场效应晶体管传感器检测测定以及制造和使用其的系统和方法技术方案

本公开涉及用于检测样品中的目标分析物分子或颗粒、并在某些情况下确定流体样品中的分子或颗粒的浓度的度量的装置、系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】场效应晶体管传感器检测测定以及制造和使用其的系统和方法专利技术人：BharathTakulapalli相关申请本申请要求2017年11月28日提交美国申请序列号62/591,209的权益，其名为“制造和使用酶联的场效应晶体管传感器来进行经扩增的生物标志物检测的测定方法”，其内容通过引用整体纳入本文。
本公开一般涉及用于检测流体样品中的目标分析物分子或颗粒、并在某些情况下确定流体样品中的分子或颗粒的浓度的度量的系统和方法。
技术介绍
能够快速且精确检测并在特定情况下定量样品中的目标分析物分子或颗粒的方法和系统对各种应用而言是理想的。这样的系统和/或方法可用于许多领域，如学术和工业研究、环境评估、食品安全、医疗诊断、化学、生物和/或放射战剂的检测。这种技术的期望特征可以包括特异性、速度和灵敏度。用于定量样品中低水平的分析物分子的当前大多数技术使用扩增程序来增加报告分子的数量，以能够提供可测量的信号。例如，此类过程包括用于在基于抗体的测定中扩增信号的酶联免疫吸附测定(ELISA)、以及用于在基于DNA的测定中扩增靶DNA链的聚合酶链式反应(PCR)。称为免疫PCR的一种更灵敏但间接的蛋白质靶标扩增技术(参见Sano，T.；Smith，C.L.；Cantor，C.R.Science1992，258，120-122)利用了寡核苷酸标记，其随后可使用PCR对其进行扩增，并使用DNA杂交法对其进行检测(参见Nam，J.M.；Thaxton，C.S.；Mirkin，C.A.Science2003；301，1884-1886；Niemeyer，C.M.；Adler，M.；Pignataro，B.；Lenhert，S.；Gao，S.；Chi，L.F.；Fuchs,H.；Blohm，D.NucleicAcidsResearch1999，27，4553-4561；以及Zhou，H.；Fisher，R.J.；Papas，T.S.NucleicAcidsResearch1993，21，6038-6039)。免疫PCR方法可进行超低水平的蛋白质检测，但这是一个复杂的测定过程，并且容易产生假阳性信号(参见Niemeyer,C.M.；Adler,M.；Wacker,R.TrendsinBiotechnology2005,23,208-216)。用于精确检测和任选地定量低浓度溶液中特定分析物的典型已知方法和/或系统的一个缺点是它们基于许多分析物分子产生测量信号的整体响应。大多数检测方案要求在整体中同时存在大量分子，以使聚集物信号(aggregatesignal)高于检测限。该缺点限制了大多数检测技术的灵敏度和/或动态范围(即，可检测的浓度范围)。许多已知的方法和技术还受到非特异性结合问题的困扰，非特异性结合的问题是待检测的分析物分子/颗粒或报道分子非特异性地与预期位点以外的位点结合。这可能导致背景信号增加，因此限制了可以精确或可重复检测的最低浓度。因此，希望用于检测和任选地定量分析物分子或颗粒的改进方法，尤其在其中这样的分子或颗粒以非常低的浓度存在于样品中。
技术实现思路
提供本概述是为了以简化形式介绍一些概念。在以下的示例性实施方式的详细描述中进一步详细描述了这些概念。本概述并不旨在必然地标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。如下面更详细地阐述的，本公开涉及用于检测流体样品中的(例如，目标)分析物分子或颗粒、并在某些情况下确定流体样品中的分子或颗粒的浓度的度量的系统和方法。可以通过例如定量传感器响应来确定流体样品中分子或颗粒的浓度的度量。根据本公开的至少一个实施方式，用于检测目标分析物的装置包括：传感器装置，其包含暴露于环境的表面；捕获剂，其位于表面上或表面附近，捕获剂配置为选择性结合目标分析物；任选地，初级结合剂，其与目标分析物结合；报告酶偶联物，其与初级结合剂或目标分析物结合；以及酶底物，其在报告酶的存在下进行生物化学反应以产生酶反应产物。如下面更详细地阐述的，所述传感器装置能够通过检测由于酶反应产物的产生导致的环境的电性质(例如，电荷和/或电位)或环境的磁性质或传感器表面的电性质或表面的机械性质的改变来产生信号。所述传感器装置可以是或可以包括例如场效应晶体管(FET)传感器或完全耗尽的指数耦合(FDEC)FET传感器。所述目标分析物可包括例如测试介质中的分子或生物标志物或离子物质或细胞或颗粒。根据示例性的方面，所述捕获剂被固定于表面上或表面附近。根据其他实施例，所述酶反应产物包括离子。所述酶反应产物可直接与表面结合。所述酶反应产物可直接与传感器表面结合或者与传感器参比电极结合或者与传感器对电极结合或与传感器附近的活性表面结合(结合可以改变传感器的响应)。所述传感器装置能够以阵列形式存在，其包括多个传感器装置和固定在每个传感器装置上或附近的独特的捕获剂。附加或替代性地，所述传感器装置能够以阵列形式存在，其包括多个传感器装置和固定在阵列中的多个传感器装置上或附近的独特的捕获剂。所述传感器装置能够以阵列形式存在，其包括多个传感器装置以检测多个目标分析物。根据示例性的方面，所述酶反应产物还能够使用荧光或发光或其他光学检测方法来检测。传感器装置由于酶反应产物而产生信号，此外还能够任选使用光学检测方法进行检测。根据本公开的至少一个其他实施方式，用于检测目标分析物的装置包括：传感器基材，其包括传感器装置；互补基材，其包括与目标分析物选择性结合的捕获剂；任选地，初级结合剂，其与目标分析物结合；报告酶偶联物，其与初级结合剂或目标分析物结合；以及酶底物，其在报告酶的存在下进行生物化学反应以产生酶反应产物。所述传感器装置可通过检测由于酶反应产物的产生而导致的环境的电性质或环境的磁性质或传感器表面的电性质或表面的机械性质的改变来产生信号。互补基材可包括捕获剂的阵列。所述传感器基材包括传感器装置的阵列。此外，包括传感器装置阵列的传感器基材可以与包括捕获剂的匹配阵列的互补基材对准/叠置、靠近或接触，以形成微流体通道，用以在传感器基材和互补基材之间形成流体流动。所述传感器基材和互补基材可具有柱或孔或图案或微流体通道或其他物理特征。该流动可以引发报告酶反应，从而产生酶反应产物。所述互补基材可包括多种捕获剂、和固定于多个点的每个点的独特的捕获剂。附加或替代性地，所述互补基材可包括使用抗表位结合剂固定在表面上的表位标签融合蛋白，其中融合蛋白可以以阵列形式原位表达。固定于互补基材上的蛋白质可以是野生型蛋白、蛋白质突变、翻译后修饰的蛋白质、异常蛋白质、肽、多肽、变性蛋白质、同种型。可以使用诸如NAPPA(核酸可编程蛋白质阵列)或分离的蛋白质捕获(IPC或对位捕获或NAPPA版本的覆盖捕获)之类的方法或其他原位或非原位蛋白质生产方法来生产和固定原位蛋白质阵列。根据本公开的至少其他实施方式，一种用于检测目标分析物的方法包括：提供传感器装置，其包括表面；提供捕获剂，其位于表面或在表面附近；将表面暴露于包括目标分析物的环境；任选地提供初级结合剂，其与目标分析物结合；提供报告酶偶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测目标分析物的装置，该装置包含：/n传感器装置，其包含暴露于环境的表面；/n捕获剂，其位于表面上或表面附近，捕获剂配置为选择性结合目标分析物；/n任选地，初级结合剂，其与目标分析物结合；/n报告酶，其与初级结合剂或目标分析物结合；以及/n酶底物，其在报告酶的存在下进行生物化学反应以产生酶反应产物，/n其中传感器装置通过检测由于酶反应产物的产生而导致的环境电性质或表面机械性质的改变来产生信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测目标分析物的装置，该装置包含：
传感器装置，其包含暴露于环境的表面；
捕获剂，其位于表面上或表面附近，捕获剂配置为选择性结合目标分析物；
任选地，初级结合剂，其与目标分析物结合；
报告酶，其与初级结合剂或目标分析物结合；以及
酶底物，其在报告酶的存在下进行生物化学反应以产生酶反应产物，
其中传感器装置通过检测由于酶反应产物的产生而导致的环境电性质或表面机械性质的改变来产生信号。


2.如权利要求1所述的装置，其中所述捕获剂固定于表面上或表面附近。


3.如权利要求1所述的装置，其中所述目标分析物包括测试介质中的分子或生物标志物或离子物质。


4.如权利要求1所述的装置，其中所述酶反应产物包含离子。


5.如权利要求1所述的装置，其中所述酶反应产物与表面结合。


6.如权利要求1所述的装置，其中所述电性质包括一种或多种电荷和电位。


7.如权利要求1所述的装置，其中所述传感器装置包括场效应晶体管(FET)传感器或完全耗尽的指数耦合(FDEC)FET传感器。


8.如权利要求1所述的装置，其中所述传感器装置以阵列形式存在，其包括多个传感器装置和固定在每个传感器装置上或附近的独特的捕获剂。


9.如权利要求1所述的装置，其中所述传感器装置以阵列形式存在，其包括多个传感器装置和固定在阵列中的多个传感器装置上或附近的独特的捕获剂。


10.一种用于检测目标分析物的装置，该装置包含：
传感器基材，其包括传感器装置；
互补基材，其包括与目标分析物选择性结合的捕获剂；
任选地，初级结合剂，其与目标分析物结合；
报告酶，其与初级结合剂或目标分析物结合；以及
酶底物，其在报告酶的存在下进行生物化学反应以产生酶反应产物，
其中传感器装置通过检测由于酶反应产物的产生而导致的环境电性质或表面机械性质的改变来产生信号。


11.如权利要求10所述的装置，其中所述互补基材包括捕获剂的阵列。


12.如权利要求10所述的装置，其中所述传感器基材包括传感器装置的阵列。


13.如权利要求10所述的装置，其中，包括传感器装置阵列的传感器基材与包括捕获剂的匹配阵列的互补基材对准、叠置，以形成微流体通道，用以在传感器基材和互补基材之间形成流体流动。


14.如权利要求13所述的装置，其中所述流动引发报告酶反应，从而产生酶反应产物。


15.如权利要求10所述的装置，其中所述互补基材包括多种捕获剂、和固定于多个点的每个点的独特的捕获剂。


16.如权利要求10所述的装置，其中所述互补基材包括使用抗表位抗体固定在表面上的表位标签融合蛋...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴拉什·塔库拉帕里，
申请(专利权)人：伊纳诺生物股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US