Система и способ обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки

Система и способ обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к области датчиков, в частности биодатчиков. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и системам для обнаружения аналитов, например, применяемым при качественном или количественном обнаружении биологических, химических или биохимических соединений, и к средствам для усовершенствования таких способов и систем обнаружения.

Уровень техники

Биодатчики обычно представляют собой устройства, которые обеспечивают качественное или количественное обнаружение молекул-мишеней, также называемых «аналитами», таких как, например, белки, клетки, вирусы, бактерии, простейшие, компоненты клетки, клеточные мембраны, споры, ДНК, РНК и т.д., в жидкости, такой как, например, кровь, сыворотка, плазма, моча, слюна, экстракт ткани, тканевая (интерстициальная) жидкость, экстракт культуры клеток, пищевой или кормовой экстракт, в таких жидкостях, как питьевая вода, и т.д. Один из принципов измерения заключается в подсчете меченых молекул, закрепленных в заданных местах на биодатчике. Например, молекулы могут быть помечены магнитными частицами или бусинками, и эти магнитные частицы или бусинки могут быть обнаружены с помощью магнитного датчика. Альтернативно количество аналита может быть обнаружено оптическими методами, такими как флуоресценция. В этом случае сам аналит может нести флуоресцентную метку или альтернативно может быть выполнена дополнительная инкубация с флуоресцентно меченным вторым элементом распознавания. Некоторые анализируемые молекулы сами флуоресцируют.

Имеется целый ряд основанных на метках методик анализа, используемых при аналитическом обнаружении мишени. Они включают в себя сэндвич-анализ, конкурентный анализ и анализ подавления. При некоторых форматах для этих анализов аналитическая реакция должна быть отделена по времени от обнаружения метки. При некоторых анализах вначале желательно завершить аналитическую реакцию на поверхности датчика, а после этого прикрепить метку для обнаружения. Эта последовательность реакций часто используется для иммуноанализов, в которых вначале на его поверхности образуют сэндвич из мишени между первичным и вторичным антителами, например, используя биотинилированное вторичное антитело, а после этого через сэндвич с датчиком связывают метку, например, содержащую стрептавидин. При других анализах более эффективным оказывается вначале завершить аналитическую реакцию на метке, а затем перенести метку на датчик для обнаружения. Примеры включают в себя анализы, основанные на сильно связывающейся паре, для прикрепления метки к поверхности датчика. В этом анализе сначала на метке образуется сэндвич из мишени между первичным и вторичным антителами, а после этого метка связывается на поверхности датчика для обнаружения. В таких анализах желательно предотвратить связывание непрореагировавших реагентов (например, реагентов, которые не прореагировали с образованием сэндвича) с меткой или поверхностью датчика и дальнейшее блокирование метки от ее обнаружения. Способы для выполнения этого включают в себя удаление реагентов промыванием реакционной емкости или связыванием их на реакционноспособной поверхности, не относящейся к датчику. Промывание неудобно, поскольку оно сопровождается дополнительными процедурами манипулирования текучими средами и может также привести к удалению подлежащих обнаружению меток. Также трудно избежать того, что метка также связывается с реакционноспособной поверхностью, предназначенной для непрореагировавших реагентов.

Магнитные биодатчики обнаруживают биологические мишени, меченные магнитными частицами. Публикация заявки на патент США №2006/0011552 А1 раскрывает аппарат и способ для отделения заданного количества магнитных частиц в текучей среде. В этой системе магнитные частицы из текучей среды захватываются на участке перемещения текучей среды. Последнее реализуется с использованием магнитного поля на участке перемещения текучей среды, помещенном на пересечении канала подачи и канала выпуска текучей среды. После этого магнитные частицы выводятся с помощью среды, введенной во второй поточный канал. Таким образом, в текучей среде обеспечивается заданное количество магнитных частиц.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы получить хорошие способы, аппараты и системы для обнаружения биологических, химических и/или биохимических частиц. Вышеупомянутая задача решается посредством устройств и способа в соответствии с настоящим изобретением.

Изобретение относится к системе обнаружения, подготовленной для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени и содержащей по меньшей мере одно первое вместилище, содержащее поверхность обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище по существу свободно от магнитных и/или электрических меток до использования системы обнаружения, по меньшей мере одно второе вместилище, содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, и генератор магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище, тем самым делая возможным обнаружение получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Одно преимущество вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что реакции анализа, вовлекающие мишень или гомолог мишени, отделены по времени от обнаружения магнитной и/или электрической метки датчиком. Другое преимущество вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что могут быть минимизированы этапы приведения в движение объемной текучей среды, как, например, число и/или интенсивность этапов промывания могут быть снижены по сравнению с системами предшествующего уровня техники, например, предпочтительно выполняется не более чем один этап приведения в однонаправленное движение объемной текучей среды. Еще одно преимущество некоторых вариантов реализации заключается также в том, что можно воспрепятствовать попаданию непрореагировавших реагентов во вместилище обнаружения. Магнитная и/или электрическая метка может быть магнитной меткой, например, способствуя обнаружению с помощью магнитной метки.

Система обнаружения может быть выполнена с возможностью обеспечения потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище. Генератор магнитного и/или электрического поля может обеспечить возможность транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки через первый канал. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что транспортировка магнитных и/или электрических частиц или намагничиваемых частиц происходит против приведения в движение объемной текучей среды во второе вместилище. Последнее может дополнительно предотвратить транспортировку (перенос) нежелательных компонентов, таких как, например, непрореагировавший реагент, к поверхности обнаружения в первом вместилище. Система обнаружения может содержать по меньшей мере один первый канал для соединения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища и упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища.

Система обнаружения может содержать по меньшей мере один первый канал для соединения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища и упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища, причем этот первый канал выполнен с возможностью обеспечения упомянутого потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище под действием капиллярности. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что вообще не требуется или требуется лишь незначительная внешняя сила для того, чтобы сделать возможным заданный поток текучей среды.

Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище могут содержать перемешивающее средство. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что скорость аналитической реакции может быть увеличена с помощью локализованного перемешивания.

Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может быть в контакте с модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими. Преимущество заключается в том, что потоком в пределах вместилищ можно управлять отдельно. Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и/или упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище могут быть непосредственно соединены с модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими через соединяющий канал. Модифицирующими скорость потока текучей среды составляющими могут быть абсорбирующие материалы с заданной способностью к абсорбции текучей среды.

Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может содержать множество различных реагентов для обнаружения множественных аналитов.

Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище может содержать поверхность обнаружения для обеспечения возможности обнаружения получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения, причем эта поверхность обнаружения имеет различные местоположения для обнаружения различных мишеней. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что может быть выполнено мультиплексирование, приводящее в результате к эффективному и быстрому анализу образцов. Поверхность обнаружения упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища может содержать различные намеченные области для обнаружения намеченных мишеней. Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может составлять набор вторых вместилищ, соединенных с упомянутым по меньшей мере одним первым вместилищем, причем каждое вместилище содержит реагенты, специфичные для каждой мишени, подлежащей исследованию в мультиплексном анализе.

Упомянутую по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку может составлять множество различных магнитных и/или электрических меток, причем генератор магнитного и/или электрического поля выполнен с возможностью селективно обеспечивать транспортировку различных магнитных и/или электрических меток. Различные магнитные и/или электрические метки предпочтительно могут иметь по меньшей мере одну уникальную магнитную и/или электрическую характеристику, которая может быть выбрана. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что может быть легко выполнена селективная транспортировка меток для мультиплексирования.

Система обнаружения может содержать детектор текучей среды в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище и/или упомянутом по меньшей мере одном втором вместилище. Преимущество заключается в том, что может быть определено и отрегулировано время инкубации мишени с реагентами для анализа.

Система обнаружения может содержать дополнительное вместилище для содержания вторичных магнитных и/или электрических меток и дополнительный генератор магнитного и/или электрического поля для обеспечения возможности транспортировки дополнительных магнитных и/или электрических меток из дополнительного вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище. Преимущество таких вариантов реализации заключается в том, что система обнаружения делает возможным дополнительное усиление сигнала за счет добавления вторичной магнитной и/или электрической метки.

Упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище может быть выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом и реагентом для анализа. Система обнаружения может быть выполнена с возможностью транспортировки магнитных и/или электрических меток из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище и с возможностью обеспечения взаимодействия в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище между магнитными и/или электрическими метками и частями прореагировавшего образца и реагентом для анализа. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что хорошее разделение между реагентом и магнитными и/или электрическими метками может быть получено до тех пор, пока не пройдет аналитическая реакция в течение желаемого времени.

Упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище может быть выполнено с возможностью обеспечения взаимодействия между образцом, реагентом для анализа и магнитными и/или электрическими метками. Система обнаружения может быть выполнена с возможностью транспортировки магнитных и/или электрических меток, связанных с целевыми компонентами образца после взаимодействия между образцом, реагентом для анализа и магнитными и/или электрическими метками, из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилищеу. Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что непрореагировавшие реагенты не могут помешать обнаружению метки в упомянутом по меньшей мере одном первом вместилище.

Система обнаружения дополнительно может содержать любой из магнитного и/или электрического или оптического детектора для обнаружения упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка предпочтительно может быть связанной на поверхности обнаружения до обнаружения. Система обнаружения дополнительно может содержать средство анализа для определения количества упомянутой по меньшей мере одной молекулы-мишени. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка может быть прикреплена к магнитной и/или электрической частице или намагничиваемой частице. Поверхность обнаружения может содержать зонды захвата для связывания упомянутой по меньшей мере одной метки. Преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень является показателем присутствия или отсутствия аналита в образце. Упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень может быть идентичной упомянутому аналиту в упомянутом образце. Преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что метки могут быть быстро транспортированы.

Настоящее изобретение относится также к способу обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, содержащему этапы обеспечения возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой, чтобы тем самым получить по меньшей мере одну магнитно и/или электрически меченную молекулу-мишень, магнитной или электрической транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения, и после упомянутого обеспечения возможности взаимодействия и транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки обнаружение получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Способ дополнительно может содержать возбуждение упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, например, посредством ее облучения или за счет ориентации физического свойства магнитной и/или электрической метки с использованием электрического и/или магнитного поля. Способ может содержать обеспечение потока текучей среды в направлении, отличающемся от направления магнитной и/или электрической транспортировки, например, в направлении, по существу противоположном направлению магнитной и/или электрической транспортировки, т.е. по существу встречным потоком.

Транспортировка упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки может содержать транспортировку упомянутой по меньшей мере одной магнитно и/или электрически меченной молекулы-мишени, полученной упомянутым обеспечением возможности взаимодействия.

Обеспечение возможности взаимодействия может содержать обеспечение возможности взаимодействия между образцом и по меньшей мере одной магнитной и/или электрической меткой после транспортировки магнитной и/или электрической метки к поверхности обнаружения.

Способ может содержать измерение сигнала обнаружения до обеспечения возможности взаимодействия с тем, чтобы откалибровать систему обнаружения. Калибровка может быть калибровкой на чувствительность к конкретной магнитной и/или электрической метке.

Способ дополнительно может содержать захватывание упомянутой по меньшей мере одной молекулы-мишени на поверхности обнаружения. Способ, кроме того, может содержать возбуждение упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, например, посредством ее облучения или за счет ориентации физического свойства магнитной и/или электрической метки с использованием электрического и/или магнитного поля.

Способ дополнительно может содержать отделение связанных и несвязанных магнитных и/или электрических меток перед обнаружением получаемого с помощью магнитной и/или электрической метки сигнала обнаружения. Упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка может быть прикреплена к магнитной и/или электрической частице или намагничиваемым частицам.

Настоящее изобретение относится также к компоненту датчика, подготовленному для использования с системой обнаружения для обнаружения по меньшей мере одной молекулы-мишени, причем компонент датчика содержит по меньшей мере одно первое вместилище, содержащее поверхность обнаружения, причем упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище по существу свободно от меток до использования системы обнаружения, по меньшей мере одно второе вместилище, содержащее, до использования системы обнаружения, по меньшей мере одну магнитную и/или электрическую метку для обеспечения возможности обнаружения с помощью магнитной и/или электрической метки, причем упомянутая по меньшей мере одна магнитная и/или электрическая метка выполнена с возможностью взаимодействия с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью, причем компонент датчика выполнен с возможностью обеспечения транспортировки упомянутой по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки из упомянутого по меньшей мере одного второго вместилища в упомянутое по меньшей мере одно первое вместилище с использованием магнитного и/или электрического поля. Компонент датчика, кроме того, может быть выполнен с возможностью обеспечения потока текучей среды из упомянутого по меньшей мере одного первого вместилища в упомянутое по меньшей мере одно второе вместилище.

Поверхность обнаружения может содержать по меньшей мере один первый зонд захвата. Компонент дополнительно может содержать заданное количество по меньшей мере одной молекулы-мишени в буферном растворе. Заданное количество по меньшей мере одной молекулы-мишени в буферном растворе может служить в качестве положительного контроля и/или в качестве стандарта. Компонент дополнительно может содержать заданное количество по меньшей мере одной магнитной и/или электрической метки, обладающей возможностью связывания с упомянутой по меньшей мере одной молекулой-мишенью. Компонент дополнительно может содержать буферный раствор, свободный от по меньшей мере одной молекулы-мишени, предусмотренный в качестве отрицательного контроля. Компонент дополнительно может содержать магнитные и/или электрические частицы или намагничиваемые частицы. Компонент датчика может быть одноразовым устройством.

Одно преимущество данной системы обнаружения заключается в том, что метки быстро отделяются после взаимодействия с молекулами-мишенями.

Другое преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что аналитические реакции задействуют мишень или гомолог мишени и обнаружение магнитных и/или электрических меток датчиком.

Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что минимизированы этапы приведения в движение объемной текучей среды.

Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что непрореагировавшим реагентам препятствуют поступать во вместилище обнаружения. Последнее может иметь место в способах и системах для транспортировки магнитных и/или электрических меток из реакционного вместилища к вместилищу обнаружения.

Еще одно преимущество вариантов реализации данных системы обнаружения и/или способа заключается в том, что упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень является показателем присутствия или отсутствия аналита в образце. Упомянутая по меньшей мере одна молекула-мишень может быть идентичной упомянутому аналиту в упомянутом образце.

Конкретные и предпочтительные объекты изобретения изложены в независимых и зависимых пунктах сопровождающей формулы изобретения. Признаки из зависимых пунктов формулы могут быть скомбинированы с признаками независимых пунктов формулы и с признаками других зависимых пунктов формулы сообразно обстоятельствам, а не только так, как явно изложено в формуле изобретения. Идеи настоящего изобретения позволяют разработку усовершенствованных способов и аппаратов для обнаружения химических, биологических и/или биохимических частиц.

Вышеуказанные и другие характеристики, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного вместе с сопровождающими чертежами, которые иллюстрируют в качестве примера принципы изобретения. Это описание дается только в качестве примера, не ограничивая объем изобретения. Ниже указанные ссылки на фигуры относятся к приложенным чертежам.

Краткое описание чертежей

Фиг.1а и Фиг.1b являются схематическими представлениями примерной системы обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения (фиг.1а) и увеличенным видом его компонента датчика (фиг.1b).

Фиг.2 - схематическое представление компонента устройства обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения до транспортировки магнитных и/или электрических меток.

Фиг.3 - схематическое представление компонента устройства обнаружения в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения после транспортировки магнитных и/или электрических меток.

Фиг.4 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего средство управления текучей средой, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.5 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего управляющие потоком текучей среды составляющие, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.6 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего множественные реакционные вместилища, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.7 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего множественные вместилища обнаружения, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.8 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, содержащего средство обнаружения текучей среды, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.9 - схематическое представление компонента устройства обнаружения, выполненного с возможностью обеспечения увеличения метки, в соответствии с частным вариантом реализации первого объекта настоящего изобретения.

Фиг.10а и Фиг.10b - блок-схемы способов обнаружения молекул-мишеней в образце в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения.

На различных фигурах одинаковые ссылочные обозначения относятся к тем же самым или аналогичным элементам.

Подробное описание вариантов реализации

Настоящее изобретение будет описано по отношению к частным вариантам реализации и со ссылкой на определенные чертежи, но изобретение ограничивается не ими, а только формулой изобретения. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничение объема изобретения. Описанные чертежи являются только схематическими, а не ограничивающими. На чертежах размер некоторых элементов может быть преувеличенным и показанным не в масштабе в иллюстративных целях. Когда в данном описании и формуле изобретения используется термин «содержащий», то он не исключает других элементов или этапов. Там, где существительное использовано в единственном числе, это охватывает и множественное число этого существительно, если специально не оговорено иное.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п.в описании и в формуле изобретения используются для различения подобных элементов, а не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что используемые таким образом термины взаимозаменяемы при соответствующих обстоятельствах и что описанные здесь варианты реализации изобретения могут функционировать в последовательностях, отличающихся от описанных или проиллюстрированных здесь.

Следующие термины или определения даны исключительно для способствования пониманию изобретения. Эти определения не следует рассматривать как имеющие меньший объем, чем понимаемый средним специалистом в данной области техники.

Используемый здесь термин «вместилище» относится к тому пространству (месту), где могут присутствовать компоненты анализа или образца, такому как, например, реакционный объем и объем обнаружения. Таким образом, вместилище представляет собой нечто для приема или содержания в нем вещества. Вместилище может быть закрытым или открытым. Оно может быть, например, камерой. Это не обязательно означает, что должны иметься стенки, хотя это может быть и так. Им также может быть лунка, такая как, например, лунка в формате титрационного микропланшета, или любой другой подходящий контейнер.

Используемый здесь термин «образец» относится к составу, который может содержать по меньшей мере один представляющий интерес аналит. Образец предпочтительно представляет собой текучую среду, называемую также «текучей средой образца», например водный состав.

Используемый здесь термин «аналит» относится к субстанции, присутствие, отсутствие или концентрация которой должны быть определены в соответствии с настоящим изобретением. Типичные аналиты могут включать, но не ограничиваются ими, малые органические молекулы, метаболиты, такие как глюкоза или этанол, белки, пептиды, фрагменты нуклеиновых кислот, молекулы, такие как малые молекулы фармацевтических препаратов, антибиотики или лекарственные средства (наркотики), молекулы с регулирующим эффектом в ферментативных процессах, такие как промоторы (стимуляторы), активаторы, ингибиторы или кофакторы, вирусы, бактерии, клетки, компоненты клеток, клеточные мембраны, споры, ДНК, РНК, микроорганизмы и их фрагменты и продукты, или любая субстанция, для которой могут быть разработаны участки присоединения, связывающие элементы или рецепторы (такие как антитела). Присутствие, отсутствие или концентрация аналита могут быть определены непосредственно посредством оценки присутствия, отсутствия или концентрации самого аналита или альтернативно могут быть определены косвенно посредством оценки присутствия, отсутствия или концентрации мишени или молекулы-мишени.

Используемый здесь термин «мишень» или «молекула-мишень» относится к субстанции, присутствие, отсутствие или концентрация которой фактически определяют в соответствии с настоящим изобретением. Термин «молекула-мишень» следует рассматривать шире, и это может быть, например, отдельная молекула, может быть кластер молекул, может быть комплекс молекул, может быть молекула, внедренная в другой материал, такой как субстрат, и т.д. Мишень и аналит могут быть идентичными, или же мишень может быть показателем присутствия или отсутствия аналита. В частности, мишени, такие как белки или ДНК, могут быть отличительным компонентом или продуктом аналитов, таких как вирусы, бактерии или другие организмы, и поэтому могут быть показателем их присутствия. Там, где обнаружение вовлекает ферментативный анализ, мишень может быть продуктом ферментативного преобразования субстрата ферментом и поэтому может быть показателем количества субстрата или активности фермента. Молекулы-мишени могут также быть полимерами, ионами металлов и органическими веществами с низкой молекулярной массой, такими как токсины, запрещенные наркотики и взрывчатые вещества, которыми изобретение, конечно же, не ограничивается. Во время анализа обнаружением мишень может стать меченой, испуская обнаружимый (различимый) сигнал. Мишень может также быть сохранена или стать иммобилизованной на поверхности обнаружения как часть биологически активного покрытия.

Используемый здесь термин «метка» относится к молекуле или материалу, способным создавать обнаружимый сигнал или способным связываться с другой молекулой или образовывать комплекс, который создает обнаружимый сигнал. Подходящие метки для использования в различных системах и способах обнаружения по настоящему изобретению многочисленны и широко описаны в данной области техники. Они могут быть оптическими метками, радиоактивными метками, магнитными и/или электрическими метками и т.д. Метки могут быть непосредственными (прямыми) метками, которые могут быть непосредственно обнаружены датчиком. Альтернативно метки могут быть косвенными метками, которые становятся обнаружимыми после последующего процесса проявления. Как правило, метка, используемая в способах по настоящему изобретению, представляет собой мишень-специфичную метку, то есть способную специфично связываться с мишенью. Однако также предусмотрено, что если мишень присутствует в очищенном виде, достаточно, чтобы метка связывалась с мишенью. Магнитные метки, предусмотренные в рамках контекста настоящего изобретения, включают в себя, но не ограничиваются ими, металлические или магнитные бусинки или наночастицы. Магнитная метка может включать в себя любую подходящую форму одной или более магнитных частиц или намагничиваемых частиц, например магнетик, диамагнетик, парамагнетик, суперпарамагнетик, ферромагнетик, то есть любой вид магнетизма, который создает магнитный момент в магнитном поле, либо постоянно либо временно. Примерами подходящего материала магнитной метки являются, например, бусинки Fе₃О₄. Размер магнитной метки не является критичным в большинстве вариантов реализации, но предпочтительно она может быть небольшого размера, например, имея наибольший диаметр в диапазоне от 5 нм до 5000 нм, более предпочтительно от 50 нм до 1000 нм. Обнаружение магнитной метки обычно проводят приложением электрического или магнитного, или электромагнитного поля и использованием магнитного или немагнитного, например, оптического или акустического датчика. Акустическое и/или звуковое обнаружение меток также может быть использовано. Если специально не оговорено, то магнитная метка относится к молекуле или материалу как таковым, не связанным ковалентно с зондом. Магнитная метка может быть прикреплена к зонду, зонду захвата, субстрату, мишени или аналиту, предпочтительно с помощью ковалентной связи, но также возможны и другие типы связи, такие как водородная связь. В зависимости от типа выполняемого анализа меченые молекулы-мишени либо связываются с иммобилизованными зондами захвата (сэндвич-анализ) либо конкурируют с аналогами мишени за связывание с зондами захвата (конкурентный анализ). После удаления избыточной (несвязанной) магнитной метки измеряют количество связанной магнитной метки. Таким образом, анализы связывания обычно могут задействовать сцепление магнитно-меченых связывающих молекул с твердым субстратом в количествах, отражающих концентрацию или присутствие молекулы-мишени. Альтернативно магнитно-меченые связывающие молекулы, такие как магнитно-меченые аналоги мишени, могут быть связаны с поверхностью обнаружения, и вытеснение или подавление магнитно-меченых аналогов мишени молекулами-мишенями может привести к уменьшению магнитных меток вблизи поверхности обнаружения. Было описано большое число разновидностей методологий анализа связывания и все они находятся в пределах объема настоящего изобретения. Различные типы анализов связывания и высвобождения могут использовать магнитные метки, которые обладают оптическими свойствами, такие как, например, флуоресцентные, хромогенные, рассеивающие, поглощающие, преломляющие, отражающие, SERRS-активные или (био)хемилюминесцентные метки, молекулярные маяки, радиоактивные метки или ферментативные метки. Оптически активные метки обычно могут испускать свет, обнаруживаемый детектором, например, в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Однако изобретение этим не ограничивается, и оптические метки в данной заявке могут относится к меткам, излучающим в любом подходящем и обнаружимом диапазоне длин волн электромагнитного спектра. Альтернативно магнитным меткам или в дополнение к ним могут использоваться электрические метки. Электрические метки относятся к меткам, имеющим обнаружимое свойство заряда, свойство диэлектрика, свойство переноса заряда или свойство создания заряда (например, с помощью редокс-активной составляющей, т.е. активной в окислительно-восстановительных реакциях). Электрические метки дополнительно могут иметь характеристики и признаки, идентичные или подобные описанным выше меткам.

Используемый здесь термин «зонд» относится к связывающей молекуле, которая специфично связывает молекулу-мишень. Зонды, предусмотренные в рамках контекста настоящего изобретения, включают в себя биологически активные составляющие, такие как целые антитела, фрагменты антител, такие как Fab-фрагменты (антигенсвязывающие домены), одноцепочечный Fv-фрагмент, отдельные вариабельные домены, VHH, антитела тяжелой цепи, пептиды, антигенные детерминанты (эпитопы), мембранные рецепторы или любой тип рецептора или его участок, захватывающиеся субстратом мутанты фермента, целые антигенные молекулы (гаптены) или антигенные фрагменты, олигопептиды, олигонуклеотиды, мимеотопы, нуклеиновые кислоты и/или их смеси, способные селективно связываться с потенциальной молекулой-мишенью. Антитела могут быть переведены в небелковые соединения, а также в белки или пептиды. Зонды обычно представляют собой имунореактивные или реакционноспособные за счет аффинности члены связывающихся пар. Природа зонда будет определяться природой подлежащей обнаружению мишени. Наиболее часто зонд разрабатывается исходя из специфичного взаимодействия с мишенью, такого как, но не ограничиваясь ими, связывания антитело-антиген, комплементарных последовательностей нуклеотидов, углевод-лектин, комплементарных последовательностей пептидов, лиганд-рецептор, кофермент-фермент, ферментные ингибиторы-фермент и т.д. Зонды также включают в себя «зонды захвата» для иммобилизации мишеней и/или меченых мишеней на поверхности обнаружения посредством событий распознавания или связывания. Зонды и зонды захвата могут быть мечеными. Когда молекула-мишень иммобилизована через связывание с зондом захвата, образующийся комплекс называют «комплексом захвата мишени». К