在电极表面附近产生pH/离子浓度梯度以调节生物分子相互作用的方法技术

本发明专利技术涉及在具有检测位点的多位点阵列的生物传感器中调节(生物分子)探针或检测剂与生物学样品中感兴趣的分析物之间的结合相互作用的方法。具体地，所述方法调节所述生物传感器中电极附近的pH或离子浓度梯度。本发明专利技术的调节结合相互作用的方法提供了用于更精确地测量生物学样品中的感兴趣的分析物的生物传感器及分析方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在电极表面附近产生pH/离子浓度梯度以调节生物分子相 互作用的方法 相关申请的交叉参考 本申请要求2012年7月6日申请的美国申请系列号13/543,300的权益，通过引 用将这个申请的内容并入本文。 专利
本专利技术涉及使用生物传感器对生物分子的诊断方法及改良这种生物传感器的方 法。此外，本专利技术涉及在电极表面附近产生pH浓度梯度以调节这种生物传感器中生物分子 相互作用的方法。 专利技术背景 近年来，越来越感兴趣于预测医疗、预防医疗及特别是个体化医疗，这需要具有 更高保真度如灵敏性和特异性的诊断检测。多重测量平台（Multiplexed measurement platforms)例如目前用于研究中的蛋白质阵列属于不久的将来具有发展前途的诊断技术。 这些检测中的样品可以是人类体液如血液、血清、唾液、生物细胞、尿液，或者其它生物分 子，也可以是消费品如牛奶、婴儿食物或者水。在这个领域内，越来越需要低成本多重检测 以检测生物分子如核酸、蛋白质以及小分子。实现这种检测中的灵敏性和特异性是个有难 度的挑战。将这些检测与集成电子产品组合及使用CMOS技术已经提供了解决其中一些挑 战的方案。 在检测测定中的两个主要限制包括灵敏性和交叉反应性。这两个因素影响最小 可检测浓度并因此影响诊断误差率。这种检测中的灵敏性通常受到标记检测准确度、探 针-分析物对（例如抗体-抗原对）的缔合系数及表面上探针分子（例如探针抗体）的有 效浓度的限制（如图1所示）。生物学样品中的其它分子通过与探针分子（例如初级抗体） 结合或者通过分析物与检测位点表面的物理吸附也可影响最小可检测浓度（如图2所示）。 检测剂（例如二级抗体）也可以物理吸附于表面，导致背景信号的增加（如图2所示）。解 决交叉反应性和背景问题在新检测的开发中要花费大量时间并增加了整体检测的成本和 复杂性。测定典型地通过寻找最佳试剂和条件以及通过产生最特异性的探针分子（例如抗 体）而优化。这样导致较长的开发时间、在一些情况中的检测不可行性以及较高的生产成 本。例如，典型的ELISA测定的开发需要一些科学家工作一年以上以发现正确的抗体作为 所述测定开发的一部分。蛋白质的交叉反应性可能是这种尝试失败的根源。 提供多位点检测平台的生物传感器被认为是提供了解决上述测定开发中的一些 限制的方案。公开的美国专利申请US 2011/0091870描述了具有多个位点的这种生物传 感器，其可以进行不同的反应条件以调节生物分子分析物（例如蛋白质）与探针分子的结 合。例如，在具有四个位点的生物传感器中检测的信号也可具有几种成分，例如四种。这四 项（terms)可相应于感兴趣的生物标记的浓度、样品中与初级抗体（探针分子）位点非特 异性结合并且阻止所述生物标记结合的干扰分析物的浓度、样品中形成夹心并产生错误信 号的干扰分析物的浓度，以及最终样品中与表面物理吸附并产生错误信号的干扰分析物的 浓度。各项（term)与结合效率因子Ciij也成比例，所述结合效率因子是分子亲和性及其它 测定条件例如质量转运（mass transport)的函数。通过控制在单独每个位点的条件，不同 位点具有不同的效率因子。在每个位点的信号的精确测量导致多个方程和多个未知数，例 如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，所述方法包括：a)提供包含检测位点的多位点阵列的生物传感器，所述检测位点中与生物分子分析物相互作用的条件可以独立地变化，每个检测位点均包含在水性溶液中的支持物，所述支持物包含一或多个电极或者包含电磁铁、以及生物分子界面层，所述生物分子界面层上具有一或多个固定化探针；b)在所述水性溶液中加入电化学活性剂、酶、酶底物、缓冲抑制剂或者其组合；及c)使所述电化学活性剂、酶、酶底物或者其组合在所述水性溶液中反应，以产生H+离子或者OH‑离子，或者用缓冲抑制剂增加H+离子或OH‑离子的扩散，或者用缓冲抑制剂抑制H+离子或OH‑离子与缓冲盐之间的相互作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.06 US 13/543,3001. 一种调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，所述方法包括： a) 提供包含检测位点的多位点阵列的生物传感器，所述检测位点中与生物分子分析物 相互作用的条件可以独立地变化，每个检测位点均包含在水性溶液中的支持物，所述支持 物包含一或多个电极或者包含电磁铁、以及生物分子界面层，所述生物分子界面层上具有 一或多个固定化探针； b) 在所述水性溶液中加入电化学活性剂、酶、酶底物、缓冲抑制剂或者其组合；及 c) 使所述电化学活性剂、酶、酶底物或者其组合在所述水性溶液中反应，以产生IT离子 或者OF离子，或者用缓冲抑制剂增加H+离子或OF离子的扩散，或者用缓冲抑制剂抑制H+ 离子或OF离子与缓冲盐之间的相互作用。2. 权利要求1的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述水性溶液包含水可 混溶的有机共溶剂，选自乙腈、二甲亚砜（DMS0)、二甲基甲酰胺（DMF)、N，N-二甲基乙酰胺 (DMAc)及其混合物。3. 权利要求1或2的调节生物传感器中pH和离子浓度的方法，其中其上具有一或多个 固定化探针的生物分子界面层包含固定化聚合物层与所述探针。4. 权利要求1-3任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述生物分子 界面层包含硅烷固定化聚乙二醇（PEG)，其中至少一部分表面固定化PEG包含末端官能团， 选自N-羟基琥珀酰亚胺（NHS)酯、马来酰亚胺、炔、叠氮化物、抗生蛋白链菌素和生物素。5. 权利要求1-4任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中在步骤b)中， 将电化学活性剂加入所述水性溶液中，及在步骤c)中，所述电化学活性剂被氧化或还原。6. 权利要求1-5任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述电极电位 相对于Ag/AgCl在-IV至+1V的范围内。7. 权利要求1-6任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中加入的电化学 活性剂的浓度为InM-lOOmM。8. 权利要求1-7任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述电化学 活性剂选自盐酸多巴胺、抗坏血酸、苯酚及其衍生物、苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物及 9, 10-蒽醌及其衍生物。9. 权利要求5-8任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，进一步包括在所述 水性溶液中加入缓冲抑制剂。10. 权利要求1-4任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述生物 传感器包含在水性溶液中的支持物，所述支持物包含一或多个电极，及具有一或多个固定 化探针和一或多个固定化酶的生物分子界面层，在步骤b)中，在所述水性溶液中加入酶底 物，及在步骤c)中，所述酶底物被酶促氧化或还原。11. 权利要求10的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述固定化酶是氧化 酶、尿素酶或者脱氢酶。12. 权利要求10或11的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，进一步包括在所述 水性溶液中加入缓冲抑制剂。13. 权利要求1-4任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述支持 物包含电磁铁，及所述生物分子界面层具有一或多个固定化探针，在步骤b)中，固定化在 磁性微粒或纳米粒子上的一或多种酶在加入酶底物之前加入或者与其同时加入，在步骤c) 中，所述酶底物被酶促氧化或还原。14. 权利要求13的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中所述固定化酶是氧化 酶、尿素酶或者脱氢酶。15. 权利要求13或14的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，进一步包括在所述 水性溶液中加入缓冲抑制剂。16. 权利要求1-4任一项的调节生物传感器中pH或离子浓度的方法，其中在步骤b) 中，在所述水性溶液中加入酶，及在步骤c)中，所述酶在电极表面反应。17. 权利要求16的调节生...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·卡伍斯，R·甘加达尔安，C·约翰逊，A·N·K·劳，P·维尔马，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE