电化学分析物检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电化学分析物检测装置和方法。一种用于样品中分析物的电化学检测的方法和装置利用了结合相互作用并依靠这种发现，当含有氧化还原酶的试剂被固定在一个电极的表面时发生的、在两个电极之间的氧化还原酶的不对称分布可以作为来自氧化的或还原的氧化还原底物的分布的不对称性的化学势梯度来检测。这种化学势梯度可以通过观察开路中电极之间的电势差来电势测定地检测，或通过观察当电路闭合时电极之间的电流来电流测定地检测。在两种情况下，不对称性的观察可以在不对电极施加外部电势或电流的情况下进行。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国际申请日为2008年7月24日的国际申请PCT/US2008/071073进入中国、申请号为200880108191.6的题为“电化学分析物检测装置和方法”的专利技术专利申请的分案申请。本申请要求2007年7月26日提交的美国临时申请NO.60/952,099的权益，为了所有的目的将该申请通过引用合并在此。
和
技术介绍
本申请涉及用于样品中分析物的电化学检测的装置和方法。本专利技术利用了分析物和装置中所提供的至少一种试剂之间的特异性结合关系作为检测所述分析物的手段。分析物与试剂之间的特异性结合构成分析基础的分析方法是已知的。例如，在酶联免疫分析(EIA或ELISA)操作中，当分析物存在时，通过分析物与抗体成分的相互作用，在固定的抗体和移动的酶-抗体试剂之间形成夹心物。这引起了酶的固定化。因而固定化酶的随后的检出是测试溶液中存在分析物的指示。(参见美国专利No.3,654,090，4,169,012和4,642,285)。类似的夹心分析在层析免疫分析中使用，其中移动试剂上的有色的标签(例如，有色的乳胶珠子)被诱捕到规定位置处的底物上，来产生指示样品中分析物的存在的图案。(参见美国专利NO.4,943,522、5,656,503、5,712,172和5,766,961)。取决于分析物和试剂之间的特异性结合的分析方法也可以采用竞争性分析的形式，其中包含标记的试剂的复合物的形成在存在分析物时以分析物浓度依赖性的方式被抑制(参见，美国专利NO.4,868,131、5,981,298和5,989,921)，或采用置换分析的形式，其中包含标记的试剂的预先存在的复合物在存在分析物时以分析物浓度依赖性的方式被破坏。(参见美国专利NO.4,746,631和6,020,209)。分析物的检测取决于电化学测量的免疫分析也是已知的。美国专利No.5,149,630公开了一种分析，其中与底物反应相关的、酶底物和电极之间电子转移的程度被复合物的形成、或被任何配体复合物相对于未结合的酶标记的成分的置换所扰乱。这种测定在存在施加的电势的情况下进行。在美国专利NO.5,198,367、5,427,912中公开的分析设备中，施加的电势还用于测量电流，美国专利No.5,494,831公开了电流的应用和测量产生结合的阻抗改变。
技术实现思路
本专利技术提供了利用结合相互作用用于样品中分析物的电化学检测的新的方法和装置。本专利技术依靠这样的发现，当含有氧化还原酶的试剂被固定在一个电极的表面时所发生的、在两个电极之间氧化还原酶的不对称分布可以作为化学势梯度来检测，所述化学势梯度来自被氧化或还原的氧化还原底物的分布方面的不对称性。这种化学势梯度可以通过观察开路中电极之间的电势差来电势测定地检测，或通过观察当电路闭合时电极之间的电流来电流测定地检测。在两种情况下，不对称性的观察可以在不对电极施加外部电势或电流的情况下进行。在本专利技术的第一个实施方式中，使用了夹心式分析。在这个实施方式中，要测试分析物的样品在存在移动的测试试剂的情况下被导入测试槽。测试槽包含第一和第二电极。第一电极在其表面固定了固定的测试试剂。移动的测试试剂包含分析物结合部分和氧化还原酶部分，固定的测试试剂包含分析物结合部分。如果分析物存在于测试槽中的样品中，至少部分所述移动的测试试剂变为固定在所述第一电极上，从而当分析物存在时在所述第一和第二电极之间产生氧化还原酶浓度方面的不对称性。还提供了测试槽中氧化还原酶的氧化还原底物。氧化还原底物被所述氧化还原酶作用(氧化或还原)。如果在所述第一和第二电极之间的氧化还原酶浓度方面存在不对称性(即，当分析物存在于样品中时)，这导致所述第一和第二电极之间的化学势梯度。检测这种化学势梯度来测定样品中的分析物。在这个实施方式中，不对称性和产生的势梯度越大，样品中分析物的数量越大。在本专利技术的第二实施方式中，使用了竞争或置换型的分析。在这种分析中，氧化还原酶连接到可以结合共同的固定的测试试剂的分析物或分析物的类似物。任选地，提供已经通过固定的测试试剂结合到电极的氧化还原酶。当添加样品时，所述样品中存在的分析物将与氧化还原酶竞争固定的测试试剂所提供的结合位点，引起不对称性的量的降低，如果所有结合位点被氧化还原酶占据这将发生。附图说明附图1A和B显示了当氧化还原酶分布不对称(附图1A)或对称(附图1B)时，在两个电极之间还原的介质分布的示意图。附图2A和B说明了利用电流计测定两个电极处不对称的酶分布。附图3显示了在本专利技术中有用的的夹心分析形式。附图4和5显示了在本专利技术中有用的竞争/置换分析形式。附图6A-C显示了具有相面对的电极的测试槽的构建。附图7A-C显示了并排电极结构的实例。附图8显示了根据本专利技术的计量器的外视图。附图9显示了在本专利技术的计量器中可用的电路。附图10：在两个电极处酶活性比例对电势测定信号的影响，显示了在开路中两个电极之间酶分布不对称性的不同水平下作为时间的函数的电势差。附图11：在两个电极处酶活性比例对电流测定信号的影响，显示了在短路中两个电极之间酶分布不对称性的不同水平下作为时间的函数的电流。附图12：峰电势差与电极酶活性的比例相关，显示了峰电势差与电极酶活性比例的相关性。附图13：峰电流与电极酶活性的比例相关，显示了峰电流与电极酶活性比例的相关性。附图14显示了x轴上已知的总酶Et和y轴上测量的I300的示意性的标绘图。附图15显示了x轴上已知的Et和y轴上测量的I0的示意性的标绘图。附图16显示了log(R)如何影响I0对比Et的斜率的标绘图，其用于得出参数a和b。附图17显示了log(R)影响I0对比Et的截距的标绘图，其用于得出参数参数c和d。附图18显示了如根据本专利技术测定的，酶的实际数量与酶的估计数量之间的相关性。具体实施方式I.定义如在本申请的说明书和权利要求中使用的，应当采用以下定义：(a)“分析物”是指可能在样品中存在的感兴趣的材料。在本专利技术中可检测的分析物是可在特异性结合相互作用中与至少一种其他试剂缔合的那些，它们可以参与此处描述的夹心、竞争或置换分析结构。分析物的实例包括抗原或半抗原，例如肽(例如激素)、蛋白质(例如酶)、药物、杀虫剂、微生物、抗体和可以与互补序列参与序列特异性杂文反应的核酸。(b)“分析物特异性酶成分”或试剂是指包含分析物结合部分和氧化还原酶部分两者的试剂。分析物特异性酶成分被适当地用作移动试剂。(c)“分析物的测定”是指用于评估样品的定性的、半定量的和定量的过程。在定性评估中，结果表明分析物是否在样品中检出。在半定量的评估中，结果表明是否存在超过某一预定阈值的分析物。在定量评估中结果是存在的分析物的数量的数字性指示。(d)木语“氧化还原酶”是指氧化或还原底物的酶。这样的酶一般可以称为氧化酶、过氧化物酶、还原酶或脱氢酶。例如葡萄糖氧化酶和各种过氧化物酶的酶通常在分析设备中使用，因而稳定形式的这些酶的制备是公知的。(e)术语“氧化还原底物”是指与氧化还原酶相互作用来生产化学势梯度的化合物或化合物的组合。在某些情况下，酶底物可以直接产生足够创造化学势梯度的氧化还原活性物种。在其它情况中，二级化合物可能是需要的。例如，对葡萄糖氧化酶来说，与葡萄糖的相互作用产生葡糖酸内酯和还原的酶，当还原的酶被介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立于第二电极上存在的酶的数量测定一个电极上存在的酶的数量的方法，包括步骤：(a)向测试槽中导入样品，所述测试槽包含第一和第二电极、包含氧化还原酶部分的移动的测试试剂、和与所述移动的测试试剂和/或所述分析物相互作用的试剂，从而所述移动的测试试剂在分析物存在于样品中时具有相对于所述电极的第一分布、在分析物不存在于样品中时具有相对于所述电极的第二分布，所述第一和第二分布之一对于所述电极之间的线是不对称的，所述第一和第二分布的另一个对于所述电极之间的线是对称的或较低不对称的，(b)在所述测试槽中提供所述氧化还原酶的氧化还原底物，所述氧化还原底物被所述氧化还原酶作用来产生第一和第二电极之间的化学势梯度，其中所述化学势梯度的的量值被所述移动的测试试剂的分布和因而分析物的存在决定，(c)检测所述第一和第二电极之间的化学势梯度I0来测定在两个电极上存在的酶活性比例，其中所述化学势梯度的形成和检测在不应用外部电势或电流的情况下进行，(d)在所述第一和第二电极之间施加电势并测量所得电流I300，和(e)计算在一个电极上存在的酶的数量E1。

【技术特征摘要】
2007.07.26 US 60/9520991.一种独立于第二电极上存在的酶的数量测定一个电极上存在的酶的数量的方法，包括步骤：(a)向测试槽中导入样品，所述测试槽包含第一和第二电极、包含氧化还原酶部分的移动的测试试剂、和与所述移动的测试试剂和/或所述分析物相互作用的试剂，从而所述移动的测试试剂在分析物存在于样品中时具有相对于所述电极的第一分布、在分析物不存在于样品中时具有相对于所述电极的第二分布，所述第一和第二分布之一对于所述电极之间的线是不对称的，所述第一和第二分布的另一个对于所述电极之间的线是对称的或较低不对称的，(b)在所述测试槽中提供所述氧化还原酶的氧化还原底物，所述氧化还原底物被所述氧化还原酶作用来产生第一和第二电极之间的化学势梯度，其中所述化学势梯度的的量值被所述移动的测试试剂的分布和因而分析物的存在决定，(c)检测所述第一和第二电极之间的化学势梯度I0来测定在两个电极上存在的酶活性比例，其中所述化学势梯度的形成和检测在不应用外部电势或电流的情况下进行，(d)在所述第一和第二电极之间施加电势并测量所得电流I300，和(e)计算在一个电极上存在的酶的数量E1。2.权利要求1的方法，其中所述测试槽包含在所述第一电极的表面上设置的固定的测试试剂作为与所述分析物相互作用的试剂之一，所述固定的测试试剂包含分析物结合部分，并且所述移动的测试试剂包含分析物结合部分和所述氧化还原酶部分，由此如果分析物存...

【专利技术属性】
技术研发人员：I哈丁，S尹加，R威廉斯，
申请(专利权)人：埃葛梅崔克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US