CN1914495A - 使用动态表面生成和成像来检测生物和化学试剂的系统、方法和试剂 - Google Patents

Abstract

提供分析物的灵敏检测技术，该技术结合了溶液/混悬液相分析形式的优点以及固相/横向流动分析的简易性。在溶液/混悬液相中使用磁性微球体作为固体载体进行分析。随后，使用磁分离将结合的分析物与溶液的剩余物分离。清洗步骤之后，可以从磁性颗粒表面直接读取荧光信号。还公开了使用荧光聚合物超猝灭的便携式生物检测系统及用其检测生物试剂的方法。

Description

使用动态表面生成和成像来检测生物和化学试剂的系统、方法和试剂

本申请要求2004年1月30日提交的序列号60/540,297的美国临时申请的优先权。在此引入该临时申请的全部内容作为参考。

本申请与2001年5月8日提交的序列号09/850,074的美国专利申请，以及2003年7月18日提交的序列号10/621,311的美国专利申请相关。在此引入这些申请中每一个的全部内容作为参考。

                       背景

技术领域

本申请广泛涉及检测生物试剂的系统和方法，尤其是使用荧光的便携式生物检测器，本申请还涉及检测生物试剂的这类检测器的用途，以及使用磁固相的分析技术与试剂。

技术背景

由于自然原因环境中有各种的病原体。除此之外，世界上生物恐怖主义威胁近来的增长使得被故意引入的环境有害的生物试剂的早期识别变得日益急迫。虽然在专门的实验室中可以检测许多特定的生物试剂，但是仍然需要可由本领域内相对未经训练的人员实现的健全和可靠的系统和分析。特别是对便携式(即手持的)检测系统的持续的需求，该系统能够用于对在环境中以包括气溶胶，粉末或者液体形式存在的病原体进行快速、敏感和选择性的分析。

                        概述

按照第一实施方案，提供药筒，其包含：

限定检测储存器的器壁；以及

位于该检测储存器中的流体，该流体包含：

能被磁场吸引的颗粒状固体载体，其中该颗粒状固体载体表面包含能与生物试剂结合的受体；以及

能与该生物试剂结合的荧光剂；以及

将样品引入所述储存器的端口。

按照第二实施方案，提供检测装置，其包含：

适用于接受上述药筒的外壳；

适用于将光照射在所述药筒的检测储存器内表面上的激发光源；以及

适用于检测从所述药筒的检测储存器内表面发出的荧光的检测器。

根据第三实施方案，提供检测样品中生物试剂的存在和/或数量的试剂盒，其包含：

包含能被磁场吸引的颗粒状固体载体的第一组分，其中该颗粒状固体载体表面包含能与所述生物试剂结合的受体；以及

包含荧光剂的第二组分，其中当所述生物试剂与所述受体结合时，该荧光剂能与所述生物试剂结合。

根据第四实施方案，提供检测样品中生物试剂的方法，其包括：

将样品和颗粒状固体载体及荧光剂在容器的储存器中孵育，该容器包含限定所述储存器的壁，其中所述颗粒状固体载体能被磁场吸引，且该颗粒状固体载体表面包含能与所述生物试剂结合的部分，且其中所述荧光剂包含能与所述生物试剂结合的部分；

透过容器器壁对所述样品应用磁场，使得该样品中的固体载体颗粒被所述磁场吸引从而形成靠近所述容器器壁的表面；

使光源照射在由所述固体载体颗粒形成的表面上；以及

检测由所述固体载体颗粒形成的表面发射的荧光；

其中所检测到的荧光指示所述样品中生物试剂的存在和/或数量。

                    附图的简要说明

图1是其中插有生物检测药筒的生物检测装置的图示。

图2显示了荧光聚合物和生物受体共同位于固体载体(即微球体)的分析，表明分析物猝灭剂轭合物的结合是如何导致聚合物荧光的放大的超猝灭，然而未标记分析物与受体的结合没有导致聚合物荧光的变化。

图3显示了一种分析，其中荧光聚合物和葡萄球菌肠毒素B(SEB)的受体共同位于固体载体上，并且其中在分析物(即蛋白毒素SEB)的存在下，猝灭剂标记的抗体的加入导致了荧光的放大的超猝灭。

图4A-4D显示了使用磁固相的检测系统，其采用了通过磁分离的动态表面生成和所得表面的成像。

图5是使用荧光剂和磁性颗粒的对靶生物试剂的分析的示意图，其中该荧光剂和磁性颗粒均包含能与该靶生物试剂结合的受体。

图6是使用荧光剂和磁性颗粒的对抗体的分析的示意图，其中该荧光剂和磁性颗粒之一包含该靶抗体的抗原，而另一方包含该靶抗体的受体。

图7是使用第三传感组分的对靶生物试剂的FRET或超猝灭分析的示意图，其中该第三传感组分包含具有靶识别元件的猝灭剂/敏化发射体。

图8是使用可磁化材料的对靶生物试剂的FRET或超猝灭分析的示意图，其中该可磁化材料嵌入可能充当或不充当敏化发射体的猝灭材料中，或与其偶联。

图9是各种分析的示意图，这些分析包括：监测通过磷酸酯酶和激酶来添加或者去除磷酸酯基的分析(反应方案A)；监视通过蛋白酶进行的肽分裂或由DNA连接酶进行的DNA链连接的分析(反应方案B)；以及监视通过天然折叠蛋白质的抗体进行的蛋白质再折叠过程的分析(反应方案C)。

图10是应用DNA三链体形成的对靶核酸的分析的示意图，其中该分析使用第一和第二核酸试剂，以及荧光剂和磁性颗粒，其中每一所述核酸试剂对靶具有亲和性，且每一试剂均包含生物素部分，且所述荧光剂和磁性颗粒均包含生物素结合蛋白。

图11A是在检测器中使用的反应药筒的示意图。

图11B是其中插有图11A的反应药筒的检测器的示意图。

图12是显示测得的荧光为样品中炭疽杆菌芽胞数量的函数的直方图。

图13是显示测得的荧光为SEB的生物试剂浓度的函数的直方图。

图14是显示测得的荧光为蓖麻毒素的生物试剂浓度的函数的直方图。

图15是显示含有各种干扰物的样品与含有该干扰物和炭疽杆菌芽胞的样品所测得的荧光的对照的直方图。

图16是显示含有高浓度杆菌芽胞而非炭疽杆菌芽胞的样品测得的荧光的直方图，说明在炭疽杆菌芽胞分析中这些样品无一产生阳性信号。

图17是显示含有各种干扰物的样品与含有该干扰物和蓖麻毒素的样品测得的荧光的对照的直方图。

图18A-18D是一种分析的示意图，其中：芽胞与磁性颗粒和荧光标记混合，二者均可与靶生物试剂结合(图18A)；在混合和孵育期间，该磁性颗粒和荧光标记与芽胞结合(图18B)；磁化所述溶液导致结合与未结合磁性材料被吸引至磁化表面(图18C)；洗去溶液中残留的未结合的荧光标记(图18D)。

                    详细说明

提供能够用于检测空气中，水中或者从不同表面吸取的液体中的生物试剂(例如细菌，毒素，病毒)的便携式(例如手持)自动仪器。根据一实施方案，检测能在5分钟或更短的时间内完成。检测器可以包含在生物试剂存在时发出信号的报警器。该装置的潜在使用者包括紧急事件应答人员和医院伤员鉴别人员。该生物检测装置的操作需要最低限度的技术技能并且能够检测和分辨多种剂，而发生较少的假阳性和假阴性案例。

在生物检测装置中可以使用多种分析形式。示例性的分析形式包括固相(例如基于微球体)分析。例如，可以使用固相分析来，例如，检测蛋白和小分子毒素。这些分子不需要被检测分析物(例如毒素)的化学或物理修饰，因此可以对生物样品中的天然形式存在的分析物进行检测。虽然以上描述了固相分析，但是还可以使用采用可溶性试剂的分析形式。

使用一次性，可丢弃(disposable)的药筒实现分析步骤。最低限度训练的操作人员可以使用该装置并且很少会发生操作引入的错误。图1给出了示例性的便携式生物检测装置。

使用可丢弃的移液管将样品引入药筒。样品的体积可以是，例如50mL。使用药筒中的活塞(plunger)产生液流以完成分析。

提供含有生物检测器，一个或多个药筒，以及一个或多个阳性和/或阴性对照的生物检测系统。该系统对照能够用于确保生物检测器正常发挥功能。

提供用于各类生物和化学试剂的分析。示例性的生物试剂包括，但不限于，细菌(例如炭疽杆菌)，毒素(例如葡萄球菌肠毒素B)，以及病毒(例如流感病毒)。细菌剂可以是形成孢子的。例如，提供检测炭疽杆菌和葡萄球菌肠毒素B的检测药筒。其他能够被检测的生物和化学试剂的示例性试剂包括形成孢子的细菌，植物性细菌，病毒，蛋白毒素，蛋白酶，窒息性毒剂，神经毒剂，糜烂性毒剂，以及滥用的药物。能够被检测的生物和化学试剂的具体例子包括：肉毒杆菌毒素A，B和E；Q热；瘟疫(鼠疫耶尔森菌)；牛痘/天花；沙林毒气；光气；VX毒气；以及可卡因。除此之外，得到能够用于检测酶，酶活性，核酸(例如DNA)，抗体和诸如咖啡因和可卡因的小分子的分析。具体应用包括炭疽杆菌，葡萄球菌肠毒素B(SEB)，蓖麻毒素以及芽胞膜糖蛋白的分析。

QTL生物试剂检测

第一方法涉及包含靶分析物的受体(例如：诸如SEB特异性抗体或肽的SEB受体)的固体载体的使用。在该方法中，该固体载体并不包含荧光剂。一旦分析物暴露于负载有所述受体的固体载体时，包含能与分析物(例如含有诸如聚合物或其他高吸收和荧光体系的高荧光标记的SEB抗体)结合的部分的荧光剂能够与捕获在所述固体载体上的分析物结合。测量从结合的荧光剂发出的荧光强度提供分析物的定量指数。该方法能够用于提供对生物试剂的敏感的，特异性的以及定量的检测，该生物试剂包括但不限于炭疽杆菌和SEB。

还提供了使用放大的超猝灭或荧光共振能量转移(即FRET)的分析。此外，含有一系列生色团的聚合物具有不同于孤立的单体生色团或染料荧光的荧光发射，其中所述生色团通过共轭(即共轭聚合物)或悬垂(pendant)连接在一起，并紧靠在非共轭的聚合物主链上(即染料悬垂聚合物)。当聚合物暴露并与非常少量的某些能量或电子转移猝灭剂结合时，这些聚合物荧光显示了放大的响应(即超猝灭)[1-3，6]。因此，对于每分子由几百至几千个单元或生色团组成的聚合物，仅少量分子猝灭剂分子就能够“关闭”或者猝灭整个聚合物发出的荧光。因此该放大的荧光猝灭或超猝灭与单个灯泡被移走或烧坏时，整串圣诞树的灯光熄灭类似。使用放大的超猝灭的分析已被开发用于许多生物靶标[1，7-9]。这些生物检测分析是基于聚合物和聚合物体系的荧光，及其对通过能量传递或电子转移猝灭剂造成的荧光猝灭的独特的高灵敏度。

图2显示了荧光聚合物和生物受体共同位于微球体或其他固体载体上的分析。从图2中可以看出，分析物与受体的结合并没有导致聚合物荧光的变化，然而分析物猝灭剂轭合物的结合(例如包含猝灭剂，连接子和受体配体的生物轭合物)导致该聚合物荧光的放大超猝灭。

根据第二方法，荧光聚合物和生物试剂(例如SEB或者BT)的受体共同位于固体载体上(例如微球体)。使用公知技术使聚合物和受体与载体轭合[1-5，7-10]。图3显示了该类型的分析。

所述受体可以是抗体(例如通过生物素结合蛋白缔合锚定到载体的生物素基化的抗体)或者分子受体(例如生物素基化的肽)。对于SEB，可以使用商品抗体，或者合成与SEB结合的生物素基化的肽。据显示，多克隆抗体结合固体载体锚定的SEB。在该“夹心(sandwich)分析”的第一阶段中，SEB分析物被捕获在微球体上。在下一阶段中，将第二抗体暴露于所述小珠，与所锚定的SEB形成“夹心”，该第二抗体具有作为所述荧光聚合物的能量转移接受体的功能，从而导致聚合物荧光的猝灭以及接受体荧光的敏化(在不同的、更长的波长)。可监视聚合物荧光和能量接受体荧光，或者其中之一，比例将提供SEB水平的定量测定。

动态表面生成与成像

在一些应用中，靶材料相对较大(例如与小的蛋白毒素相对的纳米级或微米级颗粒)。在这些应用中，由于距离限制了固有的能量转移机理，上述的超猝灭的应用可能无效。因此，提供了接合溶液/混悬液相分析形式的优点、以及固相/横向流动分析(1ateral flow assay)的简易性的检测技术。该技术适于包括但不限于夹心和竞争形式的多种不同分析类型。

当使用该方法时，在溶液/混悬液中使用磁固体载体(例如磁微球体)进行分析。随后，使用磁分离来将结合的分析物与溶液的剩余物分离。在该方法中，形成了包含磁性颗粒的表面。清洗步骤之后，可以从所述磁性颗粒的表面直接读取荧光信号，而不用重新悬浮所述颗粒并检测溶液中的荧光。

图4显示了检测系统以及采用动态表面生成和成像的分析。如图4A所示，药筒框架(A)限定了含有分散在标记溶液(B)中的磁性微粒的检测储存器。该磁性微粒可以直接或者间接与荧光标记(C)结合。标记溶液过量。如图4B所示，使用第一磁场(D)来产生被检测储存器中的磁性颗粒(E)包被的表面。形成表面后，在准备清洗步骤时，使用比第一磁场强的第二磁场(F)以防止磁性颗粒包被层的剥离。还可以使用单一磁场强度进行分析。图4C显示了该步骤。在清洗时，使用洗液(G)代替检测储存器中的标记溶液。一旦标记溶液被移除，可对所述磁性颗粒的表面或者包被层成像。如图4D所示，在成像期间，将激发光源(H)聚焦于所述磁性颗粒包被层上，同时收集从包被层表面发出的荧光(I)作为信号。

荧光标记与磁性微粒的结合可以发生在，例如，分析物存在下。例如，荧光标记可以轭合到与分析物结合的部分。进而，样品中的分析物可以与所述磁性微粒表面的受体结合。因此，当样品中存在分析物时，磁性微粒被荧光标记。因此，样品中分析物的存在导致荧光增强。

或者，所述标记溶液可以包含荧光标记的分析物或者分析物代用品。当将样品加入储存器中，样品中的分析物与标记的分析物竞争在磁性颗粒上的分析物结合部位。因此，样品中存在的分析物导致荧光减弱。

上述的动态表面生成和成像技术的优点之一是使用溶液/混悬液相确保了最佳的动态条件，与此同时磁性颗粒包被层的形成浓缩了分析物，从而显著提高了分析的灵敏度。该技术的另一优点是表面是动态形成的，不存在与经常发生在通常使用尼龙和硝化纤维膜的横向流动分析中相同的非特异性结合问题。

本文描述了检测包括蛋白毒素和微生物的病原体的高度敏感的系统和分析。尤其提供手持生物检测器，其可以迅速、就地检测危险生物试剂。由于用于检测的化学物质的简易性和稳定性(robustness)，当新的生物威胁剂出现时，这些技术可以容易地应用于其上。

示例性分析形式

动态表面生成和成像的示例性应用是夹心免疫测定法，其中荧光剂和可磁化材料均包含受体。示例性的受体包括但不限于，抗体(例如单克隆的，多克隆的，单链或抗体片断)，低聚物适体(例如DNA，RNA，合成寡核苷酸)，糖类，脂类，肽类，官能团结合蛋白类(例如生物素结合蛋白，磷酸盐结合蛋白)，DNA，RNA，合成寡核苷酸，金属结合络合物，或者任何对另一分子或复合物具有特异亲和性的天然或合成分子或复合物。此外，所述受体对特定靶材料(例如化学或生物试剂)具有特异亲和性。通过产生荧光剂-靶-可磁化材料复合物，可以磁化和清洗溶液以产生颗粒，其只有在样品中存在靶标的情况下才含有荧光剂。图5简要显示了该类型的分析。

另一示例性直接检测的策略是抗体滴定(titer)分析，其中荧光剂或可磁化材料包含目标抗体的抗原。在该实施方案中，没有与抗原结合的传感材料(即，所述荧光剂或可磁化材料)能与抗体特别是由产生目标抗体的动物物质产生的抗体相连。当将存在目标抗体的样品与包含这些传感材料的溶液孵育时，目标抗体能够与所述磁性材料和荧光剂形成复合物。结果是当样品中存在目标抗体时，在动态表面生成和成像分析中能够检测到荧光信号。图6简要显示了该类型的分析。

使用两种途径之一可以将图5描述的技术改良为基于FRET或超猝灭的应用。如图7所示，第一种途径包括加入包含猝灭剂的第三传感组分，该猝灭剂可以是或不是具有靶识别元件的敏化发射体。如图8所示，在第二种途径中，所述磁性材料包含猝灭剂(例如嵌入的或者偶联的猝灭剂)，其可以作为或者不作为敏化发射体。在这些敏化发射途径中，不需要清洗步骤来拆分信号。然而，如果仅仅使用猝灭剂，清洗步骤可以用于降低由于未结合荧光剂造成的背景信号。

可选择的应用包括监视诸如结构修饰的化学或生物变化。以下叙述各种示例性的分析形式。

化学或生物部分的加入或去除

该类型应用的实施例是监测通过磷酸酯酶和激酶引入或去除磷酸酯基。示例性起始材料包括具有磷酸化位点的生物素化的肽，具有共价连接的生物素结合蛋白(例如卵白素)的荧光剂，以及具有共价连接的磷酸酯结合蛋白的可磁化材料。图9的反应方案A简要地显示了该类型的分析。

共价/非共价的复合/附着/解离/键断裂

该类型的示例性应用是监测通过蛋白酶的肽裂解或者通过DNA连接酶的DNA链的连接。示例性的起始材料包括包含其间具有蛋白酶识别的两个生物素的肽，包含生物素结合蛋白(例如卵白素)的荧光剂，以及包含生物素结合蛋白(例如卵白素)的磁性材料。生物素结合蛋白可以与所述荧光剂和/或磁性材料共价连接。

图9的反应反案B简要地显示了采用复合/附着的该类型分析，其中复合/附着事件导致荧光剂/磁性材料复合物的形成。

化学或生物修饰或折叠

该类型的应用监测通过天然折叠蛋白质的抗体导致的蛋白质重折叠(refold)过程。然而，该类型应用不限于重折叠过程，还包括任何可检测的化学或生物部分。示例性起始材料包括具有共价连接的生物素的非折叠蛋白质，含有生物素结合蛋白(例如卵白素)的荧光剂，该生物素结合蛋白可与该荧光剂共价结合，以及包含天然折叠蛋白的抗体的磁性材料。

图9的反应反案C简要显示了该类型的分析，其中折叠(在图中由●到▲转变表示)导致蛋白质被连接到磁性材料的抗体识别，从而导致荧光剂/磁性材料复合物的形成。

含有多受体位点的复合物的产生

示例性分析包括产生含有多受体位点的复合物的分析。该类型的示例性分析包括DNA三链体的形成。示例性起始材料包括第一和第二核酸，其中每一核酸都对靶核酸具有亲和性，且每一核酸还包含生物素部分，以及荧光剂和磁性材料，两者均包含生物素结合蛋白(例如卵白素)。所述生物素结合蛋白能与该荧光剂和/或磁性材料共价连接。图10简要显示了该类型的分析。

上述分析和形式通常可用于任何系统，其中产生磁性颗粒(即小球)的表面，激发源和检测器能够聚焦在该表面上。例如，在如下所述的平板读出器上进行所述分析。首先，通过使用格栅(rack)来磁化平板中的样品，该格栅将磁铁放置在平板的孔下，使得在孔底部的特定位置形成磁性颗粒。然后清洗样品。随后，所述平板读出器的光源以及平板读出器的检测器进行光学聚焦，以激发形成的颗粒，并监测荧光的输出。

以上策略可以用于基于任何芯片的应用，其中可以定向所述磁铁以形成颗粒，光源和检测器可以聚焦来激发和收集从该颗粒发出的放射。

实施例

使用动态表面生成和成像方法开发了炭疽杆菌，蓖麻毒素(蓖麻子毒素)以及葡萄球菌肠毒素B的检测和定量分析。图11A和图11B显示了进行该分析所用的仪器。如图11A所示，分析可以使用预先装有传感材料(例如具有生物试剂受体的荧光剂，以及具有生物试剂受体的磁性材料)的药筒。这些传感材料可以制成干燥形式以便长期储存。含有洗液的清洗注射器(图11A中显示的大注射器)可以插入药筒。含有测试所关注材料的样品可以通过擦洗(swab)试剂盒或者稀释在取样溶剂中制备，然后收集至采样注射器(图11A显示的小注射器)。将样品注射器插入药筒。然后通过挤压采样注射器的注射筒将样品加入到传感试剂中。然后震动药筒1分钟(该步骤对毒素分析不如对芽孢分析重要)。如图11B所示将药筒插入检测器单元进行2分钟的孵育过程。在该时间内，磁性材料被磁化并产生表面，该表面在所关注的生物试剂存在时显示出荧光剂。激发并收集发射的荧光后，使用者可以得到结果(例如靶存在或者不存在)。激发和收集发射的荧光能够在5秒钟内完成。分析所需的总时间大约3.5分钟。

图12-16显示了使用动态表面生成和成像所收集到的数据。

图12-14所示数据决定的检测限如下：

靶                              检测限

炭疽杆菌                        约5,000芽孢

蓖麻毒素                        ＜5ng

SEB                             ＜0.1ng

如图15和17所示，测试了碳酸氢钠，玉米淀粉，面粉以及亚利桑那测试粉尘的干扰物，确定为对分析具有有限的作用，且不导致阳性信号(即假阳性)。然而，在某些干扰物存在时出现了信号的变化。然而，在所使用的浓度(即干扰物浓度为100μg/mL，其为所使用的毒素分析物浓度的100,000倍)，所测试的材料没有一种完全抑制了所述分析。

如图16所示，在炭疽杆菌分析形式中还测试了炭疽杆菌的最近领域的芽孢，每次分析中即使在一百万芽孢的水平，这些芽孢中无一显示阳性信号。

因此，通过动态表面生成和成像产生的分析是灵敏的和特异性的。此外，传感试剂混合物能够对多重生物试剂物试剂产生多种分析。这可以通过许多方法实现，但是最简单的是混合两种传感器，或者通过加入荧光剂和可磁化材料的多种受体产生多重感应器。这两种途径的后者可以是单色分析，其中结果是靶A或B存在，而第一种途径(多重传感器)可以是多种颜色分析，其中如果A存在则存在一种荧光颜色，并且如果B存在，则存在另一颜色。在该实施方案中，所述荧光剂是不同颜色的。

如18A-18D给出了示例性的分析形式。如18A所示，芽孢与包含磁性微球体的QTL传感溶液和荧光标记混合，这二者均能与靶生物试剂(所示的芽孢)结合。从图18B可以看出，在混合和孵育期间，传感材料(即磁性微球体和荧光标记)能与芽孢结合。如图18C所示，随后溶液被磁化。磁场的应用导致结合和未结合的磁性材料被吸引至表面。如图18D所示，随后溶液中剩余的未结合荧光标记被冲洗掉。存在激发表面发射的荧光表明样品中靶生物试剂的存在和/或数量。

虽然借助为说明目的提供的实施例，上文教导了本申请的原理，然而本领域内技术人员通过阅读本公开，应理解在不偏离本发明实际范围的情况下，可作出各种形式和细节上的改变。

                          引用的文献

[1]Chen，L.，D.W.McBranch，H.-L.Wang，R.Helgeson，F.Wudl，and D.G.Whitten，″Highly sensitive biological and chemical sensorsbased on reversible fluorescence quenching in a conjugated polymer″(基于轭合聚合物中的可逆荧光猝灭的高灵敏度的生物和化学传感器)，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States ofAmerica(美国科学院会议录)，96，pp.12287-12292(1999).

[2]Chen，L.，D.W.McBranch，R.Wang，and D.Whitten，″Surfactant-Induced Modification of Quenching of Conjugated PolymerFluorescence by Electron Acceptors：Applications for ChemicalSensing″(表面活性剂诱导的由电子受体引起的轭合聚合物荧光猝灭的改变：化学传感应用)，Chemical Physics Letters(化学物理快报)，330，pp.27-33(2000).

[3]Chen，L.，S.Xu，D.McBranch，and D.Whitten，″Tuning theProperties of Conjugated Polyelectrolytes through SurfactantComplexation″(通过表面活性剂的复合调节轭合的聚合电解质的性质)，Journal of the American Chemical Society(美国化学会志)，112(28)，pp.9302-9303(2000).

[4]Jones，R.M.，L.Lu，R.Helgeson，T.S.Bergstedt，D.W.McBranch，and D.Whitten，″Building Highly Sensitive Dye Assemblies forBiosensing from Molecular Building block″(从分子结构单元建立生物感应的高灵敏度染料组合)，Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America(美国科学院会议录)，98(26)，pp.14769-14772(2001).

[5]Lu，L.，R.M.Jones，D.McBranch，and D.Whitten，″Surface-Enhanced Superquenching of Cyanine Dyes as J-Aggregates onLaponite Clay Nanoparticles″(Laponite黏土纳米颗粒上呈J-聚集体的花青染料的表面加强超猝灭)，Langmuir(蓝格缪尔)，18(20)，pp.7706-7713(2002).

[6]Lu，L.，R.Helgeson，R.M.Jones，D.McBranch，and D.G.Whitten，″Superquenching in Cyanine Pendant Poly(L-lysine)Dyes：Dependenceon Molecular Weight，Solvent，and Aggregation″(在花青悬垂聚(L-赖氨酸)染料中的超猝灭：对分子量，溶剂和聚集的依赖性)，Journal of theAmerican Chemical Society(美国化学会志)，124(3)，pp.483-488(2002).

[7]Kushon，S.A.，K.Bradford，V.Marin，C.Suhrada，B.A.Armitage，D.McBranch，and D.Whitten，″Detection of Single NucleotideMismatches Via Fluorescent Polymer Superquenching″(通过荧光聚合物超猝灭检测单一核苷酸错配)，Langmuir(蓝格缪尔)，19，pp.6456-6464(2003).

[8]Kushon，S.A.，K.D.Ley，K.Bradford，R.M.Jones，D.McBranch，and D.Whitten，″Detection of DNA Hybridization via FluorescentPolymer Superquenching″(通过荧光聚合物超猝灭检测DNA杂交)，Langrnuir，18(20)，pp.7245-7249(2002).

[9]Kumaraswarny，S.，T.Bergstedt，X.Shi，F.Rininsland，K.Achyuthan，S.Kushon，K.Ley，W.Xia，D.McBranch，and D.Whitten，″Fluorescent Conjugated Polymer Superquenching Facilitates HighlySensitive Detection of Proteases″(荧光轭合聚合物超猝灭促进蛋白酶的高灵敏度检测)，Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America(美国科学院会议录)，101，7511-7515(2004).

[10]Cooper，M.A.，″Optical Biosensors in Drug Discovery″(药物发现中的光学生物传感器)，Nature Reviews(自然综述)，1，pp.515-528(2002).

Claims (33)

1.药筒，其包含：

限定检测储存器的器壁；以及

所述检测储存器中的流体，该流体包含：

能被磁场吸引的颗粒状固体载体，其中该颗粒状固体载体表面包含能与生物试剂结合的受体；以及

能与所述生物试剂结合的荧光剂；以及

将样品引入所述储存器的端口。

2.如权利要求1所述的药筒，还包含适用于在所述检测储存器中产生液流的活塞。

3.如权利要求1所述的药筒，其中所述荧光剂包含多种彼此结合的荧光物质，使得当猝灭剂与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够放大地超猝灭由所述荧光剂发射的荧光。

4.如权利要求1所述的药筒，其中所述生物试剂是葡萄球菌肠毒素B，肉毒杆菌毒素，或者炭疽杆菌。

5.如权利要求1所述的药筒，其中所述颗粒状固体载体是微球体。

6.如权利要求1所述的药筒，其中所述颗粒状固体载体包含猝灭剂，其中当所述颗粒状固体载体和荧光剂与所述生物试剂结合时，所述猝灭剂能够猝灭由所述荧光剂发出的荧光。

7.如权利要求6所述的药筒，其中所述猝灭剂发射荧光。

8.如权利要求1所述的药筒，其中所述检测储存器中的流体还包含猝灭剂，其中当所述生物试剂与所述颗粒状固体载体和所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能与所述生物试剂结合，且当与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够猝灭由所述荧光剂发出的荧光。

9.检测装置，包含：

适用于接受上述药筒的外壳；

适用于将光照射在所述药筒的检测储存器的内表面上的激发光源；以及

适用于检测从所述药筒的检测储存器的内表面发出的荧光的检测器。

10.如权利要求9所述的检测装置，还包含指示剂，其适用于在所述检测储存器中存在所述生物试剂时发出信号。

11.如权利要求9所述的检测装置，其中所述指示剂是报警器，其在所述检测储存器中存在生物试剂时发出响声。

12.如权利要求9所述的检测装置，还包含磁场发生器，其适用于透过所述容器的器壁对所述检测储存器中的流体应用磁场。

13.如权利要求12所述的检测装置，其中所述磁场发生器能够产生至少两种不同强度的磁场。

14.如权利要求9所述的检测装置，还包含从所述储存器中移除流体的端口。

15.检测样品中生物试剂存在和/或数量的试剂盒，其包含：

包含能被磁场吸引的颗粒状固体载体的第一组分，其中所述颗粒状固体载体的表面包含能与所述生物试剂结合的受体；以及

包含荧光剂的第二组分，其中当所述生物试剂与所述受体结合时，所述荧光剂能与所述生物试剂结合。

16.如权利要求15所述的试剂盒，其中所述颗粒状固体载体是微球体。

17.如权利要求15所述的试剂盒，其中所述生物试剂是葡萄球菌肠毒素B，肉毒杆菌毒素，或者炭疽杆菌。

18.如权利要求15所述的试剂盒，还包含：

包含猝灭剂的第三组分，其中当所述生物试剂与所述受体和所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能与所述生物试剂结合，且当与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够猝灭由所述荧光剂发射的荧光。

19.如权利要求18所述的试剂盒，其中所述荧光剂包含多种彼此结合的荧光物质，使得当所述猝灭剂与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够放大地超猝灭由所述荧光剂发射的荧光。

20.如权利要求18所述的试剂盒，其中所述猝灭剂发射荧光。

21.如权利要求15所述的试剂盒，其中所述颗粒状固体载体包含猝灭剂，其中当所述颗粒状固体载体和荧光剂与所述生物试剂结合时，所述猝灭剂能够猝灭由所述荧光剂发出的荧光。

22.如权利要求21所述的试剂盒，其中所述猝灭剂发射荧光。

23.检测样品中的生物试剂的方法，包括：

将样品与颗粒状固体载体及荧光剂在容器的储存器中孵育，所述容器包括限定所述储存器的壁，其中所述颗粒状固体载体能被磁场吸引，且所述颗粒状固体载体表面包含能与所述生物试剂结合的部分，且其中所述荧光剂包含能与所述生物试剂结合的部分；

透过所述容器的器壁对所述样品应用磁场，使得所述样品中的固体载体颗粒被所述磁场吸引，从而形成靠近所述容器器壁的表面；

使光源照射在由所述固体载体颗粒形成的表面上；以及

检测由所述固体载体颗粒形成的表面发射的荧光；

其中所检测到的荧光指示了所述样品中生物试剂的存在和/或数量。

24.如权利要求23所述的方法，还包含在应用磁场后以及用光源照射前，清洗由所述固体载体颗粒形成的所述表面。

25.如权利要求24所述的方法，还包含在应用磁场后以及清洗前，增大所应用的磁场的强度。

26.如权利要求23所述的方法，还包含：

将所述样品与猝灭剂孵育，其中当所述生物试剂与所述颗粒状固体载体和荧光剂结合时，所述猝灭剂能够与所述生物试剂结合，且当与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够猝灭由所述荧光剂发射的荧光。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述荧光剂包含多种彼此结合的荧光物质，使得当所述猝灭剂与所述荧光剂结合时，所述猝灭剂能够放大地超猝灭由所述荧光剂发射的荧光。

28.如权利要求26所述的方法，其中所述猝灭剂能够发射荧光，且检测包括检测由所述猝灭剂发射的荧光，以及，任意地，还检测由所述荧光剂发射的荧光。

29.如权利要求26所述的方法，其中检测包括检测由所述荧光剂发射的荧光。

30.如权利要求23所述的方法，其中所述颗粒状固体载体包含猝灭剂，且当所述颗粒状固体载体和荧光剂与所述生物试剂结合时，能够猝灭由所述荧光剂发出的荧光。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述猝灭剂发射荧光。

32.如权利要求23所述的方法，其中所述颗粒状固体载体的表面包含能与第二生物试剂结合的第二部分，且其中所述荧光剂包含第二部分，且当所述第二生物试剂与所述颗粒状固体载体结合时，所述荧光剂的第二部分能够与所述第二生物试剂结合。

33.如权利要求23所述的方法，还包括：

将所述样品与第二颗粒状固体载体和第二荧光剂在所述储存器中孵育，其中所述第二颗粒状固体载体能被磁场吸引，且所述第二颗粒状固体载体的表面包含能与第二生物试剂结合的部分，且其中所述第二荧光剂包含当所述第二生物试剂与所述颗粒状固体载体结合时，能与第二生物试剂结合的部分；

其中由所述第二荧光剂发射的荧光能够与所述荧光剂发射的荧光相区别；

其中由所述荧光剂发射的荧光指示所述样品中生物试剂的存在和/或数量，且其中由所述第二荧光剂发射的荧光指示所述样品中第二生物试剂的存在和/或数量。

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