酸酯和异羟肟酸。适当的羧酸酯包括羧酸烷基酯，羧酸芳基酯，和羧酸芳烷基酯。适当的磷酸酯包括磷酸单、二和三酯，和磷酸单、二和三酰胺。适当的膦酸酯包括膦酸单和二酯，和膦酸单和二酰胺(例如膦酸酰胺)。适当的亚膦酸酯包括亚磷酸酯和酰胺。
(在水性组合物中的中性pH下)具有负电荷和正电荷的识别元件包括亚砜，甜菜碱，和氧化胺。
酸性识别元件可以包括羧酸酯，磷酸酯，硫酸酯，和酚类。适当的酸性羧酸酯包括硫代羧酸酯。适当的酸性磷酸酯包括以上所列磷酸酯。
碱性识别元件包括胺类。适当的碱性胺类包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，和以上所列的任何另外的胺。适当的烷基胺包括式B9的烷基胺。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。
包括氢键供体的识别元件包括胺类，酰胺，羧基，质子化的磷酸酯，质子化的膦酸酯，质子化的亚膦酸酯，质子化的硫酸酯，质子化的亚磺酸酯，醇类和硫醇类。适当的胺包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，脲和以上所列的任何其它胺。适当的烷基胺包括式B9的那些。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。适当的质子化的羧酸酯，质子化的磷酸酯包括以上所列那些。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇(例如酚类)。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。
包括氢键受体或一个或多个自由电子对的识别元件包括胺类，酰胺，羧酸酯，羧基，磷酸酯，膦酸酯，亚膦酸酯，硫酸酯，磺酸酯，醇类，醚类，硫醇类和硫醚。适当的胺包括烷基胺，芳基胺，芳烷基胺，吡啶，杂环基胺(饱和或不饱和，环中有氮或无氮)，脒类，脲和以上所列胺。适当的烷基胺包括式B9的那些。适当的杂环基或烷基杂环基胺包括式A9的那些。适当的吡啶包括式A5和B5的那些。适当的羧酸酯包括以上所列那些。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的磷酸酯，膦酸酯和亚膦酸酯包括以上所列的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇，和以上所列的那些。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。适当的醚包括烷基醚和芳烷基醚。适当的烷基醚包括式A6的那些。适当的芳烷基醚包括式A4的那些。适当的硫醚包括式B6的那些。
包括不带电的极性或亲水基团的识别元件包括酰胺类，醇类，醚类，硫醇类，硫醚类，酯类，硫酯类，硼烷类，硼酸盐，和金属络合物。适当的酰胺包括式A8和B8的那些。适当的醇包括伯醇，仲醇，叔醇，和芳香醇，和以上所列的那些。适当的醇包括式A7(伯醇)和B7(仲醇)的那些。适当的醚包括上述所列的那些。适当的醚包括式A6的那些。适当的芳烷基醚包括式A4的那些。
包括不带电的疏水基团的识别元件包括烷基(取代和未取代的)，链烯烃(共轭和非共轭)，炔烃(共轭和非共轭)，芳香族。适当的烷基包括低级烷基，取代烷基，环烷基，芳烷基，和杂芳烷基。适当的低级烷基包括式A1，A3，A3a和B1的那些。适当的芳烷基包括式A3，A3a，A4，B3，B3a和B4的那些。适当的烷基环烷基包括式B2的那些。适当的链烯基包括低级链烯基和芳基链烯基。适当的芳基链烯基包括式B4的那些。适当的芳族基团包括未取代的芳基，杂芳基，取代的芳基，芳烷基，杂芳烷基，烷基取代的芳基，和多芳香烃。适当的芳烷基包括式A3，A3a和B4的那些。适当的烷基杂芳基包括式A5和B5的那些。
间隔(例如，小)识别元件包括氢，甲基，乙基等。大体积的识别元件包括7个或更多碳或杂原子。
式A1-A9和B1-B9为：
CH2CH3                                                                A1
CH2CH(CH3)2                                                         A2
Figure A20048003289000811
Figure A20048003289000821
CH2CH2-O-CH3                                                         A6
CH2CH2-OH                                                            A7
CH2CH2-NH-C(O)CH3                                                    A8
CH3                                                                     B1
CH2-S-CH3                                                             B6
CH2CH(OH)CH3                                                          B7
CH2CH2C(O)-NH2                                                       B8
CH2CH2CH2-N-(CH3)2                                                B9
按照标准参考，这些A和B识别元件可以称为以下各项的衍生物：A1，乙胺；A2，异丁胺；A3，苯乙胺；A4，4-甲氧基苯乙胺；A5，2-(2-氨乙基)吡啶；A6，2-甲氧基乙胺；A7，乙醇胺；A8，N-乙酰基乙二胺；A9，1-(2-氨乙基)吡咯烷；B1，乙酸，B2，环戊基丙酸；B3，3-氯苯乙酸；B4，肉桂酸；B5，3-吡啶丙酸；B6，(甲硫基)乙酸；B7，3-羟丁酸；B8，琥珀酰胺酸；和B9，4-(二甲氨基)丁酸。
在一个实施方案中，识别元件包括一种或多种由式A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，和/或A9(A识别元件)和/或B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，和/或B9(B识别元件)表示的结构。在一个实施方案中，每个结构单元包括A识别元件和B识别元件。在一个实施方案中，一组81个这种结构单元包括81种A识别元件与B识别元件独特的(unique)组合的每一个。在一个实施方案中，A识别元件在悬垂位置与构架连接。在一个实施方案中，B识别元件在平伏位置与构架连接。在一个实施方案中，A识别元件在悬垂位置与构架连接，B识别元件在平伏位置与构架连接。
尽管不对本发明限制，认为A和B识别元件代表多肽受体所采用的官能团和几何构型的分类。尽管不对本发明限制，认为A识别元件代表6个有利的官能团或构型，将官能团增加至数个芳基增加了可能的结合相互作用的范围。尽管不对本发明限制，认为B识别元件代表6个有利的官能团，但处于不同于A识别元件所采用的构型。尽管不对本发明限制，另外认为这增加了结合相互作用的范围和进一步扩展了结构单元分子构型所用的官能团和构型的范围。
在一个实施方案中，包括A和B识别元件的结构单元可以视为占有由亲脂性/亲水性和体积限定的结合空间。对于每个包括不同A和B识别元件的结构单元可以(使用已知方法)计算体积。对于包括不同A和B识别元件的每个结构单元可以(使用已知方法)计算亲脂性/亲水性(logP)的大小。LogP负值显示对水的亲合性优于非极性有机溶剂，显示亲水的性质。然后将体积对logP作图可以显示结构单元在整个由大小和亲脂性/亲水性限定的结合空间内的分布。
形成许多识别元件的试剂可商购。例如，形成识别元件A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，A9B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，和B9的试剂可商购。
接头
选择接头以提供结构单元与支持体的适合偶联。构架可以作为人工受体的部分与配体相互作用。接头还可以提供体积，距支持体的距离，疏水性，亲水性，和类似结构特性给结构单元。将结构单元与支持体偶联可以采用共价结合或非共价结合相互作用。适合的非共价相互作用包括离子间的相互作用，氢键键合，范德华相互作用等。在一个实施方案中，所述接头包括可以参与共价键合或非共价相互作用的部分。在一个实施方案中，所述接头包括可以参与共价键合的部分。适合的用于形成共价键和可逆的共价键的基团在上文描述。
用于可逆地固定结构单元的接头
选择接头以提供支持体或平层上结构单元的适合的可逆的固定。在一个实施方案中，接头与构架上的官能团形成共价键。在一个实施方案中，接头还包含能够例如，通过可逆共价键合或非共价相互作用，可逆地与支持体或平层相互作用的官能团。
在一个实施方案中，所述接头包含一个或多个能参与可逆共价键合的部分。对于可逆共价键合的适合基团包括以上所述的那些。人工受体可以包含通过，例如，亚胺、乙缩醛、缩酮、二硫化物、酯或类似的键可逆固定于支持体或平层上的结构单元。这些官能团能够参与可逆的共价键合。这些官能团可称作共价键合部分，例如，第二共价键合部分。
在一个实施方案中，所述接头可以被能参与非共价相互作用的部分所官能化。例如，所述接头可以包含官能团诸如离子基团、能形成氢键的基团、或能参与范德华或其它疏水相互作用的基团。这些官能团可以包括阳离子基团、阴离子基团、脂族基团、两性基团等。
在一个实施方案中，本发明的方法和组成可以应用含带电荷部分(例如，第二带电荷部分)的接头。适合的带电荷部分包括带正电荷的部分和带负电荷的部分。适合的带正电荷的部分包括胺、季铵部分，锍，磷鎓，二茂铁等。适合的带负电荷的部分(例如，在中性pH下的水性组合物中)包括羧酸盐，被强吸电子基团取代的酚(例如，四氯酚)，磷酸盐，膦酸盐，亚膦酸盐，硫酸根，磺酸酯，硫代羧酸酯和异羟肟酸。
在一个实施方案中，本发明的方法和组成可应用含可以进行氢键结合的基团(例如，第二氢键结合基团)作为供体或受体的接头。例如，所述接头可以包含一个或多个羧基、胺基、羟基、羰基，等。离子基团也可参与氢键结合。
在一个实施方案中，本发明的方法和组成可以应用包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)的接头。适合的亲脂部分包括一个或多个支链或直链C6-36烷基、C8-24烷基、C12-24烷基、C12-18烷基等；C6-36链烯基、C8-24链烯基、C12-24链烯基、C12-18链烯基等，含有例如，1到4个双键；C6-36炔基，C8-24炔基，C12-24炔基，C12-18炔基等，含有例如，1到4个三键；含1到4个双键或三键的链；包含芳基或取代芳基部分的链(例如，在链末端或中间的苯基或萘基)；聚芳烃部分；环烷或取代烷部分，其所含碳原子数如对于链所述；它们的组合或混合物；等。烷基、链烯基或炔基基团可以包含支链；链内官能度如醚基；末端官能度如醇、酰胺、羧酸酯等；等等。在一个实施方案中，所述接头包括或就是脂质，诸如磷脂。在一个实施方案中，亲脂部分包括或就是12个碳原子的脂族部分。
在一个实施方案中，接头包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)和共价键合部分(例如，第二共价键合部分)。在一个实施方案中，接头包含亲脂部分(例如，第二亲脂部分)和带电荷部分(例如，第二带电荷部分)。
在一个实施方案中，所述接头与构架上的醇、酚、硫羟基、胺、羰基或类似基团形成或被视作形成共价键。在与构架结合的键和参与与支持体或平层可逆相互作用的或由其形成的基团之间，接头可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环基，取代的杂环基，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
例如，适合的接头可以包括：参与和构架结合的键或由其形成的官能团，参与和支持体或平层可逆相互作用的或由其形成的官能团或基团，和接头主链部分。所述接头主链部分可以包含约4到约48个碳或杂原子，约8到约14个碳或杂原子，约12到约24个碳或杂原子，约16到约18个碳或杂原子，约4到12个碳或杂原子，约4到约8个碳或杂原子，等。接头主链可以包含烷基、取代烷基、环烷基、杂环的、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、乙氧或丙氧低聚物、糖苷、它们的混合物或类似部分。
在一个实施方案中，接头包含亲脂部分，参与和构架结合的键或由其形成的官能团，和任选地，一个或多个形成可逆共价键、氢键、或离子相互作用的部分。在这样的实施方案中，所述亲脂部分可以含有约4到约48个碳原子、约8到约14个碳原子、约12到约24个碳原子、约16到约18个碳原子、或类似。在这样的实施方案中，接头可以包含约1到约8个可逆的键/相互作用部分或约2到约4个可逆的键/相互作用部分。适合的接头具有如(CH2)nCOOH的结构，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
接头的另外的实施方案
可以选择接头以提供结构单元与支持体的适当共价偶联。构架作为人工受体一部分可以与配体相互作用。接头还可以为结构单元提供体积、与支持体的距离、疏水性、亲水性和类似的结构性质。在一个实施方案中，所述接头与构架上的官能团形成共价键。在一个实施方案中，在与支持体连接之前，所述接头还包括可以激活与和将与支持体上官能团反应的官能团。在一个实施方案中，一旦连接到支持体上，接头与支持体和构架形成共价键。
在一个实施方案中，接头与构架上的醇，酚，硫羟基，胺，羰基或类似基团形成或可以视为形成共价键。接头可以包括羧基，醇，酚，硫醇，胺，羰基，马来酰亚胺，或，类似基团，其可以与支持体反应或被活化与支持体反应。在与构架结合的键和通过与支持体连接形成的基团之间，所述接头可以包括烷基，取代的烷基，环烷基，杂环基，取代的杂环基，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳基烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
所述接头可以包括良好的离去基团，其例如与烷基或芳基结合。所述离去基团足够“良好”而被构架上的醇，酚，硫羟基，胺，羰基，或类似基团所替代。这样的接头可以包括由式：R-X表示的部分，其中X为离去基团，如卤素(例如，-Cl，-Br或-I)，甲苯磺酸盐(酯)，甲磺酸盐(酯)，三氟甲磺酸酯，且R为烷基，取代的烷基，环烷基，杂环基，取代的杂环基，芳烷基，芳基，杂芳基，杂芳烷基，乙氧基或丙氧基低聚物，糖苷，或类似部分。
适合的接头基团包括式：(CH2)nCOOH的那些，其中n＝1-16，n＝2-8，n＝2-6，n＝3。形成适当接头的试剂可商购并包括多种具有正交官能度的试剂中的任何一种。
结构单元的实施方案
在一个实施方案中，结构单元可以由式2表示：
其中：RE1是识别元件1，RE2是识别元件2，而L是接头。X是缺失，C＝O，CH2，NR，NR2，NH，NHCONH，SCONH，CH＝N，或OCH2NH。在某些实施方案中，X是缺失或C＝O。Y是缺失，NH，O，CH2，或NRCO。在某些实施方案中，Y是NH或O。在一个实施方案中，Y是NH。Z1和Z2可以独立地是CH2，O，NH，S，CO，NR，NR2，NHCONH，SCONH，CH＝N或OCH2NH。在一个实施方案中，Z1和/或Z2可以独立地是O。Z2是任选的。R2是H，CH3，或另一个能给予结构单元手性且大小与甲基相似或比其小的基团。R3是CH2；CH2-苯基；CHCH3；(CH2)n其中n＝2-3；或环烷基，其含有3-8个碳，例如，5-6个碳，苯基，萘基。在某些实施方案中，R3是CH2或CH2-苯基。
RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，B9，A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在某些实施方案中，RE1是B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，A9，B1，B2，B3，B3a，B4，B5，B6，B7，B8，或者B9。在某些实施方案中，RE2是A1，A2，A3，A3a，A4，A5，A6，A7，A8，或者A9。在一个实施方案中，RE1可以是B2，B3a，B4，B5，B6，B7，或者B8。在一个实施方案中，RE2可以是A2，A3a，A4，A5，A6，A7，或者A8。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)，参与和构架或平层可逆相互作用或由其形成的官能团或基团(本文描述了这样的基团)，和接头主链部分。在一个实施方案中，接头主链部分是约4到约48个碳或杂原子的烷基、取代烷基、环烷基、杂环的、取代杂环、芳烷基、芳基、杂芳基、杂芳烷基、乙氧或丙氧低聚物、糖苷、或其混合物；或约8到约14个碳或杂原子，约12到约24个碳或杂原子，约16到约18个碳或杂原子，约4到12个碳或杂原子，约4到约8个碳或杂原子。
在一个实施方案中，L是参与和构架结合的键或由其形成的官能团(本文描述了这样的基团)和约4到约48个碳原子、约8到约14个碳原子、约12到约24个碳原子、约16到约18个碳或原子的亲脂部分(本文描述了这样的基团)。在一个实施方案中，L还包含约1到约8个可逆的键/相互作用部分(本文描述了这样的基团)或约2到约4个可逆的键/相互作用部分。在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝12-24，n＝17-24，或n＝16-18。
在一个实施方案中，L是(CH2)nCOOH，其中n＝1-16，n＝2-8，n＝4-6，或n＝3。
可以通过一般方案1所举例说明的方法来制备包含A和/或B识别元件，接头和氨基酸构架的结构单元。
使用人工受体的技术
本发明包括使用人工受体的方法。本发明包括筛选候选人工受体以发现结合特定测试配体的先导人工受体的方法。使用检测与载玻片上阵列或与包被的管或孔结合的已知方法可以完成检测与候选人工受体结合的测试配体。例如，所述方法使用用可检测标志物标记的测试配体，所述标志物如荧光团或产生可检测产物的酶。备选地，所述方法可以使用对于测试配体特异性的和包括可检测标志物的抗体(或其它结合剂)。选择一个或多个被测试配体标记或更加或最强烈地被测试配体标记的点作为先导人工受体。通过评估来自标志物的信号强度可以评估标记的程度。信号的量可以与标记和结合的量成正比。图13提供该方法实施方案的示意图。
按照本发明的方法，对测试配体筛选候选人工受体可以产生一种或多种先导人工受体。一种或多种先导人工受体可以是工作人工受体。即，一种或多种先导人工受体可以原样用于检测所关心的配体。所述方法于是可以使用一种或多种人工受体作为用于监测或检测测试配体的工作人工受体。备选地，一种或多种先导人工受体可以用于开发工作人工受体的方法中。例如，一种或多种先导人工受体可以提供用于设计或筛选改善的先导人工受体或工作人工受体的结构或其它信息。这样的设计或筛选可以包括制备和测试另外的候选人工受体，其包括结构单元子集、不同结构单元组、或不同数量结构单元的组合。
本发明包括筛选候选人工受体以发现与特定测试配体结合的先导人工受体的方法。所述方法可以包括允许构成人工受体的结构单元移动。结构单元的移动可以包括动员结构单元沿着支持体或在支持体上移动和/或离开支持体并进入与支持体或平层分离的流体(例如，液体)相。
在一个实施方案中，可以动员结构单元沿着支持体或在支持体上移动(平移或重排)。这种平移可用于，例如，允许已结合测试配体的结构单元重排进入仍旧结合测试配体的更低能量或更牢固结合的构型。这种平移可被用于，例如，允许配体接近处于支持体上但未和配体结合的结构单元。这些结构单元可以平移到接近于测试配体并与其结合。
可以通过多种机制中的任何一种来诱导结构单元沿着支持体或在支持体上移动或将其可逆地固定在支持体上。例如，诱导结构单元的移动性可以包括改变支持体或平层的条件。即，改变条件能够逆转结构单元的固定，从而使它们移动。在结构单元移动后再对其进行可逆固定可以包括，例如，回到原来的条件。适合的条件改变包括，改变pH，改变温度，改变极性或疏水性，改变离子强度，改变亲核性或亲电性(例如，溶剂的或溶质的)等。
可以通过升高温度，通过将表面、平层或结构单元暴露于更疏水的溶剂(例如有机溶剂或表面活性剂)中，或通过减少结构单元周围的离子强度而使通过疏水相互作用被可逆固定的结构单元移动。在一个实施方案中，所述有机溶剂包括乙腈，乙酸，醇，四氢呋喃(THF)，二甲基甲酰胺(DMF)，烃类如己烷或辛烷，丙酮，氯仿，亚甲基氯等，或它们的混合物。在一个实施方案中，该表面活性剂包括非离子型表面活性剂，如壬基苯酚乙氧基化物等。可以通过疏水相互作用使在支持体上移动的结构单元被可逆地固定，例如，通过降低温度，通过将表面、平层或结构单元暴露于更亲水的溶剂(例如水溶剂)或增加的离子强度。
可以通过增加离子强度、亲水溶剂的浓度或在结构单元的环境中竞争性氢键键合物的浓度来动员被氢键可逆固定的结构单元。可以通过由降低亲水溶剂的离子强度或类似情况导致的静电相互作用使在支持体上移动的结构单元被可逆地固定。
可以通过增加结构单元的环境中的离子强度来移动被静电相互作用可逆固定的结构单元。增加离子强度可以破坏静电相互作用。可以通过由降低离子强度导致的静电相互作用使在支持体上移动的结构单元被可逆地固定。
可以通过降低pH或增加结构单元的环境中的亲核催化剂浓度来使被胺、缩醛或缩酮键可逆固定的结构单元移动。在一个实施方案中，pH为约1到约4。亚胺、缩醛和缩酮经历酸催化的水解。可以通过可逆共价相互作用诸如，通过形成亚胺、缩醛或缩酮键，通过升高pH使在支持体上移动的结构单元被可逆地固定。
在一个实施方案中，可以移动结构单元离开支持体并进入与支持体或平层分离的流体(例如，液体)相(交换)。例如，可以将结构单元交换上和/或交换下支持体。交换可被用于，例如，允许支持体上未与测试配体结合的结构单元从支持体被去除。交换可被用于，例如，向支持体上加入另外的结构单元。所加入的结构单元可以具有这样的结构，对所述结构的选择是基于对结合测试配体的人工受体中的结构单元的知识进行的。所加入的结构单元可以具有被选择以提供额外的结构多样性的结构。所加入的结构单元可以包括所有的结构单元。
可以通过例如，升高例如支持体和/或人工受体的温度，从支持体上释放通过疏水相互作用而被可逆固定的结构单元。例如，可以选择疏水相互作用(例如，支持体或平层上和结构单元上的疏水基团)以在约室温或低于室温温度下提供被固定的结构单元，而在超过室温的温度上可以完成释放。例如，可以选择疏水相互作用以在约冷柜温度(例如，4℃)或更低温度下提供被固定的结构单元，而释放可以在例如室温或以上的温度来达到。作为另外的实例，可以通过疏水相互作用，例如，通过将表面或人工受体与含有所述结构单元并且处于或低于室温的流体接触来可逆地固定结构单元。
可以通过例如，将人工受体与足够疏水的流体(例如，有机溶剂或表面活性剂)接触从支持体上释放通过疏水相互作用被可逆地固定的结构单元。在一个实施方案中，所述有机溶剂包括乙腈，乙酸，醇，四氢呋喃(THF)，二甲基甲酰胺(DMF)，烃类如己烷或辛烷，丙酮，氯仿，亚甲基氯等，或它们的混合物。在一个实施方案中，所述表面活性剂包括非离子型表面活性剂，诸如壬基苯酚乙氧基化物，等。还可以通过将所述表面或人工受体与亲水溶剂接触并允许略亲水的结构单元隔开疏水表面或平层来影响这样的可逆固定。
可以通过例如，将人工受体与含酸性pH或含亲核催化剂的流体接触来从支持体上释放被亚胺、缩醛或缩酮键可逆固定的结构单元。在一个实施方案中，pH为约1到约4。可以通过可逆共价相互作用可逆地固定结构单元，诸如，通过形成亚胺、缩醛、或缩酮键，通过将所述表面或人工受体与中性或碱性pH的流体接触。
可以通过例如，将人工受体与具有足以干扰静电相互作用的高离子强度的流体接触来释放通过静电相互作用可逆固定的结构单元。通过将所述表面或人工受体与具有促进结构单元和支持体和/或平层间静电相互作用的离子强度的流体接触，可以用静电相互作用可逆地固定结构单元。
测试配体
测试配体可以是与阵列或表面的结合可以被检测的任何配体。测试配体可以是纯化合物，混合物，或包含天然产物或污染物的“污”混合物。这些污混合物可以是组织匀浆，生物流体，土壤样品，水样，等。
测试配体包括前列腺特异性抗原，其它癌症标记，胰岛素，华法林(warfarin)，其它抗凝剂，可卡因，其它滥用药，大肠杆菌(E.coli)标记，沙门氏菌属(Salmonella sp.)标记，其它食物具有的毒素标记，食物具有的毒素，天花病毒标记，炭疽标记，其它可能的有毒生物试剂的标记，药物和药品，污染物和有害废物中的化学品，有毒化学试剂，疾病标记，药物，污染物，生物学上重要的阳离子(例如，钾或钙离子)，肽，糖，酶，细菌，病毒，它们的混合物等。在某些实施方案中，所述测试配体可以是至少一种小有机分子、无机/有机复合物、金属离子、蛋白混合物、蛋白、核酸、核酸混合物，它们的混合物等。
适合的测试配体包括本文其它地方所述作为测试配体的任何化合物或化合物类别，包括，例如，前文所述的微生物、蛋白、癌细胞、滥用药等。
参考下列实施例可以更好理解本发明。这些实施例意味着本发明具体实施方案的体现，但不意味着限制本发明的范围。
实施例
实施例1-结构单元的合成
合成了代表结构单元实施方案的烷基-芳族-极性范围的选定的结构单元，并证明了这些结构单元在制备候选人工受体中的有效性。这些结构单元是基于由酪氨酸代表的构架而制备的，并包括大量识别元件对。这些识别元件沿表2的对角线进行选择并且包括从烷基到芳族、到极性的足够范围，以代表一整组81个这样的结构单元的显著程度的相互作用和官能团
合成
结构单元的合成采用图解7所概述的通用方法进行，其特别地举例说明了结构单元在具有识别元件对A4B4的酪氨酸构架上的合成。该通用方法用于合成结构单元，所述结构单元分别包括TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6，TyrA8B8，和TyrA9B9。
Figure A20048003289000941
图解7
结果
所需结构单元的合成证明通常是简单直接的。这些合成说明，一旦具有相应识别元件(例如A2B2，A4B4，等)的结构单元已经通过它们的XBOC中间体制备，制备含2个具有不同结构特性或结构(例如A4B2，A6B3等)的识别元件的结构单元相对简单。
可以通过使活化的结构单元与例如十二烷胺反应来实现这些结构单元之一向含亲脂性接头的结构单元的转化。
实施例2-候选人工受体微阵列的制备和评价
制备候选人工受体微阵列并评价其与几个蛋白质配体的结合。所得结果表明1)候选人工受体微阵列可以被制备的简单性，2)结合亲合性和结合模式的可重现性，3)与各自同质对照相比，对于结构单元异质受体环境的结合的显著改善，和4)配体区别性结合模式(例如，工作受体复合体)。
材料与方法
如实施例1所述合成并活化结构单元。该实施例所用结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA6B2，TyrA6B4，和TyrA6B6。包含接头、酪氨酸构架、和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
通过对已知方法的修饰，如下制备用于评价130n＝2和n＝3，和273n＝2，n＝3，和n＝4，候选受体环境的微阵列。简而言之：胺修饰的(胺“平层”；超级胺微阵列板)微阵列板购自Telechem Inc.，Sunnyvale，CA( www.arrayit.com)。按照制造商，这些板是为微阵列制备而特别制造的并具有每平方纳米2-4个胺的标称胺载量。CAM微阵列是用Telechem Inc.(SpotBotTM Arrayer)的针式微阵列点样仪(spotter)仪器制备的，所述仪器典型地具有来自Telechem Inc.(Stealth Micro Spotting Pins，SMP6)的200μm直径点样针和400-420μm点样间距。
如上所述在水性二甲基甲酰胺(DMF)溶液中活化这9个结构单元。对于制备384孔供应板(feed plate)，用DMF/H2O/PEG400(90/10/10，v/v/v；PEG400是标称400FW的聚乙二醇，Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)溶液将活化的结构单元溶液稀释10倍。把这些贮存液等分(10μl/份)到384孔微孔板(Telechem Inc.)的孔中。通过用10μl或20μl活化的[1-1]溶液等分10μl结构单元来制备单独的对照系列。用铝箔覆盖所述板并将其置于旋转摇床上，1,000RPM，15分钟。当不使用时用铝箔覆盖这块样板并储存于-20℃。
对于制备384孔SpotBotTM板，用4μl移液器执行从供应板向第二块384孔板的孔到孔转移(例如，A-1到A-1，A-2到A-2，等)。当不用时，这块板用铝箔牢固覆盖保存于-20℃。SpotBotTM用于用4μl微孔板制备每轮多达13个微阵列板。对SpotBotTM编程从每个微孔中以4次重复点样。SpotBotTM上的洗涤工作站使用EtOH/H2O(20/80，v/v)洗涤溶液。所述洗涤溶液还被用于SpotBotTM打印过程完成后来漂洗所述微阵列。用去离子(DI)水对所述板进行最后的洗涤，用压缩气流干燥，并将其贮存于室温。
通过用琥珀酐与残留的胺反应以形成羧酸酯平层代替胺平层而对某些微阵列作进一步修饰。
下列测试配体和标记物被用于这些实验：
1)r-藻红蛋白，一种可商购的和内在荧光蛋白，FW为2,000,000。
2)用AlexaTM荧光团(Molecular Probes Inc.，Eugene，OR)标记的卵清蛋白。
3)BSA，牛血清白蛋白，使用已知的活化羧基方法用活化的罗丹明(Pierce Chemical，Rockford，IL)标记。BSA具68,000的FW；用于本研究的材料每BSA含大约1.0罗丹明。
4)可通过已知方法得到辣根过氧化物酶(HRP)，其用过量的胺进行修饰或被标记为乙酰胺衍生物，或用2，3，7，8-四氯二苯并dixoin衍生物进行修饰。这些HRP缀合物的荧光检测基于可购自Molecular Probes，Eugene，OR的Alexa 647-酪酰胺(tyramide)试剂盒进行。
5)霍乱毒素。
如下进行微阵列的温育和分析：对于测试配体与微阵列温育，将10，1.0和0.1μg/ml的典型浓度的在PBS-T(含20μl/L Tween-20的PBS)中的靶蛋白溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应，例如，30分钟。用PBS-T和DI水漂洗微阵列并用压缩气流进行干燥。
用Axon Model 4200A荧光微阵列扫描仪(Axon Instruments，Union City，CA)扫描温育后的微阵列。Axon扫描仪和其关联软件产生该板荧光密度的伪彩16位图像。用Axon软件整合该16位数据以给出微阵列上每个点的荧光单位值(范围0-65,536)。接着该数据被导出到Excel文档(微软)作进一步分析，所述分析包括平均值、标准偏差和变化系数的计算。
结果
使用微阵列格式已经证明了CARATM：组合的人工受体阵列TM的概念。制备基于N＝9结构单元的CARA微阵列并评价其与几个蛋白质和被取代蛋白质配体的结合。该微阵列包含144个候选受体(18个n＝1对照加6个空白；36个n＝2候选受体；84个n＝3候选受体)。该微阵列表明：1)CARA微阵列制备的简单性，2)结合亲合性和结合模式的可重现性，3)与各自的同质对照相比，对于结构单元异质受体环境结合的显著改善，和4)配体区别性结合模式。
阅读阵列
图23显示了与2.0μg/ml r-藻红蛋白共同温育的微阵列的典型伪彩/灰度图像。该图像说明制备微阵列并用蛋白质测试配体探测微阵列的过程产生了预期的结合范围，正如从暗点到亮点的相对荧光可见范围中所见到的。
数据分析中的起始点为取这些点的阵列的整合的荧光单位数据并将其相对于[1-1]结构单元对照所观察到的值进行标准化。随后的分析包括平均值、标准偏差和变化系数计算。另外，从结构单元加上[1-1]数据获得同质结构单元的对照值。
第一组实验
评价了下列蛋白质配体对微阵列中候选人工受体的结合。所得荧光单位相对于候选受体环境的数据以2D和3D形式给出，其中在2D形式中候选受体沿X轴排列而荧光单位显示于Y轴上，在3D形式中候选受体以X-Y形式排列并且荧光单位显示于Z轴。形成了每个点组成的特征(未显示)。还形成了结果的每个2D和3D表示中结构单元的特征。给出的数据针对1-2μg/ml的蛋白质浓度。
图24和25显示了对r-藻红蛋白(固有荧光)的结合数据。图26和27显示了对卵清蛋白(具有荧光标记的可商购产品)的结合数据。图28和29显示了对牛血清白蛋白(罗丹明标记)的结合数据。图30和31显示了对HRP-NH-Ac(荧光酪酰胺读出)的结合数据。图32和33显示了对HRP-NH-TCDD(荧光酪酰胺读出)的结合数据。
这些结果不仅证明了CARA微阵列对候选人工受体评价的应用，还示范了许多读出方法中的一些(例如，固有荧光，荧光标记，原位荧光标记)，它们可以用于高通量候选受体评价。
候选受体的评价从可重现性中获得益处。下列结果说明本发明的微阵列提供可重现的配体结合。
用以四次重复点样的结构单元的每个组合印迹微阵列。对一个直接标绘图(图34)的视觉观察说明候选受体环境“点”显示出对测试配体可重现的结合，所述标绘图是针对r-藻红蛋白获得的一个单元结合数据的原始(raw)荧光数据(来自图23说明所进行的)。r-藻红蛋数据(图23)的进一步分析导致768个点中只有9个(1.2％)被作为非正常值除去。对整个阵列r-藻红蛋四次重复数据的分析给出每个实验四次重复组的938个荧光单位的平均标准偏差，其平均变化系数为19.8％。
尽管这些值是可接受的，更实际的比较应用了更强结合、更多荧光受体的标准偏差和变化系数。总平均标准偏差不真实地放大了弱结合、较少荧光受体的变化系数。对于19个具有大于10,000结合靶荧光单位的受体的变化系数是11.1％，该数据很好地落在产生有意义的结合数据所需的范围之内。
CARA方法的一个目的是通过结构简单的结构单元组合实现有效量的候选受体的容易制备。下列结果确定个体结构单元和结构单元组合都对测试配体的结合有显著的、正向的影响。
图23-33显示的结合数据说明结构单元的异质组合(n＝2，n＝3)显著优于从单一结构单元(n＝1)制备的候选受体。例如，图25显示对n＝2，n＝3候选受体观察的结合多样性，其荧光单位范围从0到约40,000。这些数据还显示从同质(n＝1)到异质(n＝2，n＝3)受体环境后，所得结合亲合性改善了约10倍。
异质结构单元的效果最易通过比较包含1或2个那些结构单元(它们的n＝2和n＝1子集)选定的n＝3受体环境候选受体而观察到。图35和36用r-藻红蛋白数据显示了对于两种不同的n＝3受体环境的这种比较。在这些实例中，清楚的是从同质系统(n＝1)到异质系统(n＝2，n＝3)的发展产生了显著增强的结合。
尽管范德华相互作用是分子识别的一个重要部分，确定所观察到的结合不是疏水/亲水分隔的简单情况是重要的。即，所观察到的结合是个体结构单元与靶间特异性相互作用的结果。评价疏水性和亲水性效果的最简单办法是将结构单元logP值和所观测到的结合进行比较。LogP是已知的并且被接受的亲脂性的测量，其可通过针对每个结构单元的已知方法进行测量或计算。图37和38确定通过荧光单位所测量的观察到的靶向结合，不与结构单元的logP成正比。图37和38中的标绘图显示了结合(荧光单位)和结构单元logP间的非线性关系。
本发明的方法和阵列的一个优点是筛选巨大数量候选受体环境的能力将导致有用的靶亲合性的组合和显著的靶向结合多样性。高度的靶亲合性有效用于特异性靶向结合、分离等，而结合的多样性可以提供多重靶向检测系统。本实施例使用相对小量的结构单元来产生约120结合环境。下面对本发明数据的分析清楚地说明即使相对少量的结合环境也能产生多样性和有用的人工受体。
为本研究而进行的靶结合实验所用的蛋白质浓度包括0.1到10μg/ml。以BSA的数据作为代表，清楚的是一些易于结合1.0μg/ml BSA浓度的受体环境接近荧光单位的饱和值(见，例如，图29)。基于这些数据和BSA的分子量为68,000，几个受体环境在约15皮摩尔/ml或15纳摩尔的浓度下易结合BSA。其它用较低浓度的蛋白质的实验(数据未显示)表明，即使用候选受体环境的小量选择，也达到了法摩尔(femptomole)/ml或皮摩尔级的检测限制。
人工受体开发的一个目标是特定靶的特异性识别。图39比较所观察到的对于r-藻红蛋白和BSA的结合。对所有结合模式的比较表明了一些一般性的相似。然而，对每种受体环境结合的具体特性的比较说明这两个靶具有区别性的识别特性，如图39中(*)所示。
人工受体开发的一个目标是开发可以用于特定靶的多重检测的受体。对本研究中r-藻红蛋白、BSA和卵清蛋白数据(图25，27，29)的比较被用于选择对于每个靶的代表性人工受体。图40、41和42应用获自本发明的实施例的数据以显示通过其区别性的结合模式对这三种靶中的每一种进行鉴定。
结论
针对特定靶的最佳受体需要大于单个亲水、疏水、离子等相互作用的预期总和的分子识别。因此，从本原型研究中所用的有限候选受体库中鉴定最佳(特异的、灵敏的)人工受体，不是预期的或是不可能的。相反地，所述目标是证明CARA：组合人工受体阵列概念的所有关键成分可以组合形成功能性受体微阵列。此目标已经被成功证实。
本研究结论性地确定CARA微阵列可以易于制备，并且与候选受体环境的靶向结合可以用于鉴定人工受体和测试配体。另外，这些结果证明与其同质(n＝1)对应物相比，异质(n＝2，n＝3，或n＝4)候选受体的结构单元具有显著的结合增强。当结合以结合模式识别结果和异质受体元件和异质结构单元被证明的重要性时，这些结果清楚地证明CARA候选人工受体-＞先导人工受体-＞工作人工受体策略的重要性。
实施例3-包含可逆固定的结构单元的候选人工受体微阵列的制备和评价
制备包含通过范德华相互作用被固定的结构单元的候选人工受体的微阵列并评价其与蛋白质配体的结合。评价在数个温度，在平层相变温度之上和之下(参见下页)进行，。
材料与方法
如实施例1所述制备的结构单元2-2、2-4、2-6、4-2、4-4、4-6、6-2、6-4、6-6。用前述碳二亚胺激活羧基后加入十二烷胺来制备C12酰胺。这在C18平层中产生了一个带有用于可逆固定的12个碳烷基链接头的结构单元。
采用实施例2中所通述的平层修饰方法，通过在A)二甲基甲酰胺/PEG 400溶液(90∶10，v/v，PEG 400是平均分子量400的聚乙二醇(AldrichChemical Co.)或B)二氯甲烷/TEA溶液(100ml二氯甲烷，200μl三乙胺)中使硬酯酰氯(Aldrich Chemical Co.)反应来修饰氨基平层微阵列板(Telechem)来产生C18平层。
用实施例2中所述SpotBot标准方法印迹C18平层板。所述结构单元在印迹溶液中，所述溶液通过将约10mg每种结构单元溶于300μl二氯甲烷和100μl甲醇中进行制备。向此贮存液中加入900μl二甲基甲酰胺和100μl PEG 400。每次在9个结构单元中的36种组合(N9∶n2，36种组合)中取两个，其中制备于384孔微孔板中，其随后被用于SpotBot来以四次重复印迹微阵列。随机选取的印迹位置只包含印迹溶液。
使用下列变量：1)用二氯甲烷、乙醇和水洗涤微阵列以产生对照板；和2)微阵列在4℃、23℃、或44℃下温育，将选定的微阵列和1.0μg/ml的测试配体，用AlexaTM荧光团标记的霍乱毒素亚基B(Molecular ProbesInc.，Eμgene，OR)的溶液一起温育。温育之后，用水漂洗板，干燥并扫描(AXON 4100A)。数据分析述于实施例2。
结果
已用有机溶剂洗涤去除了结构单元的对照阵列不与霍乱毒素结合(图43)。图44-46显示了来自同样印迹，但分别与霍乱毒素在4℃、23℃、或44℃下温育的阵列的荧光信号。在每个阵列上都可以见荧光的点，其中在44℃下的温育产生非常显著的点。这三个阵列中每个点的荧光值示于图47-49。荧光信号通常随温度升高，在44℃下温育后观察到有许多几乎同样大的信号。随温度的线性增加可以反映出所期望的随着温度的结合改善。非线性增加反映结构单元在表面的重排以获得结合的改善，重排发生在脂质表面相变以上(下页)。
可以将图50与图48相比较。标绘于图48的荧光信号来自在23℃下与支持体上可逆固定的结构单元的结合。绘于图50的荧光信号来自23℃下与支持体上共价固定的结构单元的结合。这些图比较了在相同相对位置上，但以两种不同的方式被固定的相同的结构单元组合。
还在4℃、23℃、或44℃下评价了与被共价固定的结构单元的结合。图51举例说明了在4℃、23℃或44℃下共价固定结构单元各个组合的荧光信号的变化。结合随温度适当升高。结合的平均增加是1.3倍。对每个被共价固定的人工受体在23℃下的荧光信号针对其在44℃下的信号(未显示)所作的标绘图产生相关系数为0.75的线性相关性。此线性相关性表明在结合中的平均1.3倍的增加是热动力学效应而不是结合的优化。
图52举例说明了在4℃、23℃或44℃来自被可逆固定的结构单元各个组合的荧光信号的变化。此图显示至少一个结构单元组合(候选人工受体)显示出这样的信号，所述信号在温度增加时保持不变。当温度升高时，至少一个候选人工受体显示出信号的大致线性升高。这种线性增加表示对结合的正常温度影响。在4℃下具有最低结合信号的候选人工受体成为44℃下最好的结合物之一。这表明了此受体的结构单元在平层相变以上的重排，产生了增强的结合，所述重排增加了结构单元的移动性。其它由在23℃和44℃之间(与4℃与23℃之间相比较)结合的更大变化所表征的受体也经历了动态亲合性优化。
图53举例说明了图51所示数据(用A标记的线)和图52所示数据(用B标记的线)。关于被可逆固定的结构单元中所观察到的结合的增加显著大于关于共价结合的结构单元中所观察到的结合的增加。与被可逆地固定的结构单元的结合从23℃到44℃，中位值增加了6.1倍，平均值增加了24倍。这证实了受体内被可逆固定的结构单元的移动增加了结合(即，受体经历了动态亲合性优化)。
对每个可逆固定的人工受体在23℃下的荧光信号针对其在44℃的信号(未显示)的所作的标绘图未产生相关性(相关系数0.004)。对每个可逆固定的人工受体在44℃的荧光信号针对相应的共价固定的受体在44℃的信号(未显示)所作的标绘图也未产生相关性(相关系数0.004)。这种相关性的缺失提供了进一步的证据，即可逆固定的结构单元在受体内的移动增加了结合。
图54举例说明了在44℃的荧光信号被在23℃的荧光信号除后对比对于人工受体在23℃的结合所得到的荧光信号的图，所述人工受体含被可逆固定的受体。该比较说明结合的增强独立于受体对测试配体的初始亲合性。
表1鉴别了组成每一个人工受体的被可逆固定的结构单元，列出了在44℃和23℃上的荧光信号(结合强度)，以及在这两个温度上所观察到的结合的比率。这些数据表明，相对于每个个体结构单元的作用，每个人工受体反映了结构单元的每个组合的独特属性。
表1
  组成受体的结构单元   44℃上的信号   23℃上的信号   信号比44℃/23℃
  22 24   24136   4611   5.23
  22 26   16660   43   387.44
  22 42   17287   -167   -103.51
  22 44   16726   275   60.82
  22 46   25016   3903   6.41
  22 62   13990   3068   4.56
  22 64   15294   3062   4.99
  22 66   11980   3627   3.30
  24 26   22688   1291   17.57
  24 42   26808   -662   -40.50
  24 44   23154   904   25.61
  24 46   42197   2814   15.00
  24 62   19374   2567   7.55
  24 64   27599   262   105.34
  24 66   16238   5334   3.04
  26 42   22282   4974   4.48
  26 44   26240   530   49.51
  26 46   23144   4273   5.42
  26 62   29022   4920   5.90
  26 64   23416   5551   4.22
  26 66   19553   5353   3.65
  42 44   29093   6555   4.44
  42 46   18637   3039   6.13
  42 62   22643   4853   4.67
  42 64   20836   6343   3.28
  42 66   14391   9220   1.56
  44 46   25600   3266   7.84
  44 62   15544   4771   3.26
  44 64   25842   3073   8.41
  44 66   22471   5142   4.37
  46 62   32764   8522   3.84
  46 64   21901   3343   6.55
  46 66   23516   3742   6.28
  62 64   24069   7149   3.37
  62 66   15831   2424   6.53
  64 66   21310   2746   7.76
结论
本实验证明包含被可逆地固定的结构单元的阵列与蛋白质底物的结合，与含被共价固定的结构单元的阵列相似。结合非线性地随温度的上升而增加，表明结构单元的移动增加了结合。许多候选人工受体证明了在结构单元移动后的结合的改善。
实施例4-GM1的寡糖部分与人工受体竞争结合于霍乱毒素
制备候选人工受体的微阵列并评价其与霍乱毒素的结合。还对所述阵列评价了对于结合的干扰。对结合的干扰使用了与霍乱毒素结合的化合物，来自GM1的寡聚部分(GM1 OS)。所得结果证明蛋白质的配体特异性地干扰蛋白质与微阵列的结合。
材料与方法
如实施例1所述合成并活化结构单元。用于本实施例的结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA2B8，TyrA3B3，TyrA3B5，TyrA3B7，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA4B8，TyrA5B3，TyrA5B5，TyrA5B7，TyrA6B2，TyrA6B4，TyrA6B6，TyrA6B8，TyrA7B3，TyrA7B5，TyrA7B7，TyrA8B2，TyrA8B4，TyrA8B6，和TyrA8B8。包含接头，酪氨酸构架和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
通过对已知方法的修饰，如下制备用于对171 n＝2候选受体环境进行评价的微阵列。“n＝2”受体环境包括两个不同的结构单元。简而言之：胺修饰的(胺“平层”；超级胺微阵列板)微阵列板购自Telechem Inc.，Sunnyvale，CA。按照生产商，这些板是为微阵列制备所特别制造的并具有每平方纳米2-4个胺的标称胺载量。所述微阵列是用来自Telechem Inc.(SpotBotTM Arrayer)的针式微阵列点样仪仪器制备的，所述仪器典型地具有来自Telechem Inc.(Stealth Micro Spotting Pins，SMP6)的200μm直径的点样针和400-420μm的点间距。
如上所述将19个结构单元在二甲基甲酰胺(DMF)水溶液中活化。对于制备384孔供应板，用DMF/H2O/PEG400(90/10/10，v/v/v；PEG400是标称分子量400的聚乙二醇，Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)溶液将活化的结构单元溶液稀释10倍。将这些贮存液等分(每份10μl)到384孔微孔板(Telechem Inc.)中。对照点包括结构单元[1-1]。用铝箔覆盖所述板并将其置于旋转摇床上在1,000RPM上达15分钟。当不用时将此样板用铝箔覆盖置于-20℃储存。
对于制备384孔SpotBotTM板，用4μl移液器进行从供应板向第二块384孔板的孔到孔转移(例如，A-1到A-1，A-2到A-2，等)。当不用时，这块板用铝箔牢固覆盖保存于-20℃。SpotBotTM用于用4μl微孔板制备每批多达13个微阵列板。对SpotBotTM编程以从每个微孔中点以四次重复来点样。SpotBotTM上的洗涤工作站使用EtOH/H2O(20/80，v/v)洗涤液。所述洗涤液用1M盐酸调至pH4并被用于在SpotBotTM印迹过程结束后漂洗所述微阵列。最后一次用去离子(DI)水洗涤所述板，用压缩气流进行干燥，并将其贮存于室温。通过使剩余的胺与乙酸酐反应来形成取代胺平层的乙酰胺平层来进一步地修饰所述微阵列。
用在这些实验中的测试配体是用AlexaTM荧光团(Molecular ProbesInc.，Eugene，OR)标记的霍乱毒素。这些实验中所用的候选干扰物是GM1OS(GM1寡糖)，霍乱毒素的已知配体。
如下进行微阵列的温育和分析：对于对照与微阵列一起温育，将浓度1.7pmol/ml(0.1μg/ml)的霍乱毒素的PBS-T(含20μl/L Tween-20的PBS)溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应30分钟。对于干扰物与微阵列一起温育，将霍乱毒素(1.7pmol/ml，0.1μg/ml)和所需浓度的GM1 OS的PBS-T(含20μl/L Tween-20的PBS)溶液(例如，500μl)置于微阵列的表面上并允许反应30分钟。在单独的实验中，以0.34和5.1μM加入GM1 OS。在这些温育的任一之后，用PBS-T和DI水漂洗所述微阵列并用压缩气流进行干燥。
用Axon Model 4200A荧光微阵列扫描仪(Axon Instruments，Union City，CA)扫描温育后的微阵列。Axon扫描仪和其关联软件产生该板荧光密度的伪彩16位图像。用Axon软件整合该16位数据以给出微阵列上每个点的荧光单位值(范围0-65,536)。该数据随后被导出到Excel文档(微软)作进一步分析，所述分析包括平均值、标准偏差和变异系数的计算。
表2鉴别了前150个受体环境的每个中的结构单元。
表2
  结构单元
  1   22 24
  2   22 28
  3   22 42
  4   22 46
  5   22 55
  6   22 64
  7   22 68
  8   22 82
  9   22 86
  10   24 26
  11   24 33
  12   24 44
  13   26 77
  14   26 84
  15   26 88
  16   28 42
  17   22 26
  18   22 33
  19   22 44
  20   22 48
  21   22 62
  22   22 66
  23   22 77
  24   22 84
  25   22 88
  26   24 28
  27   24 42
  28   26 82
  29   26 85
  30   28 33
  31   28 44
  32   28 46
  33   28 55
  34   28 64
  35   28 68
  36   28 82
  37   28 86
  38   33 42
  39   33 46
  40   42 88
  41   44 48
  42   44 62
  43   44 66
  44   44 77
  45   44 84
  46   44 88
  47   46 55
  48   28 48
  49   28 62
  50   28 66
  51   28 77
  52   28 84
  53   28 88
  54   33 44
  55   44 46
  56   44 55
  57   44 64
  58   44 68
  59   44 82
  60   44 86
  61   46 48
  62   46 62
  63   24 46
  64   24 55
  65   24 64
  66   24 68
  67   24 82
  68   24 86
  69   26 28
  70   26 42
  71   26 46
  72   26 55
  73   26 64
  74   26 68
  75   33 48
  76   33 63
  77   33 66
  78   33 77
  79   24 48
  80   24 62
  81   24 66
  82   24 77
  83   24 84
  84   24 88
  85   26 33
  86   26 44
  87   26 48
  88   26 62
  89   26 66
  90   33 55
  91   33 64
  92   33 68
  93   33 82
  94   33 84
  95   33 88
  96   42 46
  97   42 55
  98   42 64
  99   42 68
  100   42 82
  101   42 86
  102   46 88
  103   48 62
  104   48 66
  105   46 77
  106   48 84
  107   48 88
  108   55 64
  109   55 68
  110   33 86
  111   42 44
  112   42 48
  113   42 62
  114   42 66
  115   42 77
  116   42 84
  117   48 55
  118   48 64
  119   48 68
  120   48 82
  121   48 86
  122   55 62
  123   55 66
  124   55 77
  125   46 64
  126   46 68
  127   46 82
  128   46 86
  129   62 77
  130   62 84
  131   62 88
  132   64 68
  133   64 82
  134   64 86
  135   66 68
  136   66 82
  137   66 86
  138   68 77
  139   68 84
  140   68 88
  141   46 66
  142   46 77
  143   46 84
  144   62 82
  145   62 86
  146   64 66
  147   64 77
  148   64 84
  149   64 88
  150   66 77
结果
低浓度的GM1 OS
图55举例说明了霍乱毒素结合于候选人工受体的微阵列然后用缓冲液洗涤产生的荧光信号。这些荧光信号证明霍乱毒素与某些受体环境牢固结合，与其它的结合较弱，与某些的结合则检测不到。与包括实施例2所报告那些的实验的比较表明霍乱毒素的结合在阵列到阵列和月到月之间是可重现的。
还在来自GM1 OS(0.34μM)的竞争下进行了霍乱毒素的结合。图56举例说明了在这种竞争之后检测到的由霍乱毒素结合产生的荧光信号。值得注意的是，示于图56中的许多信号显著小于图55中所记录的相应信号。在图56中观测到的小信号代表着较少的霍乱毒素结合到所述阵列上。GM1 OS显著干扰了霍乱毒素与许多受体环境的结合。
可以将由GM1 OS所导致的霍乱毒素结合中的干扰视作在缺乏GM1OS时的结合的量与在与GM1 OS竞争时结合的量的比率。此比值示于图57。比值越大，与GM1 OS竞争后仍与人工受体结合的霍乱毒素就越少。所述比值可以大至约30。所述比值与在对照中结合的数量无关。
高浓度的GM1 OS
图58举例说明了霍乱毒素结合于候选人工受体微阵列然后用缓冲液洗涤所产生的荧光信号。如前，霍乱毒素是可重现的，它与某些受体环境牢固结合，与其它的结合较弱，与某些的结合则检测不到。图59举例说明了在与5.1μM GM1 OS竞争下检测到的霍乱毒素结合所产生的被检测到的荧光信号。再一次地，GM1 OS显著干扰了霍乱毒素与许多受体环境的结合。
将这种破坏表示为图60中的在缺乏GM1 OS时的结合的量与和GM1OS接触后的结合的量的比值。所述比值范围大到约18并与在对照中结合的数量无关。
结论
本实验证明测试配体与本发明中的人工受体的结合可被候选干扰物分子减少(例如，竞争)。在该情形中，所述测试配体是蛋白质霍乱毒素而候选干扰物是已知与霍乱毒素结合的蛋白，GM1 OS。测试配体的结合被干扰的程度与其在人工受体上结合的程度无关。
实施例5-GM1与人工受体竞争结合于霍乱毒素
制备候选人工受体的微阵列并评价其与霍乱毒素的结合。还对所述阵列评价了对于结合的干扰。对结合的干扰使用了一种与霍乱毒素结合的化合物，脂糖(liposaccharide)GM1。所得结果证明蛋白质的配体特异性地干扰所述蛋白与微阵列的结合。
材料与方法
如实施例1所述合成并活化结构单元。用于本实施例的结构单元是TyrA1B1[1-1]，TyrA2B2，TyrA2B4，TyrA2B6，TyrA4B2，TyrA4B4，TyrA4B6，TyrA6B2，TyrA6B4，和TyrA6B6，所述结构单元以每个人工受体4个结构单元的组进行使用。包含接头、酪氨酸构架、和识别元件AxBy的结构单元的缩写是TyrAxBy。
如以上实施例4所述制备用于评价126n＝4候选受体环境的微阵列。这些实验中所用测试配体是用AlexaTM荧光团(Molecular Probes Inc.，Eμgene，OR)标记的霍乱毒素。在对照和竞争实验中所用的霍乱毒素均为5.3nM。用在这些实验中的候选干扰物是GM1，一种霍乱毒素的已知配体，其在0.042、0.42和8.4μM的浓度上竞争。微阵列的温育和分析如实施例4所述进行。
表3鉴别了每个受体环境中的结构单元。
表3
  结构单元
  1   22 24 26 42
  2   22 24 26 44
  3   22 24 26 46
  4   22 24 26 61
  5   22 24 26 64
  6   22 24 26 66
  7   22 24 42 44
  8   22 24 42 46
  9   22 24 42 62
  10   22 24 42 46
  11   22 24 42 66
  12   22 24 44 46
  13   22 24 44 62
  14   22 24 44 64
  15   22 24 44 66
  16   22 24 46 62
  17   22 24 46 64
  18   22 24 46 66
  19   22 24 62 64
20 22 24 62 66
  21   22 24 64 66
  22   22 26 42 44
  23   22 26 42 46
  24   22 26 42 62
  25   22 26 42 64
  26   22 26 42 66
  27   22 26 44 46
  28   22 26 44 62
  29   22 26 44 64
  30   22 26 44 66
  31   22 26 46 62
  32   22 26 46 64
  33   22 26 46 66
  34   22 26 62 64
  35   22 26 62 66
  36   22 26 64 66
  37   22 42 44 46
  38   22 42 44 62
  39   22 42 44 64
  40   22 42 44 66
  41   22 42 46 62
  42   22 42 46 64
  43   22 42 46 66
  44   22 42 62 64
  45   22 42 62 66
  46   22 42 64 66
  47   22 44 46 62
  48   22 44 46 64
  49   22 44 46 66
  50   22 44 62 64
  51   22 44 62 66
  52   22 44 64 66
  53   22 46 62 64
  54   22 46 62 66
  55   22 46 64 66
  56   22 62 64 66
  57   24 26 42 44
  58   24 26 42 46
  59   24 26 42 62
  60   24 26 42 64
  61   24 26 42 66
  62   24 26 44 46
  63   24 26 44 62
  64   24 26 44 64
  65   24 26 44 66
  66   24 26 46 62
  67   24 26 46 64
  68   24 26 46 66
  69   24 26 62 64
  70   24 26 62 66
  71   24 26 64 66
  72   24 42 44 46
  73   24 42 44 62
  74   24 42 44 64
  75   24 42 44 66
  76   24 42 46 62
  77   24 42 46 64
78 24 42 46 66
  79   24 42 62 64
  80   24 42 62 66
  81   24 42 64 66
  82   24 44 46 62
  83   24 44 46 64
  84   24 44 46 66
  85   24 44 62 64
  86   24 44 62 66
  87   24 44 64 66
  88   24 46 62 64
  89   24 46 62 66
  90   24 46 64 66
  91   24 62 64 66
  92   26 42 44 46
  93   26 42 44 62
  94   26 42 44 64
  95   26 42 44 66
  96   26 42 46 62
  97   26 42 46 64
  98   26 42 46 66
  99   26 42 62 64
  100   26 42 62 66
  101   26 42 64 66
  102   26 44 46 62
  103   26 44 46 64
  104   26 44 46 66
  105   26 44 62 64
  106   26 44 62 66
  107   26 44 64 66
  108   26 46 62 64
  109   26 46 62 66
  110   26 46 64 66
  111   26 62 64 66
  112   42 44 46 62
  113   42 44 46 64
  114   42 44 46 66
  115   42 44 62 64
  116   42 44 62 66
  117   42 44 64 66
  118   42 46 62 64
  119   42 46 62 66
  120   42 46 64 66
  121   42 62 64 66
  122   44 46 62 64
  123   44 46 62 66
  124   44 46 64 66
  125   44 62 64 66
  126   46 62 64 66
结果
图61举例说明了通过霍乱毒素单独和在与三种浓度GM1中的每种竞争之下与候选人工受体微阵列结合所产生的荧光信号。随着GM1浓度升高，荧光信号的量稳步减少。对于所有的受体而言，减少的数量在数量上不是都相同的，但每种受体都经历了霍乱毒素结合的减少。这些减少表明GM1与人工受体竞争与霍乱毒素的结合。
这种减少显示出对于在霍乱毒素上的结合位点的相对竞争的模式。这可以通过对在GM1的特定浓度下所获得的荧光信号针对缺乏GM1时的荧光信号(未显示)的图而证实。当GM1浓度增加时，某些受体在这些测绘图上以相似的相对位置出现。
可以将由GM1所导致的在霍乱毒素结合中的干扰视作在缺乏GM1OS时结合的量与在与GM1竞争后所结合的量的比值。此比值示于图62。比值越大，与GM1竞争后仍与人工受体结合的霍乱毒素就越多。该比值可以大到约14。该比值与在对照中结合的数量无关。
有趣的是，在一些情况中，人工受体结构中的微小变化导致所述比值的显著变化。例如，包含结构单元24、26、46和66的人工受体与包含24、42、46和66的人工受体差别仅在于替换了单个的结构单元(xy表示结构单元TyrAxBy)。结构单元42替换26使GM1存在时的结合增加了约14倍。
作为进一步的实例，包含结构单元22、24、46和64的人工受体与包含22、46、62、64的人工受体的差别只是替换了一个结构单元。结构单元24替换62使GM1存在情况下的结合增加了约3倍。
即使是替换单一的识别元件也影响结合。包含结构单元22、24、42和44的人工受体与包含22、24、42和46的人工受体差别只是替换了一个识别元件。结构单元44替换46(将识别元件B6换为B4)使在GM1存在情况下的结合增加了约3倍。
结论
本实验证明测试配体与本发明中人工受体的结合可被候选干扰物分子减弱(例如，竞争)。在该情形中，所述测试配体是蛋白质霍乱毒素而候选干扰物是已知与霍乱毒素结合的蛋白，GM1。组成人工受体的结构单元结构上的微小变化导致竞争时的显著变化。
实施例6-用作结构单元的GM1改变霍乱毒素与该人工受体的结合
制备了候选人工受体的微阵列，GM1结合于所述阵列，并且评价它们对霍乱毒素的结合。所得结果证明在人工受体的阵列中加入GM1作为结构单元可以增加与某些受体的结合。
材料与方法
如实施例1所述合成并活化结构单元。用在本实施例中的结构单元是实施例4中所述那些。如以上实施例4所述制备用于评价171n＝2候选人工受体环境的微阵列。这些实验所用测试配体是用AlexaTM荧光团(MolecularProbes Inc.，Eugene，OR)所标记的霍乱毒素。以0.01μg/ml(0.17pM)或0.1μg/ml(1.7pM)，在对照和竞争实验中应用霍乱毒素。GM1被用作人工受体的测试配体并成为用于结合霍乱毒素的受体的结构单元。如以上关于霍乱毒素所述将阵列与100μg/ml、10μg/ml或1μg/ml的GM1接触，接着用去离子水漂洗。然后在上述条件下，将阵列与霍乱毒素接触。微阵列分析如实施例4中所述进行。表2鉴别了每种受体环境中的结构单元。
结果
图63说明了霍乱毒素与未经GM1预处理的候选人工受体微阵列结合所产生的荧光信号。GM1与候选人工受体的微阵列结合后再与霍乱毒素结合所产生的荧光信号示于图64、65和66(分别为100μg/ml、10μg/ml和1μg/ml GM1)。
由用GM1预处理所导致的霍乱毒素结合的增加可以被视作在GM1存在时结合的量与在缺乏GM1时结合的量的比率。对于1μg/ml GM1，此比值示于图67。所述比值越大，GM1预处理后结合于人工受体的霍乱毒素越多。所述比值可以大到约16。
在一些情况中，人工受体结构中的微小变化导致所述比率的显著变化。例如，包含结构单元46和48的人工受体与包含46和88的人工受体的不同仅在于替换了单一结构单元上的单一识别元件。(xy表示结构单元TyrAxBy)。结构单元48替换88(识别元件A8改变成A4)使表示GM1结构单元存在的结合增加的比值从约0.5增加到约16。相似地，包含结构单元42和77的人工受体与包含24和77的人工受体的不同仅在于替换了单一结构单元。结构单元42替换24使表示GM1结构单元存在的结合增加的比值从约2增加到约14。
有趣的是，一些显示高水平霍乱毒素结合(45,000到65,000荧光单位的信号)和包含结构单元33的结构单元没有被作为结构单元的GM1的存在所强烈影响。
结论
本实验证明GM1与本发明中人工受体的结合可以显著增加霍乱毒素的结合。组成人工受体的结构单元中的微小变化导致GM1增加了霍乱毒素结合的程度的显著变化。
实施例4-6的讨论
我们之前证明工作人工受体的阵列以一种与蛋白质表面拓扑结构的每个区域所呈现的具体环境互补的方式结合蛋白靶。因此蛋白靶点与工作人工受体阵列的结合模式描述了蛋白质表面的拓扑结构；包括参与了例如蛋白质～小分子、蛋白质～肽、蛋白质-蛋白质、蛋白质～糖类、蛋白质～DNA等的相互作用的表面结构。因此可能利用选定的蛋白质与工作人工受体阵列的结合来鉴定这些蛋白质～小分子、蛋白质～肽、蛋白质-蛋白质、蛋白质～糖类、蛋白质～DNA等的相互作用。而且，利用蛋白质与阵列的相互作用来限定干扰这些相互作用的“先导物”是可能的。
霍乱毒素B亚基与细胞表面上的GM1结合(GM1的结构)。鉴定对于该结合事件的竞争者的研究显示霍乱毒素：GM1结合相互作用(结合位点)的竞争者可以利用糖和烷基/芳族官能度(Pickens，等 Chemistry and Biology，vol.9，pp 215-224(2002))。我们之前已经证明荧光标记的霍乱毒素B亚基与工作人工受体的阵列结合以给出确定的结合模式(见下文)，所述模式反映了霍乱毒素B的表面拓扑结构。对于该研究，我们试图证明可以用霍乱毒素的天然配体，GM1干扰霍乱毒素与所述阵列的至少一些成员的结合。
图中所示结果清楚地证明这些目标已经成功实现。具体地，GM1 OS五糖或GM1与工作人工受体阵列之间对霍乱结合的竞争清楚地给出与霍乱结合模式对照所不同的结合模式。而且，这些结果证明当与只含苯基官能度的工作人工受体相比时，在一些含萘基部分的工作人工受体之间的互补性。这些结果与Pickens等人研究中的活性位点竞争保持一致并表明萘基和苯基衍生物代表了霍乱与GM1相互作用的良好模拟/探针。这些相互作用的特异性被这样的观察所具体证实，所述观察即在4结构单元系统组合中4个结构单元之一的变化改变了对显著竞争性环境的非竞争性。这些结果还表明选定的工作人工受体可以用于开发用于进一步评价霍乱：GM1相互作用的高通量筛选。
此外，我们尝试证明可以通过用GM1对人工受体的阵列进行预温育来制备亲合性支持体/膜的模拟物，所述人工受体的阵列接着以某种结合模式结合/捕获霍乱毒素，所述结合模式可以用于选择工作人工受体以用于例如高通量的筛选将干扰“霍乱:膜～GM1模拟物”的先导化合物。GM1预温育研究清楚地证明，可能是通过霍乱毒素和BOTH固定的GM1五糖部分与工作人工受体结构单元环境之间的亲和性相互作用，一些本是弱霍乱结合物的工作人工受体显著增强了其与霍乱的结合。
应当指注意的是，如用于本说明书和后附权利要求时，除非内容明确指出，否则单数形式“a”、“an”和“the”包括复数形式。因此，例如，所指的包含“一种化合物”的组合物包括两个或更多个化合物的混合物。还应当注意的是，除非内容明确指出，否则术语“或”通常用于其包括“和/或”的意义。
还应当注意的是，如用于本说明书和后附的权利要求时，短语“被配装的和配置的”描述被构建或配置以执行特定任务或采取特定的构型以进行特定任务的系统、装置或其它结构。短语“被装配的和配置的”可以与其它类似短语诸如被装配的和配置的(arranged and configured)，被构建的和被装配的(constructed and arranged)，被装配的(adapted)，被构建的(constructed)，被制造和被装配的(manufactured and arranged)等互换使用。
本说明书中所有出版物和专利申请都指示本发明相关领域普通技术人员的水平。将在本申请中参考的所有的美国专利和公开的美国专利申请全部内容并入本文作为参考。
已参考许多具体的和优选的实施方案和技术描述了本发明。然而，应当了解在本发明的精神和范围内仍然可以进行许多变化和修饰。

Claims (45)

1.一种传感器系统，其包括：
导波器；
与所述导波器操作性地偶联的检测系统；
工作人工受体，所述导波器关于所述工作人工受体被操作性地配置从而使所述导波器能够接收来自所述工作人工受体的光，其中对所述检测系统进行配置从而检测电磁辐射。
2.权利要求1的传感器系统，其中所述导波器包括光学纤维。
3.权利要求2的传感器系统，其中基底与所述光学纤维的远端偶联并且所述工作人工受体与所述基底偶联。
4.权利要求3的传感器，其中所述基底是溶胶凝胶。
5.权利要求1的传感器系统，其中所述导波器包括平面导波器并且所述导波器与具有光学纤维的检测系统偶联。
6.权利要求1的传感器系统，其中样品与所述工作人工受体接触，所述样品的至少一部分是可被工作人工受体接收的。
7.权利要求6的传感器系统，其还包括操作性地与所述检测系统偶联的计算机系统，所述计算机系统被配置从而分析从所述检测系统接收的数据从而基于所述数据来鉴定所述样品中的测试配体。
8.权利要求7的传感器系统，其中所述检测系统包括电荷耦合装置。
9.权利要求7的传感器系统，其中所述计算机系统被配置从而测定：所述样品的发射性质，所述样品的吸收性质，所述样品的折射性质，和所述样品的荧光性质的至少一种。
10.权利要求9的传感器系统，其还包括被配置从而在所述样品上发光的光源。
11.权利要求1的传感器系统，其中将所述传感器系统配置为间接检测系统。
12.权利要求11的传感器系统，其中对所述传感器系统进行配置从而检测标志物的存在。
13.权利要求7的传感器系统，其中对所述传感器系统进行配置从而检测在光的质量或数量中的调节，对所述系统进行配置从而检测辐射的强度、偏振状态、相和波长的至少一种。
14.权利要求13的传感器系统，其中所述系统被配置以用于多参数的检测。
15.权利要求13的传感器系统，其中可以基于在一个或多个性质中的变化来检测与受体结合的测试配体的存在，所述性质与所述测试配体的存在相关。
16.权利要求1的传感器系统，其包括多种光学纤维。
17.权利要求1的传感器系统，其中所述系统被配置从而持续传感。
18.权利要求1的传感器系统，其中所述导波器包括光学成像纤维。
19.权利要求1的传感器系统，其中所述传感器系统被配置从而连同电化学传感器系统一起进行操作。
20.权利要求1的传感器系统，其中所述工作人工受体与所述导波器偶联。
21.权利要求1的传感器系统，其中所述导波器包括光学纤维，并且所述工作人工受体与光学纤维的远中面偶联。
22.权利要求1的传感器系统，其中所述工作人工受体与支持体物质偶联。
23.权利要求22的传感器系统，其中所述支持体物质与所述导波器偶联。
24.权利要求23的传感器系统，其中所述支持体物质是碳糊。
25.权利要求1的传感器系统，其中来自所述工作人工受体的光被下列至少一个所反射、折射、传导或发射：所述工作人工受体或与所述工作人工受体结合的测试配体。
26.权利要求1的传感器系统，其中所述工作人工受体与突出偶联，所述突出偶联于空腔的内表面。
27.权利要求26的传感器系统，其中所述空腔在所述导波器上形成。
28.权利要求1的传感器系统，其中所述人工受体偶联于毛细管、微球体、微孔、纳米球体、微通道和膜中的一种。
29.权利要求1的传感器系统，其包括导波器的阵列。
30.权利要求1的传感器系统，其中所述系统被配置从而检测下述中的至少一种：病原微生物、癌细胞、水中的污染物、大气污染、与爆炸有关的蒸气、蛋白质、多核苷酸。
31.一种电化学传感系统，其包括：
工作电极；
参比电极；和
与所述工作电极偶联的工作人工受体，其中所述传感系统被配置从而产生传感信号。
32.权利要求31的电化学传感系统，其在所述工作电极和所述参比电极之间还包括膜，所述工作人工受体偶联于所述膜。
33.权利要求31的电化学传感系统，其中所述系统被配置从而通过检测在所述工作电极和所述参比电极之间的电子流动来检测化学反应。
34.权利要求31的电化学传感系统，其中所述系统被配置从而通过检测在所述参比电极和所述工作电极之间的电势差来检测化学反应。
35.权利要求31的电化学传感系统，其包括工作电极的阵列。
36.权利要求31的电化学传感系统，其中所述工作受体偶联于碳糊，所述碳糊电偶联于所述工作电极。
37.权利要求31的传感系统，其中所述系统被配置从而检测下列至少一种：病原微生物，癌细胞，水中的污染物，大气污染，与爆炸有关的蒸气，蛋白质，多核苷酸。
38.一种电化学传感系统，其包括：
场效应晶体管；
偶联于所述场效应晶体管的工作人工受体，其中当测试配体结合于工作人工受体时，可以产生信号。
39.电化学传感系统，其中所述场效应晶体管是：ChemFET，ISFET，SAFET，SGFET之一。
40.权利要求38的电化学传感系统，其中所述工作人工受体偶联于栅。
41.权利要求38的电化学传感系统，其中所述工作人工受体偶联于绝缘层。
42.一种传感器系统，其包括
检测器；
偶联于所述检测器的工作人工受体，其中所述检测系统被配置从而检测与所述工作人工受体结合的测试配体的存在。
43.权利要求42的传感器系统，其中所述检测器包括导波器。
44.权利要求42的传感器系统，其中所述检测器包括电化学传感器。
45.权利要求42的传感器系统，其中所述检测器基于表面等离子体光谱法来操作。
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