Графитовые нанотрубки в люминесцентных анализах и способы проведения таких анализов

Графитовые нанотрубки в люминесцентных анализах и способы проведения таких анализов

Реферат

 

Изобретение относится к области анализа. Графитовые нанотрубки, которые включают трубчатые фуллерены и фибриллы, которые функциализованы химическим замещением, используются в качестве твердых носителей в анализах на основе электрогенерируемой хемилюминесценции. Эти графитовые нанотрубки химически модифицированы биомолекулами с функциональными группами перед использованием в анализе. Связывание электрохемилюминесцентых комплексов рутения с нанотрубками, модифицированными биомолекулами с функциональными группами, позволяет детектировать молекулы, в том числе нуклеиновые кислоты, антигены, ферменты и субстраты ферментов, с применением многочисленных форм выполнения анализа. Технический результат - получение высокой эмиссии света. 6 с. и 5 з.п.ф-лы, 13 ил., 7 табл.

Эта заявка является частичным продолжением находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявки Massey et al. Serial No.08/346832, поданной 30 ноября 1994 года, которая является продолжением заявки Serial No. 08/158193, поданной 24 ноября 1993 года, которая является продолжением заявки Serial No.07/652427, поданной 6 февраля 1991 года и частичным продолжением заявки Serial No.07/539389, поданной 18 июня 1990 года, которая является продолжением заявки Serial No.7/266882, в настоящее время отклоненной, с названием "Электрохемилюминесцентные анализы", поданной 3 ноября 1988 года. Эта заявка является также частичным продолжением находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявки Fischer et al. Serial No.08/352400 с названием "Функционализованные нанотрубки", поданной 8 декабря 1994 года. Содержание этих заявок включено здесь в виде ссылки.

Область изобретения Данная заявка относится в общем к способам и устройству для проведения анализов связывания, более конкретно к таким, которые измеряют присутствие представляющего интерес аналита путем измерения люминесценции, испускаемой одним или несколькими мечеными компонентами тест-системы. Более конкретно, данное изобретение относится к точным воспроизводимым правильным гомогенным или гетерогенным анализам специфического связывания улучшенной чувствительности, в которых люминесцентный компонент концентрируется в тест-композиции и собирается на системе детектирования перед индуцированием его для электрохемилюминесценции.

Предшествующий уровень техники Были разработаны многочисленные способы и системы для детектирования и количественного определения представляющих интерес аналитов в биохимических и биологических материалах. Способы и системы, которые способны измерять следовые количества микроорганизмов, фармацевтических веществ, гормонов, вирусов, антител, нуклеиновых кислот и белков, представляют большую ценность для исследователей и клиницистов.

Была исследована очень существенная часть области, основанной на хорошо известных реакциях связывания, например на реакциях антиген-антитело, на способах гибридизации нуклеиновых кислот и системах белок-лиганд. Высокая степень специфичности во многих биохимических и биологических системах связывания привела к разработке многих способов анализа и систем, ценных в исследовательской работе и диагностике. Как правило, существование представляющего интерес аналита детектируется присутствием или отсутствием наблюдаемой "метки", присоединенной к одному или нескольким связывающимся материалам. Особый интерес представляют метки, которые можно заставить люминесцировать посредством фотохимических, химических и электрохимических средств. "Фотолюминесценция" представляет собой процесс, посредством которого материал индуцируется для люминесценции при поглощении им электромагнитного излучения. Флуоресценция и фосфоресценция представляют собой типы фотолюминесценции. "Хемилюминесцентные" процессы вызывают создание люминесцентных частиц путем химического переноса энергии. "Электрохемилюминесценция" вызывает создание люминесцентных частиц электрохимически.

Были созданы хемилюминесцентные способы анализа, в которых пробу, содержащую представляющий интерес аналит, смешивают с реагентом, меченным хемилюминесцентной меткой. Эту реакционноспособную смесь инкубируют и некоторая часть меченого реагента связывается с аналитом. После инкубирования связанную и несвязанную фракции этой смеси разделяют и концентрацию метки в любой фракции или в обеих фракциях можно определить хемилюминесцентными способами. Уровень хемилюминесценции, определенной в одной или обеих фракциях, указывает количество представляющего интерес аналита в биологической пробе.

Электрохемилюминесцентные (ECL) способы анализа являются усовершенствованием хемилюминесцентных способов. Они обеспечивают чувствительное и точное измерение присутствия и концентрации представляющего интерес аналита. В таких способах инкубируемая проба экспонируется в присутствии вольтамперометрического рабочего электрода для индукции люминесценции. В подходящем химическом окружении такая электрохемилюминесценция запускается напряжением, подведенным на рабочий электрод, в определенное время и определенным образом. Свет, продуцируемый меткой, измеряется и указывает присутствие или количество аналита. Для более полного описания таких ECL-способов дается ссылка на опубликованную РСТ заявку US 85/01253 (WО 86/02734), опубликованную РСТ заявку US 87/00987 и опубликованную РСТ заявку US 88/03947. Описания этих заявок включены в качестве ссылки.

Электрохемилюминесцентные анализы желательно проводить без необходимости стадии разделения во время процедуры анализа и так, чтобы максимизировать модулирование сигнала при различных концентрациях аналита, с целью выполнения точных и чувствительных измерений. Среди известных способов анализов без стадии разделения имеются способы, которые используют материал из микрочастиц, суспендируемый в анализируемой пробе (тест-пробе), для связывания одного или нескольких компонентов связывания этого анализа.

В US Application Serial No. 539389 (РСТ published application US 89/04919) описаны чувствительные способы анализа специфического связывания, основанные на явлении люминесценции, в которых инертный, состоящий из микрочастиц материал специфически связывается с одним из партнеров связывания тест-системы. Эти анализы могут проводиться в гетерогенной (с одной или несколькими стадиями) постановке анализа и могут быть использованы наиболее выгодно в гомогенной (без разделения) постановке анализа.

US 89/04919 относится к композиции для анализа, основанного на реакции связывания, для измерения явления люминесценции, причем эта композиция включает в себя множество суспендированных частиц, имеющих поверхность, способную связывать компонент анализируемой смеси. В другом аспекте, он относится к системе для детектирования или количественного определения представляющего интерес аналита в пробе, причем эта система способна проводить тест-способы с использованием тест-композиций данного изобретения. Эта система включает в себя средства для индуцирования меченого соединения в тест-среде для люминесценции и средства для измерения люминесценции для обнаружения представляющего интерес аналита в пробе.

Было обнаружено, что связывание того компонента тест-системы, с которым была соединена электрохемилюминесцентная часть молекулы, с суспендированным, состоящим из микрочастиц материалом сильно модулирует интенсивность люминесцентного сигнала, генерируемого электрохемилюминесцентной частью молекулы, соединенной с этим компонентом, обеспечивая средство для мониторинга реакции специфического связывания этой тест-системы. Было обнаружено, что суспендированные частицы оказывают небольшое влияние или вообще не влияют на интенсивность люминесцентного сигнала, генерируемого элктрохемилюминесцентной частью молекулы, соединенной с компонентом системы, который остается не связанным с суспендированным, состоящим из микрочастиц материалом.

Таким образом, US 89/04919 относится к способам обнаружения представляющего интерес аналита в пробе, причем способ включает стадии (1) образования композиции, включающей (а) пробу, в которой предполагают присутствие представляющего интерес аналита, (b) вещество, подвергаемое анализу, выбранное из группы, состоящей из (i) представляющего интерес аналита или аналога представляющего интерес аналита, (ii) партнера связывания представляющего интерес аналита или его упомянутого аналога и (iii) реакционноспособного компонента, способного к связыванию с (i) или (ii), причем одно из этих веществ связано с соединением-меткой, имеющим химическую часть молекулы, способную индуцироваться для люминесценции, и (с) множество суспендированных частиц, способных специфически связываться с аналитом и/или веществом, определенным в (b) (i), (ii) или (iii); (2) инкубирование этой композиции с образованием комплекса, который включает частицу и упомянутое соединение-метку; (3) индуцирование соединения-метки для люминесценции; и (4) измерение люминесценции, испускаемой этой композицией, для обнаружения присутствия представляющего интерес аналита в пробе. Эти же способы могут быть использованы для определения количества аналита в пробе путем сравнения люминесценции тест-композиции с люминесценцией композиции, содержащей известное количество аналита.

Аналоги представляющего интерес аналита, которые могут быть природными или синтетическими, являются соединениями, которые имеют связывающие свойства, сравнимые со свойствами аналита, но включают также соединения с более высокой или с более низкой способностью связывания. Партнеры связывания, пригодные для использования в данном изобретении, хорошо известны. Примерами их являются антитела, ферменты, нуклеиновые кислоты, лектины, кофакторы и рецепторы. Реакционноспособные компоненты, способные связываться с аналитом или его аналогом и/или их партнером связывания, могут быть вторым антителом или белком, таким как Протеин А или Протеин G, или могут быть авидином или биотином или другим компонентом, о котором известно в данной области, что он вступает в реакции связывания.

Предпочтительно, люминесценция возникает из электрохемилюминесценции (ECL), индуцированной экспонированием меченого соединения, связанного или не связанного с партнерами специфического связывания, в присутствии вольтамперометрического рабочего электрода. ECL-реакционноспособная смесь регулируемо запускается для эмиссии света напряжением, подведенным на рабочий электрод, в определенное время и определенным образом с генерированием света. Хотя эмиссия видимого света является выгодным свойством, композиция или система может испускать другие типы электромагнитного излучения, такие как инфракрасный или ультрафиолетовый свет, рентгеновское излучение, микроволны и т. д. Использование терминов "электрохемилюминесценция", "электрохемилюминесцентный", "люминесценция", "люминесцентный" и "люминесцировать" включает испускание света или других форм электромагнитного излучения.

Способы, описанные в US 89/04919, делают возможным обнаружение и количественное определение чрезвычайно малых количеств аналитов в разнообразных анализах, проводимых в исследовательских и клинических условиях. Однако потребности исследователей и клиницистов заставляют понижать пороги детектирования анализов, проводимых такими способами, для увеличения чувствительности этих анализов и для увеличения скорости выполнения этих анализов.

В данной области известны разнообразные способы для увеличения сигнала от меченых частиц путем концентрирования их перед проведением стадии измерения. Например, в US Patent No.4652333 частицы, меченные флуоресцентной, фосфоресцентной или атомной флуоресцентной метками, концентрируются микрофильтрацией перед проведением стадии измерения.

Также известно в данной области концентрирование меченых иммунохимических частиц перед стадией измерения, например, притягиванием чувствительных в магнитном отношении меченых частиц к поверхности сосуда для измерения. В US Patents No.4731337, 4777145 и 4115535, например, такие частицы притягиваются к стенке сосуда и затем освещаются для возбуждения флуорофорной эмиссии света.

В US Patent No.4945045 частицы концентрируются на магнитном электроде. На электроде имеет место электрохимическая реакция, облегчаемая меченым химическим медиатором. Реакция иммунохимического связывания изменяет эффективность этого медиатора, приводя к модифицированному сигналу в случае, когда имеет место связывание.

Без связывания каким-либо конкретным механистическим объяснением поверхностного возбуждения, например, электрохемилюминесценции, считается, что метка на твердофазном комплексе должна быть окислена на электроде. Это требует, чтобы электрон переместился от метки к электроду. Считается, что электрон производит "перескок" посредством явления, известного как туннельный переход (туннельное прохождение электронов), в котором электрон проходит через пространство (участок, где его потенциальная энергия является очень высокой, например раствор) без необходимости проходить "через" барьер потенциальной энергии. Он может совершать туннельный переход (проникать через потенциальный барьер) и, следовательно, перемещаться от одной молекулы к другой или от одной молекулы к электроду без дополнительного подведения энергии. Однако это явление туннельного перехода может действовать только для очень коротких расстояний. Вероятность туннельного перехода падает экспоненциально по мере увеличения расстояния между двумя частицами. Вероятность явления туннельного перехода, происходящего между двумя частицами, является вполне высокой, если расстояние меньше 25 ангстрем (2,5 нм), но довольно низким, если расстояние больше. Расстояние 25 ангстрем является обязательным правилом ("правилом большого пальца" (rule-of-thumb)), используемым специалистами в данной области, но не является абсолютным ограничением.

Таким образом, можно ожидать, что только ECL-метки с 25 ангстрем от поверхности электрода участвуют в ECL-процессе. Зона частицы, которая находится в пределах 25 ангстрем от поверхности электрода, как правило, крайне мала.

В соответствии с этим нельзя было бы ожидать, что ECL от поверхности частицы можно было бы измерить до какой-либо значимой степени. Кроме того, свет, производимый ECL-процессом, должен проходить через эту частицу, чтобы попасть к фотоумножителю. Поскольку эти частицы по существу непрозрачны (их концентрированная суспензия является черной), нельзя было бы ожидать, даже если значительные количества света могли бы продуцироваться ECL, что свет мог бы проходить через частицу и быть измерен фотоумножителем.

С 1970-х годов графитовые нанотрубки и фибриллы были идентифицированы в качестве материалов, представляющих интерес для многих применений. Субмикронные графитовые фибриллы иногда называют выращенными в парах углеродными волокнами. Углеродные фибриллы представляют собой червеобразные углеродные отложения, имеющие диаметры менее 1,0 микрон, предпочтительно менее 0,5 микрон и даже более предпочтительно менее 0,2 микрон. Они существуют в разнообразных формах и были получены каталитическим разложением различных содержащих углерод газов на металлических поверхностях. Такие червеобразные углеродные отложения наблюдали почти со времени появления электронной микроскопии. Хороший ранний обзор и ссылки можно найти в Baker and Harris, Chemistry and Physics of Carbon, Walker and Thrower ed., Vol. 14, 1978, p. 83, включенной в качестве ссылки. См. также Rodriguez N. J. Mater. Research. Vol. 8, р. 3233 (1993), включенную в качестве ссылки.

В 1976 году Endo et al. (см. Obelin A. and Endo M. J. of Crystal Growth. , Vol. 32 (1976), pp. 335-349, включ. в качестве ссылки) выяснили основной механизм, по которому происходит рост таких углеродных фибрилл. Было обнаружено, что они происходят из частицы металлического катализатора, который в присутствии содержащего углеводород газа становится пересыщенным по углероду. Экструдируется цилиндрический графитовый сердечник, который немедленно, согласно Endo et al., становится покрытым наружным слоем пиролитически отлагающегося графита. Эти фибриллы с пиролитическим покрытием, как правило, имеют диаметры более 0,1 микрон, более типично 0,2-0,5 микрон.

В 1983 году Tennent, US Patent No.4663230, включ. в качестве ссылки, удалось вырастить цилиндрические графитовые сердечники, незагрязненные пиролитическим углеродом. Таким образом, изобретение Tennent обеспечило доступность фибрилл меньшего диаметра, как правило, 35-700 ангстрем (0,0035-0,07 микрон), и упорядоченной, "как бы выращенной" графитовой поверхности. Фибриллярные углеродные материалы менее совершенной структуры, но без наружного слоя пиролитического углерода также были выращены.

Фибриллы, волокна "buckytubes" и нановолокна отличаются от непрерывных углеродных волокон, промышленно доступных в качестве материалов армировки. В противоположность фибриллам, которые имеют желательно большие, но неизбежно конечные относительные длинные, непрерывные углеродные волокна имеют относительные длины (L/D, длина/диаметр) по меньшей мере 10⁴ и часто 10⁶ или более. Диаметр непрерывных волокон также гораздо больше, чем диаметр фибрилл, будучи всегда >1,0 микрон и, как правило, 5-7 микрон.

Непрерывные углеродные волокна производят пиролизом органических предшественников-волокон, обычно гидратцеллюлозного волокна, полиакрилонитрила (PAN) и смолы. Таким образом, они могут содержать гетероатомы в их структурах. Графитовая природа "как бы изготовленных" непрерывных углеродных волокон вариирует, но они могут быть подвергнуты последующей стадии графитизации. Различия в степени графитизации, ориентации и кристалличности графитовых поверхностей, если они присутствуют, потенциальное присутствие гетероатомов и даже абсолютное различие в диаметре субстрата делает опыт работы с непрерывными волокнами малоперспективным для химии нановолокон.

Tennent, US Patent No.4663230 описывает углеродные фибриллы, которые не имеют непрерывного термического углеродного покрытия и имеют множественные графитовые наружные слои, которые по существу параллельны оси фибриллы. Как таковые, они могут быть охарактеризованы как имеющие с-оси, оси, которые являются перпендикулярными касательным изогнутых слоев графита, по существу перпендикулярными их цилиндрическим осям. Как правило, они имеют диаметры не более 0,1 микрон и отношения длины к диаметру по меньшей мере 5. Желательно, чтобы они были по существу свободны от непрерывного термического углеродного покрытия, т.е. пиролитически отлагающегося углерода, происходящего вследствие термического разрушения подаваемого газа, используемого для их изготовления.

Tennent et al., US Patent No.5171560, включ. в качестве ссылки, описывает углеродные фибриллы, не содержащие термического покрытия и имеющие графитовые слои, по существу параллельные осям фибрилл, так что проекция этих слоев на оси фибрилл простирается на расстояние по меньшей мере двух диаметров фибрилл. Как правило, такие фибриллы являются по существу цилиндрическими, графитовыми нанотрубками по существу постоянного диаметра и содержат цилиндрические графитовые слои, с-оси которых по существу перпендикулярны их цилиндрической оси. Они практически не имеют пиролитически отложенного углерода, имеют диаметр менее 0,1 микрон и отношение длины к диаметру более 5. Эти фибриллы являются фибриллами первостепенного интереса в данном изобретении.

Дальнейшие детали относительно образования агрегатов углеродных фибрилл могут быть найдены в описании Snyder et al., US Patent Application Serial No. 149573, поданной 28 января 1988 года, и PCN Application No. US 89/00322, поданной 28 января 1989 года ("Углеродные фибриллы") WO 89/07163, и Моу et al., U.S. Patent Application Serial No.413837, поданной 28 сентября 1989 года, и PCN Application No. US 90/05498, поданной 27 сентября 1990 ("Агрегаты фибрилл и способ их приготовления"), WO 91/05089, все переуступленные правопреемнику, являющемуся также правопреемником данного изобретения, и включенные в качестве ссылки.

Моу et al. , USSN 07/887307, filed May 22, 1992, включ. в качестве ссылки, описывает фибриллы, приготовленные в виде агрегатов, имеющих различные макроскопические морфологии (как определено сканирующим электронным микроскопом), в которых они произвольно запутаны друг с другом с образованием запутанных шариков или фибрилл, напоминающих гнезда птиц ("BN", bird nests); или в виде агрегатов, состоящих из пучков прямых, слегка изогнутых или загнутых углеродных фибрилл, имеющих по существу одну и ту же относительную ориентацию и имеющих вид, например, расчесанной пряжи ("CY", combed yarn), продольная ось каждой фибриллы (несмотря на индивидуальные изгибы или загибы) простирается в том же самом направлении, что и направление окружающих фибрилл в пучках; или в виде агрегатов, состоящих из прямых или слегка согнутых или загнутых фибрилл, которые рыхло спутаны друг с другом с образованием структуры "открытой сетки" ("ON", open net). В структурах открытой сетки степень спутанности фибрилл является большей, чем в агрегатах типа расчесанной пряжи (в которых отдельные фибриллы имеют по существу одну и ту же относительную ориентацию), но меньшей, чем в случае типа птичьих гнезд. CY- и ON-агрегаты более легко диспергируются, чем BN, что делает их применимыми в изготовлении композиционного материала, где желательны однородные свойства по всей структуре.

Когда проекция графитовых слоев на ось фибриллы простирается на расстояние, меньшее чем два диаметра фибриллы, углеродные плоскости графитового нановолокна, в поперечном сечении, имеют вид скелета селедки. Они названы фибриллами рыбьего скелета. Geus, US Patent No.4855091, включ. в качестве ссылки, обеспечивает процедуру для приготовления фибрилл рыбьего скелета, практически не содержащих пиролитического покрытия. Эти фибриллы применимы также в практике данного изобретения.

Углеродные нанотрубки с морфологией, сходной с каталитически выращенными фибриллами, описанными выше, были выращены в высокотемпературной угольной дуге (Iijima, Nature, 354 56, 1991). Сейчас, как правило, признается (Weaver, Science, 265, 1994), что эти выращенные в угольной дуге нановолокна имеют ту же самую морфологию, что и более ранние каталитически выращенные фибриллы Tennent. Выращенные в угольной дуге углеродные нановолокна также применимы в данном изобретении.

Цели изобретения Таким образом, целью данного изобретения является обеспечение люминесцентных анализов с применением частиц, имеющих высокую площадь поверхности, для иммобилизации необходимых для проведения анализа веществ для получения выгодно высокой эмиссии света.

Другой целью данного изобретения является обеспечение композиций и тестов с использованием графитовых нанотрубок (фибрилл), которые могут быть помечены соединениями, способными индуцироваться для люминесценции.

Следующей целью является обеспечение функционализованных фибрилл для использования в таких анализах.

Описание изобретения Определение терминов Термины "ECL-частица", "металлсодержащая ECL-частица", "метка", "соединение-метка" и "вещество-метка" используются взаимозаменяемо. Этот термин находится в объеме данного изобретения для частиц, называемых "ECL-частица", "металлсодержащая ECL-частица", "металлоорганическая", "хелат металла", "хелат переходного металла", "хелат редкоземельного металла", "соединение-метка", "вещество-метка" и "метка", которые должны быть связаны с молекулами, такими как аналит или его аналог, партнер связывания аналита или его аналога, и, далее, с партнерами связывания такого вышеупомянутого партнера связывания или с реакционноспособным компонентом, способным связываться с аналитом, его аналогом или партнером связывания, упомянутыми выше. Вышеупомянутые частицы могут быть также связаны с комбинацией одного или нескольких партнеров связывания и/или одного или нескольких реакционноспособных компонентов. Кроме того, вышеупомянутые частицы могут быть также связаны с аналитом или его аналогом, связанными с партнером связывания, реакционноспособным компонентом или комбинацией одного или нескольких партнеров связывания и/или одного или нескольких реакционноспособных компонентов. Этот термин употребляется также в объеме данного изобретения для множества вышеупомянутых частиц, которые должны быть связаны непосредственно или через другие молекулы, как рассмотрено выше, с аналитом или его аналогом. Для краткости эти лиганды называются веществами, (необходимыми) для проведения анализа (assay-performance-substances).

Термины детектирование и количественное определение называются "измерением", причем понятно, что количественное определение может требовать приготовления эталонных композиций и калибрований.

Термины сбор и концентрирование комплекса могут использоваться взаимозаменяемо для описания концентрирования комплекса внутри тест-композиции и сбора комплекса, например, на поверхности электрода.

Краткое описание рисунков Фиг.1 изображает схематический рисунок ячейки для проведения основанного на микрочастицах неразделительного и разделительного анализов данного изобретения.

Фиг. 2 - упрощенная диаграмма устройства для регуляции напряжения для использования с ячейкой Фиг.1.

Фиг. 3 - схематическое изображение, показывающее специфические сайты ферментативного гидролиза на Ru(bpy)₃ ²⁺-меченых пептидных фибриллах.

Фиг. 4 - схематическое изображение анализа ДНК-зонда с использованием фибрилл с авидином.

Фиг. 5 - схематическое изображение схемы реакций для получения бифункциональных фибрилл путем присоединения N-(трет-бутоксикарбонил)-L-лизина.

Фиг. 6 - схематическое изображение схемы реакций для синтеза основанной на ECL, бифункциональной биосенсорной фибриллы.

Фиг. 7 - схематическое изображение бифункциональной, основанной на ECL биосенсорной фибриллы.

Фиг. 8 - схематическое изображение реакции, катализируемой D-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой.

Фиг. 9 - диаграмма, показывающая ECL-детектирование глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы с использованием удерживаемого фибриллой основанного на ECL биосенсора.

Фиг. 10 - схематическое изображение ECL-биосенсора на основе алкогольдегидрогеназы (ADH).

Фиг.11 - схематическое изображение биосенсора на основе ADH, иммобилизованного на гранулах Dynal M450 (слева) и иммобилизованного на алкилированных фибриллах (справа).

Фиг. 12 - диаграмма, показывающая ECL-детектирование этанола с использованием ферментного биосенсора, иммобилизованного на гранулах и фибриллах.

Фиг. 13 - график, показывающий анализ связывания Ru(bpy)₃ ²⁺ с карбокси-фибриллами и PEG-модифицированными фибриллами, полученными двумя различными способами.

Краткое описание изобретения В самом широком воплощении данное изобретение представляет собой нанотрубку, к которой присоединен компонент, соединенный с соединением-меткой, способным индуцироваться с возникновением люминесценции. В частности, упомянутая нанотрубка представляет собой графитовую нанотрубку, а люминесценция представляет собой электрохемилюминесценцию. В одном варианте упомянутый компонент представляет собой ферментный биосенсор.

Данное изобретение относится также к композиции для детектирования представляющего интерес аналита, присутствующего в пробе, причем эта композиция содержит: (i) графитовую нанотрубку, имеющую функциональную группу, и (ii) вещество для проведения анализа, связанное с этой функциональной группой, причем это вещество для проведения анализа способно связываться, прямо или опосредованно, с аналитом.

В одном варианте вещество для проведения анализа, будучи связанным с указанной функциональной группой, в свою очередь, связано с аналитом. Кроме того, композиция содержит второе вещество для проведения анализа, связанное с аналитом, причем второе вещество для проведения анализа соединено с соединением-меткой, способным индуцироваться с возникновением люминесценции.

Вещество для проведения анализа содержит по меньшей мере одно вещество, выбранное из группы, включающей: (i) добавленный представляющий интерес аналит или добавленный аналог этого аналита; (ii) партнер связывания упомянутого аналита или партнер связывания упомянутого аналога и (iii) реакционноспособный компонент, способный связываться с (i) или (ii).

Одно из упомянутых веществ (i), (ii) или (iii) соединено с соединением-меткой, имеющим химическую часть молекулы, способную индуцироваться для люминесценции.

В общих чертах, эти частицы представляют собой функционализованные фибриллы, т.е. фибриллы, поверхность которых была подвергнута реакции или контактированию с одним или несколькими веществами для обеспечения на ней активных сайтов для химического замещения или физической адсорбции различных химических частиц.

McCarthy et al., US Patent Application Serial No.351967, filed May 15, 1989, включ. в качестве ссылки, описывает процессы для окисления поверхности углеродных фибрилл, которые предусматривают контактирование этих фибрилл с окислителем, который включает серную кислоту (Н₂SO₄) и хлорат калия (КСlO₃), при условиях реакции (например, времени, температуре и давлении), достаточных для окисления поверхности фибриллы. Фибриллы, окисленные в соответствии с процессами McCarthy et al., являются неоднородно окисленными, т.е. атомы углерода замещены смесью карбоксильных, альдегидных, кетоновых, фенольных и других карбонильных групп.

Фибриллы также окислялись неоднородно обработкой азотной кислотой. International Application PCN/US 94/10168 описывает образование окисленных фибрилл, содержащих смесь функциональных групп. Hoogenvaad M. S. et al. ("Metal Catalysts supported on Novel Carbon Support", Presented at Sixth International Conference on Scientific Basis for the Preparation of Heterogeneous Catalysts, Brussels, Belgium, September 1994) также нашел выгодным при приготовлении удерживаемых на фибриллах благородных металлов предварительное окисление поверхности фибрилл азотной кислотой. Такая предобработка кислотой является стандартной стадией в приготовлении удерживаемых на углеродных носителях катализаторов - благородных металлов, где, при условии обычных источников такого углерода, она служит настолько же для очистки поверхности от нежелательных материалов, насколько для функционализации ее.

В опубликованной работе McCarthy and Bening (Polymer Preprints ACS Div. of Polymer Chem. 30(1), 420 (1990)) приготовили производные окисленных фибрилл для демонстрации того, что эта поверхность содержала множество окисленных групп. Соединения, которые они приготовили, фенилгидразоны, галогенароматические сложные эфиры, соли таллия и т.д., были выбраны из-за их аналитической применимости, вследствие, например, их яркой окраски или проявления некоторых сильных и легко индентифицируемых и дифференцируемых сигналов.

Эти частицы являются предпочтительно функционализованными фибриллами, которые в общем имеют формулу где n обозначает целое число, L обозначает число менее 0,1n, m обозначает число менее 0,5n, каждый из R является одним и тем же и выбран из SО₃Н, СООН, NH₂, ОН, СНО, CN, COCl, галогенида, COSH, SH, COOR', SR', SiR'₃, , R", Li, AIR'₂, Hg-X, TlX₂ и Mg-X, Y обозначает целое число, равное или меньшее 3, R' обозначает алкил, арил, циклоалкил или аралкил, R" обозначает фторалкил, фторарил, фторциклоалкил, фтораралкил или циклоарил, Х обозначает галогенид и Z обозначает карбоксилат или трифторацетат.

Атомы углерода С_n представляют собой поверхностные атомы углерода по существу цилиндрической графитовой нанотрубки по существу постоянного диаметра. Нанотрубки включают трубки, имеющие отношение длины к диаметру более 5 и диаметр менее 0,5 микрон, предпочтительно менее 0,1 микрон. Нанотрубки могут быть также практически цилиндрическими графитовыми нанотрубками, которые по существу не содержат пиролитически отложенного углерода, более предпочтительно нанотрубками, характеризующимися тем, что они имеют проекцию графитовых слоев на ось фибриллы, которая простирается на расстояние по меньшей мере двух диаметров фибриллы, и/или нанотрубками, имеющими цилиндрические графитовые слои, с-оси которых по существу перпендикулярны их цилиндрической оси. Эти композиции являются однородными в том смысле, что каждый из R является одним и тем же.

Эти частицы включают также неоднородно замещенные нанотрубки. Они включают композиции формулы где n, L, m, R и сама нанотрубка аналогичны описанным выше при условии, что каждый из R не содержит кислород или, если каждый из R является кислородсодержащей группой, СООН не присутствует.

Функционализованные нанотрубки, имеющие формулу где n, L, m, R и R' имеют указанные выше значения и атомы углерода являются поверхностными атомами углерода фибриллы типа рыбного скелета, имеющими отношение длины к диаметру более 5, также включены в качестве частиц в данное изобретение. Они могут быть однородно или неоднородно замещенными. Предпочтительно, эти нанотрубки не имеют термического покрытия и имеют диаметры менее 0,5 микрон.

В изобретение также включены в качестве частиц функционализованные нанотрубки, имеющие формулу где n, L, m, R' и R имеют указанные выше значения.

Атомы углерода, С_n, представляют собой поверхностные атомы углерода по существу цилиндрической графитовой нанотрубки по существу постоянного диаметра. Эти нанотрубки имеют отношение длины к диаметру более 5 и диаметр менее 0,5 микрон, предпочтительно менее 0,1 микрон. Эти нанотрубки могут быть нанотрубками, которые по существу не содержат пиролитически отложенного углерода. Более предпочтительно, эти нанотрубки являются нанотрубками, которые имеют проекцию графитовых слоев на оси фибрилл, которая простирается на расстояние по меньшей мере двух диаметров фибриллы, и/или нанотрубками, имеющими цилиндрические графитовые слои, с-оси которых по существу перпендикулярны их цилиндрической оси.

Как в однородно, так и в неоднородно замещенных нанотрубках реагируют поверхностные атомы С_n. Большинство атомов углерода в поверхностном слое графитовой фибриллы, как в графите, являются углеродами базисной плоскости. Углероды базисной плоскости относительно инертны к химической атаке. В дефектных местах, где, например, графитовая плоскость не простирается полностью вокруг фибриллы, имеются атомы углерода, аналогичные краевым атомам углерода графитовой плоскости (см. Urry, Elementary Equilibrium Chemistry of Carbon, Wiley, New York, 1989 в отношении обсуждения краевых углеродов и углеродов базисной плоскости).

В дефектных местах могут быть обнажены краевые углероды или углероды базисной плоскости нижних, внутренних слоев нанотрубки. Термин поверхностный углерод включает все углероды, базисной плоскости и краевые, самого верхнего слоя нанотрубки, а также углероды как базисной плоскости, так и/или краевые, более нижних слоев, которые могут быть обнажены в дефектных местах самого верхнего слоя. Краевые углероды являются реакционноспособными и должны содержать какой-либо гетероатом или группу в соответствии с валентностью углерода.

Замещенные нанотрубки, описанные выше, могут быть выгодно функционализованы дополнительно. Такие композиции включают композиции формулы где углероды являются поверхностными углеродами нанотрубки, n, L и m имеют указанные выше значения, А выбран из OY, NHY, -СR'₂-OY, N=Y или С=Y, Y обозначает подходящую функциональную группу белка, пептида, фермента, антитела, нуклеотида, олигонуклеотида, антигена или субстрата фермента, ингибитора фермента или аналога переходного состояния субстрата фермента или выбран из R'-OH, R'-NH₂, R'SH, R'CHO, R'CN, R'X, R'SiR'₃, R'-R", R'-N-CO, (C₃H₆O)-_wН, (С₃Н₆О)_w-R' и R', w обозначает целое число более 1 и менее 200.

Атомы углерода, С_n, представляют собой поверхностные атомы углерода по существу цилиндрической графитовой нанотрубки по существу постоянного диаметра. Эти нанотрубки включают нанотрубки, имеющие отношение длины к диаметру более 5 и диаметр менее 0,5 микрон, предпочтительно менее 0,1 микрон. Нанотрубки могут быть также по существу цилиндрическими графитовыми нанотрубками, которые по существу не содержат пиролитически отложенного углерода. Более предпочтительно, они характеризуются т