TW201000900A - Method and system for suppressing bindings on magnetic particles - Google Patents

Description

201000900 28140twf. doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與量測物質磁化率（magnetic susc印tibility)有 關。特別來說，基於對磁性材料之磁化率的探討本發明與 抑制（suppress)磁性粒子（magneticpartides)與結合分 子（inding molecules)間之非特異性結合(n〇n_Speci£jcaiiy binding)有關。 r . 【先前技術】 在化學領域裡’通常會製造包含數種分子混合在一起 的複合分子（composite molecule)。以藥物製造為例，將 數種为子混合在一起以產生療效（curingeffect)。然而， 在此合分子的過程中’一些不需要（un_wanted)的分子也 了月b會被混合’而造成純度不佳（impUrjty )或甚至產生其 他的影響。—般而言，製造時所需的是特異性結合（s p e c i fi C s」 binding )分子，而不需要非特異性結合（n〇n_Speciflc binding)分子。 因此’如何抑制非特異性結合分子，並甚至增加特異 座結合分子至一核心粒子（core particle)為本領域的一個 課題。 【發明内容】 本發明應用於合成分子（composed molecules)的形 成’且能夠基於交流（alternating current, ac)磁化率 201000900 28140twf.doc/n 的特性而減少非特異性結合。 本發明提出一種抑制分子間之非特異性結合的方 法’包括提供分佈於一液體中的多個磁性粒子，且每一個 磁性粒子具有磁化量。這些磁性粒子塗佈（coated)塗層 分子（coating molecule)。將含第一型態結合分子與第二 型態結合分子的多個結合分子混合物加到液體中。塗層分 子與第一型態結合分子以特異性地結合，且塗層分子與第 二型態結合分子以非特異性地結合。施加一頻率準位 (frequency level)之交流磁場（ac magnetic fidd )，而此 頻率準位會造成抑制第二型態結合分子與塗層分子的非特 異性的結合。 本發明亦提出一種抑制磁性粒子非特異性結合的系 統。此系統包括一容器，其中裝著分佈有多個磁性粒子的 液體。每一個磁性粒子分別具有磁化量且被塗層分子所塗 佈，以與結合分子相結合。而結合分子包含第一型態結合 分子與第二型態結合分子。且塗層分子與第一型態結合分 子以特異性地結合’而塗層分子與這㈣二健結合分子 以非特異性地結合。—交流磁場源單元（_啊说触 source unit)以一頻率準位施加交流磁場於容器中的液體， 且頻率準位被设定在能造成抑制第二型態結合分子與塗層 分子非特異性結合的狀態。 曰 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 4 201000900 28140twf.doc/n 【實施方式】 .在本發明中，利用交流磁化率^作為一種探討工具 (investigating tool) ’以抑制非特異性分子與具有磁化量 (magnetization )的核心分子（c〇re m〇iecuie )的結合，且 能夠讓特異性結合分子與核心分子的結合㈣（腦ain) 或增加。 本發明研發出-種用以抑制分子間之非特異性結合 的方法。藉由將-齡子（以下稱⑽分子）塗佈在具有 磁化量之磁性材料的粒子上。上述磁化量是來自磁性雙極 (magnetic dipole )的總磁性向量（恤丨㈣狀此㈣如）。 磁性粒子分佈於液财，而塗層分子（咖edmQiecuies) 能夠與其他種類的分子（以下稱腕分子）特異性地或非 特異性地結合。這是-種用來形成如藥物材料等複合分子 的有效手段。然而，通常非特異性結合之分子為不需要的 材料’因而必須加以抑制。 旦f本，明的基本機制中’當施加交流磁場時，磁性向 置會受到交流磁場的驅動而旋轉。因此，BM分子便會承 受到離心力（centrifugal force)。當離心力超過CM&子 與BM分㈣的結合力時，這些復_觀分子的結合會被 破壞。由於特異性結合的結合力遠大於雜異性結合的妹 合力，所以可以藉由適當地控制離心力而削弱（depress) 非知異性的結合。而離心力可由操控旋轉磁向量的角頻率 來控制。而此角頻率則由施加之交流磁場的頻率決定。、因 此，當適當地控制所施加的交流磁場的頻率，便能夠有效 201000900 28140tw£doc/n 地抑制分子間的非特異性結合。 一在描述實際上如何量測“（如以下圖3_5所述）之 輒，先描述對抑制非特異性結合分子的機制。 發明轉示之磁錄子錢合分子間特 異性結合與非❹性結合的結合機_示意圖。某些塗； 分子（CM)被塗佈在具有磁性向量的磁性粒子上。以二 =磁性粒子為賊說，伴隨著磁錄子_妹子具有以 前頭表不的磁化向量（magnetizati〇n veci 〇r )。磁性粒子被 介面活性層（surfactantlayer)所塗佈，使得磁性粒子能夠 分佈於液體中。鏈接（linker)如同一種分子般地塗佈於介 面活性層上。如圖1所示意，塗層分子或是鏈接以CM分 子稱之。其中鏈接可以為共價結合（covalent binding)、 才几體-抗原共軛結合（antib〇dy-antigen conjugation binding) 或是核酸雜交（nuclei-acid hybridization )等主要結合 (primary bindings)。因此，C1V[分子可以穩固地塗佈在 磁性向量的介面活性層。 此外’介面活性層具有親水性（hydrophilic )。當一 種具有特異性與非特異性結合分子（以下稱為BM分子） 的溶液（solution)與具有被CM分子所塗佈的磁性向量的 水溶液（aqueous solution)混合時，特異性BM分子與非 特異性BM分子均會與CM分子結合。然而，CM分子與 非特異性BM分子間的結合力遠弱於CM分子與特異性 BM分子間的結合力。因此，當施加一力量（以下稱為反 制力（against force))，其強度高於/低於CM分子與非 6 201000900 28140twf.doc/n 特異性/特異性圓分子_結合力強度時，便可能破壞/ 維持CM分子與非特紐/特紐腦分子的結合。所以， 便能夠有效地抑制非特異性妹人。 就產生反制力的機制而=由於磁性向量分佈於液體 中’因此可藉由施加於液體的磁場來操控磁性向量的運 動，例如藉由施加交流磁場的方式。在物理現象 f t ’磁㈣量倾外雜加的磁場交互影 響（mft) ’且雜向量押行於磁場方向。當施加交 =磁^ ’磁場的振幅（amplitude)以週期性地震盡 〇SC1 a^g亚且，磁性粒子的磁性雙極（magnetic 會被交流磁場鶴成平行。由於交流磁場的震靈， 磁^雙減轉並與交流磁場產生共振（_編）。當磁性 向里在震盟軸的平面上旋轉時，便會產生㈣⑽撕& 亦即，在這種情形下，離心力即為反制 Γ二二ί心力與旋轉磁性向量之角頻率的平方成正 精由調整施加的磁場至適當的頻率的方式，可 使反制力_度冑於CM_非特紐_ΒΜ 但比CM-特異性姻分子間之結合力低。如此一來，=能 夠產生抑制非特異性結合的結果。 為了進-步研究前述的現象，將執行以下的一 驗。磁=子可以例如是的磁性奈米粒子-、 =:磁性細奸料均直徑（_仏㈣ 料也可以例如是祕峨、喻儀似 201000900 28140twf.doc/n 的任一種。介面活性層可以例如是聚葡萄醣。 CM分子可以是如anti_mN2等多株抗體（⑽油㈤ antibody)，且其與H1N2具特異性結合和與H3ni具非特 f性結合。鏈接可以例如是一種共價結合-CH=N-的型 悲。舉例來說，鏈接可以由氧化（〇xidi )聚 生聚葡_上之乙雜（aldehydeg麵ps) 進一步地與抗體反應，以形成聚葡萄醣與抗體間的一 CH=N-鏈接。介面活性層的材料也可以是聚葡萄醣、〇蛋 白（protein G )、A蛋白、脂質體（iip0S0mes )或是有機 酸（organic acid )中任一種。 圖2為依照本發明一實施例所繪示之量測樣本之交流 磁化率的系統的示意圖。如圖2所示，用以旋轉磁性奈米 粒子的激發磁場（excitation magnetic fldds )，由電源供靡 器所驅動的激發線圈（excitationc〇ils)來產生。電源供^ 器606能夠提供不同頻率的交流電源給激發線圈6〇4。因 此，例如為電磁線圈（solen〇idc〇il)的激發線圈6〇4能夠 產生不同頻率的激發磁場。而交流磁場在激發線圈6〇4的 中心軸處產生。如前所述的，在較高頻率的激發磁場下， 離心力（亦即反制力）會變強。所以，藉由調整激發線圈 604的驅動電流的頻率，就能夠操控反制力的大小。 旋轉磁性奈米粒子的交流磁性訊號（ac magnetic signalX以下稱為交流磁化率κ)由拾取線圈（咖_耶c〇u) 602所感測’且㈣譜分析器㈣來分析。拾取線圈· 可以例如由包含兩組以相反方向纏繞的電磁線圈，以消除 201000900 28140twf.doc/n 施加的交流磁場對％aC的作用（contributions)。樣本600 例如為承放液體的容器，置放於拾取線圈602之兩電磁線 圈其中之一的内部。 為了研究特異性結合，BM分子為H1N2。anti-HlN2 與H1N2之間的結合可以透過磁減量檢定 (magnetoreduction assay)來量測。將 anti-HlN2 生物功能 化（bio-functionalized)的 40-/zl 與 0.1-emu/g 的磁性試劑 (reagent)混合於 60-//1 與 3.2-HAU/50/Z1 的 H1N2 測試 溶液中。在anti-HlN2與H1N2之間的特異性結合形成前， 量測樣本的磁化率（以Xac，〇稱之），例如在較低的旋轉頻 率 500Hz。 、 圖3-5繪示Xac與特異性結合分子和非特異性結合分子 之關聯現象的不意圖。如圖3的實線所續'示，可找出y 凡ac 〇 為37·5。在anti-HlN2與H1N2間特異性結合形成後，栌 本的磁化率（以稱之）可找到為37.0(虛線）。如此， 可發現樣本磁化率在anti-HlN2與H1N2之間的特盈性狂 合形成後降低。如同所看到的，在免疫複合物 (immuno-complex)形成後，可以觀察到樣本磁化率的 少。 我 磁減里sfl 5虎的疋義為△XaAac o = (乂肛〇 _ 乂 ♦)/ loo%，據此可算得磁減量訊號為ι·35%。如同圖^Χ 實線所示’隨著旋轉頻率fr的增加，磁減量訊號也會 在較尚頻率下’由於磁性奈米粒子被強迫震盡下產生此 反應（resonance effect)，所以會造成特異性結合的"'、2 9 201000900 28140twf.doc/n 量訊號的增加。如實線所示的結果，在anti_HlN2與H1N2 間的特異性結合存在於較低的頻率至較高的頻率範圍。 為了測試非特異性結合’此處使用的BM分子例如為 H3N1’其中將anti-HlN2生物功能化的4〇-μΐ與 的磁性試劑混合於60-/Z1與3.2-HAU/50/Z1的H3N1測試 溶液中。在anti-HlN2與H3N1之間形成非特異性結合前， 先1測樣本磁化率（以Xae，。稱之），例如在100Hz等較低 的旋轉頻率下。如圖5所繪示，可找出％%〇為513(實線 在anti-HlN2與H3N1之間形成非特異性結合後，樣本磁 化率（以χ 稱之）可由圖5所示的虛線找到為义 ac，^5.〇5。如此一來，可推斷出樣本磁化率在與 H3N1形成非特異性結合後降低。磁減量訊號的定義 ί Δ；Γϊ!Γ(w _w)/ Xac，°x刚％，據此求得磁減量訊號 就分析圖4的資訊而言，如虛線所示，隨著旋轉頻率 j力二磁減量減會減少。從_異性結合的磁減量訊 、在較南頻率下的減少來看，可證明__ηιν2與麵夏 =特異性結合在較高的頻率下會被抑制。隨著旋轉頻率 ^到4kHz，磁減量訊號達到雜訊階段（nQise y)。 绝表不當旋轉頻率超過4kHz日夺，能夠有效地消除 咖-H1N2與H3N1之間的非特異性結合。 、 線。月中’可以分別量測不同結合分子的數條曲 ^錢不二絲示單—種_結合分子。一般 u例如，可以/刀成兩種型態的分子作為特異性結合分 10 201000900 28140twf.doc/n 子與非特異性結合分子。 時不需要的_妹結合分子合分子留存甚至增加 =的曲線後，就能約決定操作^ ^位例=在量得分 中，操作頻率準位例如可以設 =°在圖4的例子 抑制H3N1的非特異性分子， 〇kHz，此時實質上會 合分子則會日《貞騎加。 ⑼的H1N2的特異性結 值付注意的是’ ％ 的晋、、目丨 例所述的方式。限制在上述實施 而頻率準_可由量心表4際的辭準位， 约 Α曰、 Xac或其相對量所決定。換句話 竹处二ac 0、里測’、疋決定適當的頻率準位的—種工且。任 何此夠充/刀地量測Zac的機制都能夠使用。 八 ，用雖，鶴來抑制分子間的麵異性結合的應用 為對於特異性分子的免疫雜分離（immun_gnetic sepamion)。舉說’包含_分子的混合物，可從以 下的過程巾來分離_合物㈣異__奸。將要被 分離（to-be-separated)之分子的特異性結合（c〇njugate) 塗層分子塗佈在分散於紐巾_錄子。再將磁性液體 與混合物混合，接著藉由本發明之利用磁性驅動來抑制非 特異性結合的方式，讓混合物中磁性粒子與不需要之分子 的結合能夠被抑制。再利用免疫磁性分離將特異性種類的 刀子從混合物中萃取出來。如此一來，只有特異性種類的 分子從混合物中被萃取出來。 雖然本發明以貫施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本 11 201000900 28140twf.doc/n 發明之精神和範_，當可作些狀絲與賴，

明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。X 【圖式簡單說明】 圖1為依照本發明所繞示在磁性粒子與結合分子 以特異性結合與非特異性結合的結合機制的。曰用 圖2為依照本發明的一實施例所繪示之 二 磁化率的系統的示意圖。 、7 父流 圖3-5為與特異性結合分子和非特里 關聯現象的示意圖。 ' /、、'、。合分子之 【主要元件符號說明】 600 :樣本 602 :拾取線圈 604 :激發線圈 606 :電源供應器 608 :頻譜分析器 12

Claims (1)

1. 201000900 28140twi.doc/n 七、申請專利範圍： .1. 一種抑制分子間非特異性結合的方法，該方法包 括· 提供分佈於_液體中的多個磁性粒子，其中每 粒子具有一磁化量； 以塗層分子塗佈這些磁性粒子； 社人第Γ㈣結合分子與第二型態結合分子的多個 1=刀子混合物加到該液體中，其中這些塗層分子與第一 里怨結合分子以特異性地結合且與第二型態結合分子以非 特異性地結合；以及 A施加一頻率準位之交流磁場，其中該頻率準位造成抑 制第二型態結合分子與塗層分子的結合。 2·如申睛專利範圍第1項所述之抑制分子間之非特 異性結合的方法，其中該磁性粒子包括磁性核心與分別包 覆這些磁性核心的介面活性層。 3·如申請專利範圍第丨項所述之抑制分子間之非特 異性結合的方法，其中施加該交流磁場的步驟，包拉： 提供一電磁線圈； ^ 施加一交流電流至該電磁線圈；以及 置放具有該磁性粒子的液體於該電场綠圈中。 4.如申請專利範圍第丨項所述之抑制分=間么非特 異性結合的方法，其中該交流磁場的頰率準位由以下的步 13 201000900 28140twf.doc/n 測量在第 剖能社人a# 範11中交流磁場變化下的第— Pit = 交流錢量訊號，· :t弟-父、頻率範圍中交流磁場變化下的第一 型態結合分子麵異性結合 〜化下的弟- 依據隨著頻率變化的訊號；以及 流磁減量峨的量翁，“②與第二交 二型態結合分子被_。&销料位’其巾使得該第 5.如申請專利範圍第1項所述之抑制分子間之非特 :瓣====== 6.如 異性結合的綠，其巾__二錢私分子與該塗: 分子結合的機㈣該交流礙場㈣發的離心力 曰 7. 請專利範圍第4項所述之 異性結合的方法，其中該第—交流磁減思士二日 1之非特 流磁減量訊號以-磁化率感測系統量^㈣與該第二交 8.如申請專利範圍第4項所述之抑 異性結合的方法，其中量測第一交流磁战量間，非， 流磁減量訊號的步驟，包括藉由以下步驟 Kk'、第一乂 號： 崠、取磁化率的訊 提供第-部分電磁線圈與第二部分電罐線圈. 以相反纏繞方向連接該第-部分⑸線圈鱼 部分電磁線圈，以組成拾取線圈，用來鐵 弟— 以及 、'、彳父流磁化率； 14 201000900 2S140twf.doc/n 將承放該液體的容器放置於第—部 磁線圈兩者之任―個的内部。 ——Q卩分電 9·如申請專利範圍第8項所述之抑制分子間 異性結合的转，其巾第—部分電磁_與帛 、 線圈基本上相同。 77电嗞 包括：.—物分他幅⑽料統，_ 裝著分佈有多個磁性粒子之液體的一容哭， 個磁性粒子具有—磁化量且分別由塗層分子所塗佈，= 結合分子相結合，其中結合分子包含第—型熊釺人八/、 第二型態結合分子，而塗層分子與第—型態結合分^以^ 異性地結合且與第二槊態結合分子以非特異性地結合.: 及 …，以 一父流磁場源單元，在一軸上施加—頻率準位的交宁 磁場於該容器中的液體，其中此頻率準位被設定在抑制第 二型態結合分子與塗層分子的結合。 11.如申請專利範圍第10項所述之抑制分子間之非 特異性結合的糸統，其中這些磁性粒子包括磁性核心盘分 別包覆這些磁性核心的介面活性層。 12.如申請專利範圍第10項所述之抑制分子間之非 特異性結合的系統，其中該父流磁場源單元，包括： —電磁線圈；β及 一交流電流單元，用以施加一交流電流到該電磁線 15 201000900 28140twf.doc/n

   其中该容器放置於該電磁線圈的内部。 13. 如申請專利範圍第12項所述 特異性結合的系統，其中該交流磁場間之非 分析^元1以得到磁化率，包括： 更包括—頻譜 里測第父流頻率範圍中交流磁場變 態結=特，合的第-交流磁減量：弟—型 、 又机頻率範圍中交流磁場 態結㈣合㈣型 ”中μ頻率準位依據 量訊號與第二交流磁減量訊號的量測mm， 第二型態結合分子，_存第—型態結合分^。用以抑制 14. 如申請專利範圍第13項所述之抑 特異性結合的系統，其中具特異性結合二二= 子在該頻率準位時增加。 星心、·、σ δ分 二13項所述之抑制分子間之非 特異性結合的线，其巾義t#分析單元，]之非 H線圈’具有第—部分電磁線圈盥第1八+ 線圈，豆中第一部公喷2弟一邠分電磁 部分電磁線圈，用來相反纏繞方向連接至第二 交流訊號；从4麟賴因交細場關發的磁性 訊號轉換成一 16·如申請專利_第15項所述之抑制分子間 -訊號分析單元，用以將該磁性交流 測的交流磁化率。 之非 16 201000900 28140twt.doc/n 、 特異性結合的系統，其中該第一部分電磁線圖與該第二部 分電磁線圈基本上相同。 17. —種從混合物中對待異性種類的分孑進行免疫磁 性分離的方法，包括： 提供分佈於一液體中的多個磁性粒子，其中每一磁性 粒子具有一磁化量； 以塗層分子分別塗佈這些磁性粒子； 將這些塗佈塗層分子的磁性粒子加到具有數種分子 的一混合物中； 施加一頻率準位之交流磁場至該混合物，其_該頻率 準位造成抑制這些磁性粒子之塗層分子與該混合物中除了 要被分離的分子外的分子間的結合；以及 透過免疫磁性分離將要被分離的分子從該混合物中 分離。 18. 如申請專利範圍第Π項所述之從混合物中對特 異性種類的分子進行免疫磁性分離的方法，其中這些塗^ 刀子與要被偵測的刀子具特異性結合且與其他種類的分子 具非特異性結合。 17