电化学传感器阵列及方法技术

本发明专利技术涉及检测和定量分析蛋白质或核酸的方法，特别是涉及使用低密度集成的电化学传感器集成梳阵列，定量检测多种蛋白质或核酸靶及其分子间反应的方法和装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及检测和定量分析蛋白质或核酸的方法，特别是涉及使用低密度集成的电化学传感器阵列，定量检测多种蛋白质或核酸靶及其分子间反应的方法和装置。
技术介绍
建立在计算机软件开发和精密仪器设计基础上的高通量、高集成检测方法和试剂，大大提高了检测的效率，为高样本量生物学样品的体外诊断和大批量药物的快速筛选提供了条件。然而，就生物学活性蛋白质而言，由于各种待检蛋白质样品的包被条件(如缓冲系统、pH、封闭系统、预处理条件等)互不相同，以及可能存在的样品间交叉反应等问题，所以很难在同一基质上实现高密度检测。另外，在高通量检测中，目前使用的检测方法大多是基于光学检测的。如众所周知，由于光学检测信号发生元件相对单纯，所以难以实现准确的高通量定量检测。虽然高通量生物芯片的优势是显而易见的，但因其使用成本高，技术难度大一直是阻碍它在生物学检测和临床诊断领域里的广泛应用。为了适应常规生物学检测和临床诊断的需要，虽然目前也已发展了可同时几个到十几个指标的低密度芯片(阵列)，但目前这些低密度生物芯片在方法学上基本上也都是采用光学检测。尽管光学检测对判定反应的是否发生(定性)是有效的，但却无法满足定量检测的要求。近年来，电化学生物传感器在一些方面得到很好的应用，例如在血糖检测中应用。由于电流信号的检测具有实时、快速和高灵敏度等优点，因此相应的检测试剂和传感器也不断地涌现。相类似的应用包括电化学传感器法检测免疫复合物，以及采用金属离子标记的抗体检测相应的抗原或抗体等(参见美国专利6346387、6485981、6713308等)。然而，这些现有技术基本上都是采用单一传感器检测，所得到的结果也是相对单一和孤立的。作为诊断试剂的研究和生产者，本申请人在实践中已清楚地看到，对于绝大多数疾病来说，可检测的病原因子和相关标志物的数目是很有限的。因此，在检测某特定系统的某类或某种疾病时，使用低密度样品检测即可基本上实现实验室诊断目的。因此，本领域希望建立一种主要用于疾病的实验室诊断目的的、结合了同时多分析物电化学检测的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一项在美国专利6485983和6713308基础上延伸发展的新的蛋白质及核酸等检测技术。本专利技术提供了一种检测和定量分析蛋白质或核酸的方法，特别是提供了一种使用阵列电化学传感器，定量检测多种蛋白质或核酸靶及其分子间反应的方法及其装置。因此，本专利技术的一个目的是提供一种平行地定量检测多种靶分子参与的分子间结合反应的方法，特征在于其中使用了传感器的集成梳状阵列组合，并且其中结合反应的数据是以电化学手段获得的。根据本专利技术的优选实施方案，其中靶分子是选自蛋白质、蛋白质片段、多糖、配体、候选药物、药物和激素。本专利技术的另一个目的是提供一种用于定量检测多种靶分子及其分子间结合反应传感器，特征在于其中所说的传感器电极是以阵列组合方式排列的，并且其中结合反应的数据是以电化学手段获得的。根据本专利技术的优选实施方案，其中所说的阵列是集成梳状结构的。根据本专利技术的优选实施方案，其中使用的检测手段选自靶结合法、夹心法和竞争法。本专利技术的方法可以同时在电极上直接检测反应底物与被检测物之间的反应，所以能准确地迅速地得到所需求的检测数据。本专利技术的方法可根据通过电极的电流量和电场变化，直接地反映出化学反应的进展和水平以及被检物的质量，从而达到提高检测的灵敏性的目的(例如可检出pg至20μg水平的被检物)。众所周知，有许多用于检测液体和气体中特定物质及其浓度的方法和传感器，其检测机制基本上都是依赖于特异性配体和反配体(受体)反应。通过检测这些物质对之间结合所形成的复合物，来检测和分析样品中的待测物质。然而，如前所述，这种基于光学检测的检测方法通常难以实现准确定量的高通量检测。另外，目前常用的检测特异性配体和反配体(受体)反应的方法如酶联免疫反应并不具有阵列、定量和高灵敏度等特点，所以使这些方法的应用上受到限制。例如，在HIV EIA的诊断中，目前新发展的第四代检测试剂盒根本无法检测到包被条件不同的P24和HIV抗体的含量水平及其关系，而此关系对于HIV的预防和治疗又是十分重要的。正是由于使用了本专利技术的蛋白质传感器集成梳，才有效地解决了类似的集成反应检测的问题。按照本专利技术的方法，为了检测溶液中的分析物(例如某些用于疾病诊断的靶物质)的存在和及其浓度，可以使用针对靶抗原的特异性抗体或能够与被检测物特异性结合的物质(本文中有时也称为靶分子俘获剂或结合剂)，例如可以首先将预先用能够参与电子转移的过渡金属标记的物质涂敷或包被在电极上，一些负载不同靶分子俘获剂或结合剂的电极以不同排布方式组合在一起，即在基质(例如有机薄膜或塑料基质或芯片)小片上构成靶分子俘获剂或结合剂的阵列。然后，向小片上加入待检实验样品，样品中的一种或多种能够与靶分子俘获剂或结合剂特异结合的物质，即与所说的靶分子俘获剂或结合剂形成同样携带特定标记物(例如过渡金属标记物)的复合体。此时，每个小片上均包括能够与样品中的特定被检蛋白质或其片段结合的蛋白质俘获剂或结合剂，所以便形成了不同数目的蛋白质俘获剂或结合剂的阵列。或者，阵列中也可包括多种不同的、可分别与不同靶分子或其片段特异结合的蛋白质俘获剂或结合剂。然后，可使用电化学手段根据反应所产生的电极间微电流的大小，判定被检物的存在和其相对量。因此，由于本专利技术的方法中使用了多种靶分子俘获剂或结合剂的阵列组合，所以可以平行地同时检测多种不同的蛋白质或其他被检物。另外，由于本专利技术的方法以可定量的电化学手段代替了传统的光学检测检测手段，所以大大提高了检测的效率和灵敏性，而且也降低了相应试剂盒的生产和使用成本，从而更有利于其在广大基层的推广。简单地说，本专利技术的方法包括首先在适于蛋白质结合的条件下，使待检样品与包被有不同蛋白质俘获剂或结合剂的不同基质片上的阵列接触，由于蛋白质俘获剂或结合剂是用过渡金属例如铋(Bi)或钌(Ru)或锇(Os)化合物标记的，所以蛋白质俘获剂或结合剂与对应被检物反应并洗涤后，即可通过测定和记录微电极(检测电极和辅助电极)局部区域产生的电流，直接或间接地(例如通过可溶性过渡金属复合物)判断被检物的存在及其浓度(相对量)。一般说来，当俘获剂或结合剂蛋白质的静电荷相反于外加在电极上的电荷时，俘获剂或结合剂蛋白质即可通过静电相互作用被吸附在带有正或负电荷的电极上。为了避免俘获剂或结合剂蛋白质过度封闭或腐蚀电极表面，以致干扰电化学检测，可以在系统中使用可溶性过渡金属复合物作为介质，并用铋(Bi)或钌(Ru)或锇(Os)等的过渡金属复合物标记俘获剂或结合剂生物分子。这样，电子即可通过可溶性介质将标记物转移到电极上，标记物在电极上被氧化产生可检测的电流。或者，在免疫检测方法中，也可以使用酶学手段间接地检测蛋白质分子间反应或特定的靶蛋白质。所以，本专利技术的另一种间接电化学检测方法是，可以使用酶例如过氧化物酶或碱性磷酸酶作为标记物，标记的俘获剂或结合剂大分子(蛋白质、核酸或多糖等)，并通过特异性酶促反应结果所反映出电流大小，判定被检物的存在及其浓度。另外，近年来用于靶蛋白质检测的其他一些大分子例如受体、蛋白多糖、细胞外基质蛋白质，也同样可以作为亲合结合剂用于本专利技术的方法。简单地说，本专利技术的方法包括首先将俘获剂包被在电极上，然后在己包被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定量检测多种靶分子参与的分子间结合反应的方法，特征在于其中使用了传感器阵列组合，并且其中结合反应的数据是以电化学手段获得的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯华，卢方，
申请(专利权)人：英科新创厦门科技有限公司，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]