换能器、纳米颗粒换能器装置和系统以及相关使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术描述了用于测定分析物的浓度的换能器、试剂盒、系统和方法。在一实施例中，所述换能器包含发色团和与所述发色团物理地缔合的酶。在一实施例中，所述换能器被配置成催化包括多个反应要素的反应。在一实施例中，所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含所述分析物。在一实施例中，从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】换能器、纳米颗粒换能器装置和系统以及相关使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月17日提交的共同未决的美国临时专利申请第63/012,002号的权益，所述美国临时专利申请特此通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]监测体液代谢物水平是管理疾病和损伤的重要部分。实例包含苯丙氨酸针对评估苯丙酮尿症(PKU)、葡萄糖针对管理糖尿病、亮氨酸针对监测枫糖尿症、乳酸针对评估组织氧合、酪氨酸针对检测酪氨酸血症、谷氨酸盐针对评估缺血性中风以及α
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酮戊二酸盐针对监测非酒精性脂肪肝(NAFLD)。用于测量所关注代谢物的生物传感器显著改善了患者和护理人员两者的生活质量。近年来，医疗诊断和医疗保健管理领域对适用于护理点(POC)的可靠、易于使用且成本高效的代谢物监测仪的需求不断增长。然而，技术障碍和挑战仍然阻碍了一些与疾病相关的代谢物生物传感器的商业化。这些挑战可能包含多路复用监测、特异性、便携性、可操作性和长期稳定性。
[0004]最近，半导体聚合物点(P点)在材料科学、生物学和医学的跨学科研究中引起了相当大的关注。与小型荧光染料和无机半导体量子点(Q点)相比，P点表现出高度理想的特性，包含高亮度、快速发射速率、大吸收截面、优异的光稳定性、无毒性和多种表面改性特征。如此出色的性质使其广泛应用于细胞标记、体内成像、单粒子追踪、药物/基因递送和肿瘤疗法。另外，也已经开发了基于P点的小型生物传感器，包含用于pH、温度、金属离子、氧和葡萄糖的生物传感器。
[0005]然而，据所知，使用P点进行对反应的常规监测需要酶与P点之间的共价结合。此类共价结合限制了在测定分析物浓度时如何制备和部署P点。

技术实现思路

[0006]为了解决这些和相关挑战，本公开提供了换能器，如纳米颗粒换能器、纳米颗粒换能器装置和系统，以及相关使用方法。在某些实施例中并且如本文进一步详细讨论的，酶与P点和/或发色团聚合物物理地缔合，如当酶和P点和/或酶和发色团聚合物分散在共同溶剂中、与共同基材偶联、偶联在一起、一起包封在水凝胶珠粒中时等等。
[0007]因此，一方面，本公开提供了一种用于分析物浓度测量的纳米颗粒换能器，所述纳米颗粒换能器包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发色团；以及NADH依赖性或NADPH依赖性酶，所述NADH依赖性或NADPH依赖性酶与所述纳米颗粒偶联并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。
[0008]另一方面，本公开提供了一种用于分析物浓度测量的换能器基材，所述换能器基材包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括与基材偶联的发色团；以及酶，所述酶与所述基材偶联并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反
应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。
[0009]又另一方面，本公开提供了一种用于分析物浓度测量的试剂盒，所述试剂盒包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发色团；以及酶，所述酶与所述纳米颗粒物理地缔合并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。
[0010]另一方面，本公开提供了一种用于分析物浓度测量的换能器，所述换能器包括：发色团，所述发色团包含半导体发色团聚合物；以及酶，所述酶与所述半导体发色团聚合物物理地缔合并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。
[0011]一方面，本公开提供了一种用于分析物浓度测量的系统，所述系统包括：根据本文所描述的任何实施例的纳米颗粒换能器、根据本文所描述的任何实施例的换能器基材、根据本文所描述的任何实施例的试剂盒或根据本文所描述的任何实施例的换能器；照射源，所述照射源被配置成照射所述纳米颗粒换能器、所述换能器基材、所述试剂盒或所述换能器的所述发色团，以从所述发色团诱导荧光；光电检测器，所述光电检测器被配置成基于来自所述发色团的所述荧光产生信号；以及控制器，所述控制器与所述照射源和所述光电检测器操作性地耦接，并且包含逻辑，所述逻辑当由所述控制器执行时使所述系统执行包含以下的操作：用所述照射源照射所述发色团；以及基于来自所述光电检测器的所述信号测定所述分析物的浓度。
[0012]一方面，本公开提供了一种测量流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：使所述流体与P点和NADH依赖性或NADPH依赖性酶接触，所述P点包含发色团，所述NADH依赖性酶或NADPH依赖性酶与所述P点偶联，所述NADH依赖性酶或NADPH依赖性酶被配置成催化包括多个反应要素的反应，其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含所述分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定；照射所述P点，以从所述P点诱导荧光；测量来自所述P点的所述荧光；以及基于测得的荧光测定所述分析物的所述浓度。
[0013]一方面，本公开提供了一种测量流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：使所述流体与P点和酶接触，所述P点包含发色团，所述酶与所述P点物理地缔合，所述酶被配置成催化包括多个反应要素的反应，其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含所述分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定；照射所述P点，以从所述P点诱导荧光；测量来自所述P点的所述荧光；以及基于测得的荧光测定所述分析物的所述浓度。在一实施例中，从所述发色团发射的所述荧光限定荧光比率，所述荧光比率等于以信号荧光波长发射的荧光的量与以对照荧光波长发射的荧光的量的比率。在一实施例中，从一个或多个发色团发射的所述荧光限定荧光比率，所述荧光比率等于以信号荧光波长发射的荧光的量与以对照荧光波长发射的荧光的量的比率。在一实施例中，所述荧光比率由流体组分或流体成分的浓度决定。
[0014]一方面，本公开提供了一种测量流体中的分析物的浓度的方法，所述方法包括：使所述流体与发色团和酶接触，所述发色团包含半导体发色团聚合物，所述酶与所述发色团物理地缔合，所述酶被配置成催化包括多个反应要素的反应，其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含所述分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定；照射所述发色团，以从所述发色团诱导荧光；测量来自所述发色团的所述荧光；以及基于测得的荧光测定所述分析物的所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分析物浓度测量的纳米颗粒换能器，所述纳米颗粒换能器包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发色团；以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)依赖性酶或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐(NADPH)依赖性酶，所述NADH依赖性酶或NADPH依赖性酶与所述纳米颗粒物理地缔合并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒换能器，其中所述多个反应要素中的反应要素包括NADH，并且其中从所述发色团发射的荧光的所述量由所述NADH的浓度决定。3.根据权利要求1所述的纳米颗粒换能器，其中所述分析物包括NADH。4.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述NADH依赖性或NADPH依赖性酶选自由以下组成的组：脱氢酶、还原酶、加氧酶、合酶、羟化酶和其组合。5.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述NADH依赖性或NADPH依赖性酶与所述纳米颗粒共价结合。6.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述纳米颗粒包括聚合物点(P点)。7.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述发色团包括半导体聚合物。8.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述发色团包括两种或更多种半导体聚合物的共混物。9.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述发色团包括染料，并且其中所述染料容纳在所述纳米颗粒内。10.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中所述发色团包括半导体聚合物和染料，并且其中所述染料和所述半导体聚合物在照射时相互作用以产生增强的荧光。11.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中从所述发色团发射的所述荧光包括信号荧光波长和对照荧光波长。12.根据权利要求11所述的纳米颗粒换能器，其中从所述发色团发射的所述荧光限定信号荧光比率，所述信号荧光比率等于以所述信号荧光波长发射的荧光的量与以所述对照荧光波长发射的荧光的量的比率，并且其中所述信号荧光比率由所述多个反应要素中的所述反应要素的所述浓度决定。13.根据权利要求12所述的纳米颗粒换能器，其中所述荧光比率随所述分析物的浓度成比率地变化。14.根据前述权利要求中的任一项所述的纳米颗粒换能器，其中从所述发色团发射的荧光随所述分析物的在一定分析物浓度范围内的所述浓度成比率地变化。15.一种用于分析物浓度测量的换能器基材，所述换能器基材包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括与基材偶联的发色团；以及酶，所述酶与所述基材偶联并且被配置成催化包括多个反应要素的反应，
其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。16.根据权利要求15所述的换能器基材，其中所述多个反应要素中的反应要素包括NADH，并且其中从所述发色团发射的荧光的所述量由所述NADH的浓度决定。17.根据权利要求15所述的换能器基材，其中所述分析物包括NADH。18.根据权利要求15到17中任一项所述的换能器基材，其中所述酶是NADH依赖性或NADPH依赖性酶。19.根据权利要求18所述的换能器基材，其中所述NADH依赖性酶或NADPH依赖性酶选自由以下组成的组：脱氢酶、还原酶、加氧酶、合酶、羟化酶和其组合。20.根据权利要求15所述的换能器基材，其中所述酶是葡萄糖氧化酶。21.根据权利要求15所述的换能器基材，其中所述多个反应要素中的反应要素包括氧，并且其中从所述发色团发射的荧光的所述量由所述氧的浓度决定。22.根据权利要求15到21中任一项所述的换能器基材，其中所述酶与所述纳米颗粒共价结合。23.根据权利要求15到22中任一项所述的换能器基材，其中所述酶未与所述纳米颗粒偶联。24.根据权利要求15到23中任一项所述的换能器基材，其中所述基材是纸基材。25.根据权利要求15到24中任一项所述的换能器基材，其中所述酶与所述基材共价结合。26.根据权利要求15到25中任一项所述的换能器基材，其中所述纳米颗粒与所述基材共价结合。27.根据权利要求15到23中任一项所述的换能器基材，其中所述酶与所述基材物理地缔合。28.根据权利要求27所述的换能器基材，其中所述酶和所述纳米颗粒冻干到所述基材上。29.根据权利要求15到28中任一项所述的换能器基材，其中所述酶在某一点上邻近所述纳米颗粒与所述基材偶联。30.根据权利要求29所述的换能器基材，其中所述酶为第一酶，所述纳米颗粒为第一纳米颗粒，所述发色团为第一发色团，并且所述反应为第一反应；并且其中所述换能器基材进一步包括：第二纳米颗粒，所述第二纳米颗粒包括与所述基材偶联的第二发色团；以及第二酶，所述第二酶不同于与所述基材偶联的所述第一酶，所述第二酶被配置成催化包括第二多个反应要素的第二反应；其中所述第二多个反应要素包括一种或多种第二反应物和一种或多种第二产物，所述一种或多种第二反应物包含所述分析物，并且其中从所述第二发色团发射的荧光的量由所述第二多个反应要素中的第二反应要素的浓度决定。31.根据权利要求30所述的换能器基材，其中所述点是第一点，并且其中所述第二纳米颗粒在与所述第一点分开的第二点上与所述基材偶联。
32.根据权利要求30所述的换能器基材，其中所述第二纳米颗粒在所述点上与所述基材偶联。33.根据权利要求30所述的换能器基材，其中所述第一发色团被配置成吸收第一吸收波长范围内的光，并且所述第二发色团被配置成吸收与所述第一吸收波长范围不同的第二吸收波长范围内的光。34.根据权利要求30所述的换能器基材，其中从所述第一发色团发射的所述荧光在第一发射波长范围内，并且其中从所述第二发色团发射的荧光在与所述第一发射波长范围不同的第二发射波长范围内。35.根据权利要求30所述的换能器基材，其中所述第二反应不同于所述第一反应。36.根据权利要求30所述的换能器基材，其中所述第二反应与所述第一反应相同。37.根据权利要求29到36中任一项所述的换能器基材，其中偶联有纳米颗粒和酶的所述基材上的点的数量选自2个、4个、6个、8个、24个、96个、384个和1536个。38.根据权利要求29到37中任一项所述的换能器基材，其中偶联有纳米颗粒和酶的所述基材上的点的数量在2个到10个、2个到50个、2个到100个、2个到500个或2个到1,000个的范围内。39.根据权利要求29到38中任一项所述的换能器基材，其中所述点的大小在约1μM到约500μM的范围内。40.根据权利要求15到39中任一项所述的换能器基材，其中所述基材被配置成将流体样品芯吸到所述点。41.根据权利要求15到40中任一项所述的换能器基材，其中所述纳米颗粒包括P点。42.根据权利要求15到41中任一项所述的换能器基材，其中所述发色团包括半导体聚合物。43.根据权利要求15到42中任一项所述的换能器基材，其中所述发色团包括两种或更多种半导体聚合物的共混物。44.根据权利要求15到43中任一项所述的换能器基材，其中所述发色团包括染料，并且其中所述染料容纳在所述纳米颗粒内。45.根据权利要求15到43中任一项所述的换能器基材，其中所述发色团包括半导体聚合物和染料，并且其中所述染料和所述半导体聚合物在照射时相互作用以产生增强的荧光。46.根据权利要求15到45中任一项所述的换能器基材，其中从所述发色团发射的所述荧光包括信号荧光波长和对照荧光波长。47.根据权利要求46所述的换能器基材，其中从所述发色团发射的所述荧光限定信号荧光比率，所述信号荧光比率等于以所述信号荧光波长发射的荧光的量与以所述对照荧光波长发射的荧光的量的比率，并且其中所述信号荧光比率由所述多个反应要素中的所述反应要素的所述浓度决定。48.根据权利要求47所述的换能器基材，其中所述荧光比率随所述分析物的浓度成比率地变化。49.一种用于分析物浓度测量的试剂盒，所述试剂盒包括：纳米颗粒，所述纳米颗粒包括发色团；以及
酶，所述酶与所述纳米颗粒物理地缔合并且被配置成催化包括多个反应要素的反应；其中所述多个反应要素包括一种或多种反应物和一种或多种产物，所述一种或多种反应物包含分析物，并且其中从所述发色团发射的荧光的量由所述多个反应要素中的反应要素的浓度决定。50.根据权利要求49所述的试剂盒，其中所述酶是NADH依赖性或NADPH依赖性酶。51.根据权利要求50所述的试剂盒，其中所述NADH依赖性或NADPH依赖性酶选自由以下组成的组：脱氢酶、还原酶、加氧酶、合酶、羟化酶和其组合。52.根据权利要求49到51中任一项所述的试剂盒，其中所述多个反应要素中的反应要素包括NADH，并且其中从所述发色团发射的荧光的所述量由所述NADH的浓度决定。53.根据权利要求49到52中任一项所述的试剂盒，其中所述分析物包括NADH。54.根据权利要求49所述的试剂盒，其中所述酶是葡萄糖氧化酶。55.根据权利要求49所述的试剂盒，其中所述多个反应要素中的反应要素包括氧，并且其中从所述发色团发射的荧光的所述量由所述氧的浓度决定。56.根据权利要求49到55中任一项所述的试剂盒，其中所述酶与所述纳米颗粒共价结合。57.根据权利要求49到55中任一项所述的试剂盒，其中所述酶未与所述纳米颗粒共价结合。58.根据权利要求49到57中任一项所述的试剂盒，其中所述酶和所述纳米颗粒包封在水凝胶珠粒中。59.根据权利要求49到57中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：蓝普臻公司，
类型：发明
国别省市：