探测分子的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及探测附着于表面的分子的方法，该方法包括探测附着于所述分子的珠子(珠粒)。该方法可用于单个分子的探测，并且可以使表面形状适应于接收珠子。本发明专利技术还包括用于探测具有珠子附着的分子的存在的装置，该装置包括一个设置有用于探测珠子的设备的表面，其中所述表面的形状被构造为接收和保留珠子。本发明专利技术提供包括该装置的成套工具，并预期该装置用于探测珠子或附着到珠子上的分子的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及分子探测领域，特别地，涉及用于分子探测的微阵列

技术介绍
现有技术中已知很多不同的方法可用于分子探测。尤其是微阵列技术已经发展为探测很多不同类型分子，例如DNA、RNA、蛋白、抗体和化合物的有力工具。微阵列已被开发用于研究基因表达，用于识别基因突变、非整倍性和多态性，以及用于识别蛋白质蛋白质相互作用，用于命名一些用途。已证明该技术是重要的技术，特别是对研究和诊断而言。微阵列芯片通常由附着于固体表面例如玻璃，硅片或尼龙膜的微观分子点的集合组成。通过测定对在特定微阵列上的分子的目标分子的结合图案，可以对样品中的目标分子进行评价。通常对目标分子进行荧光标记，从而可以读取微阵列，并通过测定微阵列上每个分子点处荧光的存在(和水平)来探测目标分子，所述荧光的存在(和水平)对应于样品中目标分子的存在(和量)。然而，荧光标记的使用要求使用荧光扫描仪，虽然这是精确和灵敏的方法，但是这种方法成本昂贵。对昂贵扫描仪的需求阻止了微阵列作为常规工具在研究和诊断学中的应用。此外，通常不可能使用荧光标记和微阵列技术探测单个分子。特别在核酸探测的情形中，在将样品应用至微阵列之前，实施放大步骤通常是必须的。荧光扫描仪/探测通常不够灵敏探测到单个荧光标记的存在以及由此的单个分子的存在。Mallard等人 (Biosensors and Bioelectronics，20，1813-1820，2005)开发了一种 CMOS 光探测阵列作为DNA芯片的固体载体，其中探测通过化学发光的方式进行。虽然该系统不需要使用昂贵的探测或荧光扫描仪，但是其还是不足以灵敏到探测单个分子。Tokuda等人(Proceedings of the 2005 IEEE, Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, Shanghai, China, September 1-42005，7269-7272)还开发了一种用于生物成像应用的 CMOS图像传感器，其中使用了荧光成像。Chan等人(US2006/0084069)开发了一种集成电路光学探测作为用于阵列的固体载体，其中通过接收和感应来自纳米颗粒标记的光学信号来探测目标的存在。然而，虽然该方法不需要使用昂贵的扫描仪或探测，但是非常小的纳米颗粒的光学探测不足以灵敏到探测单个分子。因此，对这样的阵列分子探测系统存在需求其能够探测单个分子并且不依赖使用昂贵的扫描仪或探测。
技术实现思路
本专利技术致力于解决该问题并且能够在不需要昂贵的外部设备的同时通过使用阵列探测单个分子，所述阵列设置有一个或多个光敏元件以及用于分子的珠子(珠粒)标记， 当珠子存在或与附着于该阵列的单个分子结合时，所述珠子标记具有足够的尺寸的分子阻止所述一个或多个光敏元件接收光。因此，本专利技术中所使用的标记的尺寸可以对应于阵列上每个光敏元件的尺寸，以便可以探测单个分子。换一种角度来看，如以下详细讨论的那样，珠子标签具有与每个光敏元件的尺寸相关的最小尺寸，并且典型地例如，该珠子的直径应当至少为ι μ m。根据第一方面，本专利技术由此提供探测附着于表面的分子的方法，该方法包括探测附着于所述分子的珠子，其中所述表面设置有一个或多个光敏元件，并且其中排列每个光敏元件以探测其邻近的珠子。如上讨论的那样，为了探测单个分子，使用特定尺寸的珠子标记，并且通常选择尺寸与在表面上的每个光敏元件的尺寸相对应的珠子。在该方法中，通过光敏元件可以探测到在特定位置处附着于单个分子的单个珠子。因此，本专利技术还提供探测附着于表面的分子的方法，该方法包括探测附着于所述分子的珠子，其中所述表面设置有一个或多个光敏元件，其中排列每个光敏元件以探测其邻近的珠子，并且其中所述珠子(i)其尺寸对应于所述一个或多个光敏元件的尺寸，或直径至少为ιμ m，从而可以探测附着于该表面的单个分子。因此，通过探测附着于分子的珠子是否存在可以探测附着于表面的该分子是否存在。在表面上或表面内部提供的所述一个或多个光敏元件能够输出信号，该信号依赖于珠子是否存在，并且来自每个光敏元件的所提供的信号将因此指示是否存在珠子以及由此是否存在与该珠子结合的分子。因此，通过所述一个或多个光敏元件并且无需借助任何外部扫描仪、照相机或其它设备就可以直接探测到珠子自身。虽然可以将该珠子安排为发射能够被光敏元件探测到的光线(例如其可以是荧光)，但这不是必须的。然而，优选的是，当珠子挡住光从而使光不能到达讨论中的光敏元件时，该珠子被探测到。因此，它们有效地在该元件上投射了一个阴影。该光源可以是简单的环境光线，但是为了提供更可靠，提供专用的光源是更优选的。可以提供探测对其敏感的在任意频率的光，但优选地，其在350-750nm的可见光范围内。通过照亮该表面，由珠子的存在而产生的任何阴影的探测或来自光敏元件的光的阻碍可以被更容易地探测到。应当理解，当表面被照亮时，珠子的是否存在将在信号上产生更巨大的差别，因此通过使用外部光源照明能得到更灵敏的方法。为了防止外部光源影响结果，优选地，通过合适的外罩遮住外部光源来保护光敏元件。我们将看到，光敏元件因此能够测量由表面接收到的光的量，这能够测定珠子是否存在或珠子存在的数量。通过单个光敏元件或通过一组光敏元件，依靠珠子的尺寸、光敏元件以及珠子离表面的距离可以探测到珠子。如前讨论的那样，使用本专利技术的方法可以探测单个珠子并由此探测单个分子，因为通常珠子的尺寸对应于每个光敏元件的尺寸。因此， 取决于珠子和元件尺寸，可能单个光敏元件能够探测一个珠子或2、3、4或更多个光敏元件能够探测一个珠子。通过每个光敏元件探测光的量并由此从光敏元件输出信号，当没有珠子存在时，其可被用作其它测量可以与之比较的参照点。光敏元件接收到的光的减少(即由珠子的阴影产生)将导致信号的输出，该信号不同于珠子不存在时所输出的信号。如下所讨论的那样，当珠子存在时每个光敏元件接收到的光的量将取决于各种不同的因素，包括珠子尺寸，每个光敏元件的尺寸，分子附着于表面的长度并且还取决于珠子存在的数量。换个角度来看，本专利技术提供了探测附着于表面的分子的方法，所述表面设置有一个或多个光敏元件，所述方法包括通过探测其上附着的珠子来探测所述分子，其中通过所述表面提供的一个光敏元件或一组光敏元件来探测所述珠子。因此，为了探测单个分子，珠子的尺寸应当对应于光敏元件的尺寸，以至于单个珠子能够挡住到达光敏元件的光。如下面进一步讨论的那样，本专利技术的方法在探测步骤之前可以进一步包括将分子附着至所述表面的步骤和/或将珠子附着至分子的步骤。此外，在探测方法开始之前，可以除去未结合的珠子。探测珠子之后，可以实施将珠子从分子上和从所述表面上分离的步骤。因此，本专利技术的专利技术人提出了一种探测方法，藉此方法，使用图像传感器而不需要昂贵的探测扫描仪就可以探测单个分子。在这点上，专利技术人已经发现在图像芯片上可以探测到珠子。使用图像芯片的分子探测因此将可能使用珠子标记。比起荧光标记或化学发光或甚至纳米颗粒，珠子较大并且较易于探测，因此使用具有珠子标记的分子的探测方法将允许少量或单个分子的探测。珠子标记可以是允许探测单个分子的特定最小尺寸，并且如前所讨论的那样，珠子的尺寸可以对应于光敏元件的尺寸。附加地且本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种探测附着至表面的分子的方法，所述方法包括探测附着至所述分子的珠子，其中所述表面设置有一个或多个光敏元件，其中每个光敏元件被安排成探测与其邻近的珠子，并且其中所述珠子（ｉ）尺寸对应于所述一个或多个光敏元件的尺寸或（ｉｉ）直径至少为１μｍ，以允许探测附着至所述表面的单个分子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾尔勒·科特斯巴克，
申请(专利权)人：金希克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NO