等离子体特异性结合配偶体测定中的信号放大制造技术

本发明专利技术涉及分析物检测装置和使用此类装置检测样品中的极少量目标分析物的方法。具体地，本发明专利技术提供一种分析物检测装置，其包括缀合至分析物结合配偶体的多个复合金属纳米结构和含有其上固定有多个捕获分子的金属纳米层的表面。还描述了制备复合纳米结构的方法。

Signal amplification in plasma specific binding ligand determination

The present invention relates to an analyte detection device and a method of detecting a very small amount of target analyte in a sample using such a device. Specifically, the invention provides an analyte detection device, comprising a conjugated to analyte binding multiple composite metal nanostructures and its partners are fixed on the surface of metal containing nano layers of a plurality of capture molecules of the. Methods for preparing composite nanostructures are also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年8月13日提交的美国临时申请号62/037,071和2014年11月20日提交的美国临时申请号62/082,468的优先权，所述申请各自以引用的方式整体并入本文中。
本专利技术涉及检测样品中的目标分析物的系统和方法。具体地，本专利技术提供基于局部等离子体共振的分析物检测系统，其能够检测样品中的极少量目标分析物。专利技术背景当前免疫测定和生物分子结合测定通常需要多个步骤和复杂设备来执行测定。在执行此类非均相测定中所涉及的灵敏度的缺乏和复杂性由将标记的特异性结合配偶体与未标记的特异性结合配偶体分离的特定需要所引起。已经尝试开发基于贵金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振(LSPR)性质的测定(Tokel等，ChemRev.，第114卷：5728–5752，2014)。LSPR为通过入射光诱导的纳米大小结构中的电子的集体振荡。金属纳米颗粒对于其最近处的折射系数变化具有强电磁反应，因此纳米颗粒的共振频率的偏移可作为结合至纳米颗粒表面的分子的指示来测量。虽然金属纳米颗粒，尤其是金纳米颗粒，在诊断测定中用于检测结合事件，此类测定总体上受到低灵敏度的影响并且不能用于定量地监测连续结合事件的动力学。因此，需要在提供增加的灵敏度的同时使用均相格式的改进测定方法。利用标准实验室技术诸如光谱学的测定将亦为合乎需要的。
技术实现思路
本专利技术部分地基于以下发现：复合金属纳米结构可增强通过分子结合至金属纳米层表面所诱导的光学信号。所观察到的放大极大地增加了检测特异性生物分子结合事件的灵敏度，以使得可检测亚皮克数量的生物分子。因此，本专利技术提供分析物检测装置和使用此类装置来检测样品中的极少量目标分析物的方法。在一个实施方案中，分析物检测装置包括多个检测缀合物、含有金属纳米层的表面和多个捕获分子，其中所述捕获分子固定于所述金属纳米层上并且能够特异性结合至目标分析物。在分析物检测装置以夹心测定格式来配置的实施方案中，检测缀合物包含偶合至能够特异性结合至目标分析物的结合配偶体的复合金属纳米结构。在分析物检测装置以直接竞争测定格式来配置的实施方案中，检测缀合物包含偶合至目标分析物的复合金属纳米结构。检测缀合物中的复合金属纳米结构总体上包含至少两种贵金属、过渡金属、碱金属、镧系元素或其组合。在一些实施方案中，复合金属纳米结构包含至少两种选自金、银、铜、铂、钯、镉、铁、镍以及锌的金属。在某些实施方案中，每种复合金属纳米结构包括第一金属的核心和第二金属的涂层。在一些实施方案中，核心可为镀金的银或铜。在其他实施方案中，第一金属的核心可在涂布之后溶解以使得产生由第二涂层金属组成的空心结构。沉积于表面上的金属纳米层可为金属薄膜或由固定于表面上的多个金属纳米结构组成。金属纳米层也可由贵金属或过渡金属组成。在一些实施方案中，金属纳米层包含金、银、铜、铂、钯、镉、锌或其复合物。在一个实施方案中，金属纳米层包含金。在另一个实施方案中，金属纳米层包含银。仍在另一个实施方案中，金属纳米层包含用金纳米层覆盖的银纳米层。本专利技术还提供使用本文所述的分析物检测装置来检测样品中的目标分析物的方法。在一个实施方案中，所述方法包括将样品与多种检测缀合物混合、将混合物与含有其上固定有多个捕获分子的金属纳米层的表面接触、将表面暴露于紫外光-可见光-红外光光谱内的波长范围下的光源；以及测量来自表面的光学信号，其中所述光学信号的变化指示样品中的目标分析物的存在。在某些实施方案中，本专利技术的方法能够检测样品中的毫微微克至纳克数量的目标分析物。本专利技术包括测定复合物，其包含：含有偶合至结合配偶体的复合金属纳米结构的检测缀合物；目标分析物；以及其上固定有捕获分子的金属纳米层涂布珠粒，其中检测缀合物中的结合配偶体结合至目标分析物上的第一表位并且捕获分子结合至目标分析物上的第二表位，从而形成包含检测缀合物、目标分析物和捕获分子的复合物。在一些实施方案中，复合金属纳米结构为镀金的银纳米结构或镀金的铜纳米结构并且涂布在珠粒上的金属纳米层包含金。在另一方面，本专利技术提供一种用于制备用于本文描述的检测装置和方法的复合金属纳米结构的方法。在一个实施方案中，所述方法包括制备包含聚合物与氯金酸的混合物的第一溶液、制备包含银或铜纳米结构的第二溶液以及将第一溶液与第二溶液孵育一段时间，其中所得混合物包含镀金的银纳米结构或镀金的铜纳米结构。在某些实施方案中，将还原剂诸如抗坏血酸添加至反应混合物以增加所产生的纳米结构的数量。在一个实施方案中，第一溶液中的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮。在另一个实施方案中，第一溶液中的聚合物为聚乙烯醇。附图简述图1.牛血清白蛋白(BSA)偶合金纳米层传感器(通道1)和人IgG偶合金纳米层传感器(通道2-4)的峰波长的移位相对于采集时间的图。箭头指示未标记蛋白质A、1mMHCl或用胶体金(CGC)标记的蛋白质A的注射顺序和浓度。图2.抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的峰波长的移位相对于采集时间的图。箭头指示0至100ng/ml浓度的不同通道中的CRP(CRP负荷)、1μg/ml未标记抗-CRPC6抗体或3μg/ml用胶体金标记的抗-CRPC6抗体(C6-CGC)的注射顺序。当传感器表面以未标记抗-CRPC6抗体占据时，未观察到进一步C6-CGC结合。图3.抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的峰波长的移位相对于采集时间的图。箭头指示0至100ng/ml浓度的不同通道中的CRP(CRP负荷)、1μg/ml用胶体金标记的抗-CRPC6抗体(C6-CGC)、3μg/mlC6-CGC、或1mMHCl(酸)的注射顺序。图4A.以图3中的不同C6-CGC浓度的10ng/mlCRP负载的抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的反射光谱。图4B.在引入用胶体金标记的3μg/ml抗-CRPC6抗体(C6-CGC)之后，使用三个浓度之一的CRP孵育的抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的峰波长的移位相对于采集时间的图。右侧的表描绘在引入C6-CGC之后700秒的峰分析。图5.抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的峰波长的移位相对于采集时间的图。箭头指示0至100ng/ml浓度的不同通道中的CRP(CRP负荷，其具有最小化的孵育时间)、3μg/ml用胶体金标记的抗-CRPC6抗体(C6-CGC)或1mMHCl(酸)的注射顺序。图6.在即时引入3μg/ml用胶体金标记的抗-CRPC6抗体(C6-CGC)之后，图5中的痕量的峰波长的移位相对于采集时间的图。右侧的表描绘与通过CRP孵育获得的峰移位(值展示于图4B中)相比，在引入C6-CGC之后700秒的峰分析。图7.使用三个浓度之一的CRP和缀合至镀金的银纳米结构的C6抗-CRP抗体孵育的抗-CRPC7抗体偶合金纳米层传感器的峰波长的移位相对于采集时间的图。对照为具有固定的牛血清白蛋白(BSA)代替C7抗体的金纳米层传感器。专利技术详述本专利技术部分地基于以下发现：基于LSPR的测定中的显著放大可通过以复合金属纳米结构标记的结合配偶体来达成。因此，本专利技术提供包括以下的分析物检测装置：LSPR表面(例如含有金属纳米层的表面)、固定至金属纳米层的多个捕获分子以及包含偶合至生物分子的复合金属纳米结构的多个检测缀合物。分析物检测装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析物检测装置，其包括：多个检测缀合物，其中所述缀合物包含偶合至能够特异性结合至目标分析物的结合配偶体的复合金属纳米结构；含有金属纳米层的表面；以及多个捕获分子，其中所述捕获分子固定于所述金属纳米层上并且能够特异性结合至所述目标分析物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.13 US 62/037,071;2014.11.20 US 62/082,4681.一种分析物检测装置，其包括：多个检测缀合物，其中所述缀合物包含偶合至能够特异性结合至目标分析物的结合配偶体的复合金属纳米结构；含有金属纳米层的表面；以及多个捕获分子，其中所述捕获分子固定于所述金属纳米层上并且能够特异性结合至所述目标分析物。2.一种分析物检测装置，其包括：多个检测缀合物，其中所述缀合物包含偶合至目标分析物的复合金属纳米结构；含有金属纳米层的表面；以及多个捕获分子，其中所述捕获分子固定于所述金属纳米层上并且能够特异性结合至所述目标分析物。3.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述复合金属纳米结构包含至少两种选自金、银、铜、铂、钯、镉、铁、镍以及锌的金属。4.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中每种所述复合金属纳米结构包含第一金属的核心和第二金属的涂层。5.如权利要求4所述的分析物检测装置，其中每种所述复合金属纳米结构包含镀金层和银核心。6.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中每种所述复合金属纳米结构为第一金属与第二金属的合金。7.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述复合金属纳米结构为球状纳米颗粒并且具有约5nm至约200nm的直径。8.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述复合金属纳米结构为球状纳米颗粒并且具有约10nm至约100nm的直径。9.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述复合金属纳米结构为具有约10nm至约800nm的边缘长度和约1nm至约100nm厚度的纳米片。10.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述多个检测缀合物呈冻干球团或珠粒形式。11.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述表面为芯片、孔、珠粒或试管的壁、盖子和/或底部。12.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述金属纳米层为金属薄膜。13.如权利要求12所述的分析物检测装置，其中所述金属薄膜包含金、银、铜、铂、钯、镉、锌或其复合物。14.如权利要求12所述的分析物检测装置，其中所述金属薄膜包含金。15.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述金属纳米层包含固定于所述表面上的多个金属纳米结构。16.如权利要求15所述的分析物检测装置，其中所述多个金属纳米结构包含金、银、铜、铂、钯、镉、锌或其复合物。17.如权利要求15所述的分析物检测装置，其中所述多个金属纳米结构为金纳米结构。18.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述复合纳米结构具有选自以下的几何结构：球状纳米颗粒、锥体纳米颗粒、六边形纳米颗粒、纳米壳、纳米管、纳米棒、纳米点、纳米岛、纳米线或其组合。19.如权利要求1所述的分析物检测装置，其中所述结合配偶体和/或捕获分子为抗体、抗原、多肽、多核苷酸、核蛋白、适体、配体、受体或半抗原。20.如权利要求1所述的分析物检测装置，其中所述结合配偶体为识别目标分析物的第一表位的抗体并且所述捕获分子为识别目标分析物的第二表位的不同抗体。21.如权利要求2所述的分析物检测装置，其中所述捕获分子为抗体、抗原、多肽、多核苷酸、核蛋白、适体、配体、受体或半抗原。22.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述目标分析物为与传染病、生理状态或病理病状相关的标记或抗原。23.如权利要求1或2所述的分析物检测装置，其中所述目标分析物为犬心丝虫、猫白血病病毒、犬细小病毒、C-反应蛋白、梨形鞭毛虫、埃立克体属抗原或抗体、疏螺旋体属抗原或抗体、无形体属抗原或抗体、癌症抗原、心脏标记抗原、促甲状腺激素、甲状腺素、肌钙蛋白或脑钠肽。24.一种检测样品中的目标分析物的方法，其包括：将所述样品与多个检测缀合物混合，其中所述缀合物包含偶合至结合配偶体的复合金属纳米结构，所述结合配偶体能够特异性结合至存在于所述样品中的所述目标分析物以形成分析物-检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·梅拉，V·蒋，K·P·阿伦，A·克雷尔，
申请(专利权)人：爱贝斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US