含有干擾顆粒的流體的處理的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于處理含有干擾顆粒的流體，例如用于處理包含血紅細(xì)胞(C)的血液的方法及處理裝置。將磁性顆粒(MP)添加到流體中并且借助于阻擋區(qū)(BZ)中的磁場(chǎng)分布磁性顆粒，以阻礙、優(yōu)選完全防止干擾顆粒(C)遷移通過(guò)所述阻擋區(qū)(BZ)。因此，阻擋區(qū)(BZ)用作過(guò)濾元件，通過(guò)所述過(guò)濾元件可以將所述干擾顆粒(C)例如保持遠(yuǎn)離處理室表面的檢測(cè)區(qū)(117)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】含有干擾顆粒的流體的處理

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理包含干擾所述處理的顆粒的流體的方法及處理裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] W0 2008/044214 A1公開(kāi)了用于檢測(cè)樣本流體中的目標(biāo)成分的生物傳感器。將磁 性顆粒作為干試劑設(shè)置在帶有捕獲抗體的表面的頂部的層內(nèi)。當(dāng)添加樣本流體時(shí)，磁性顆 粒迅速溶解（solve)并且分布到整個(gè)流體中，以使磁性顆粒上的結(jié)合位點(diǎn)可以與樣本的目 標(biāo)成分結(jié)合。然后，磁性顆粒通過(guò)磁力被吸引到捕獲抗體上，在捕獲抗體上進(jìn)行進(jìn)一步結(jié) 合。然后，例如通過(guò)受抑全內(nèi)反射（FTIR)檢測(cè)結(jié)合到所述表面的目標(biāo)成分。
[0003] 當(dāng)處理全血之類(lèi)的樣本流體時(shí)，目標(biāo)成分通常為血漿中的物質(zhì)，而血細(xì)胞為擾亂 檢測(cè)過(guò)程的顆粒。因此，血液之類(lèi)的樣本通常在檢測(cè)前必須過(guò)濾以除去擾亂顆粒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供對(duì)含有影響預(yù)期處理的顆粒的流體進(jìn)行簡(jiǎn)單高效處理的裝 置。
[0005] 該目的通過(guò)如權(quán)利要求1所述的方法、權(quán)利要求3所述的處理裝置以及權(quán)利要求 15所述的用途得以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了優(yōu)選的實(shí)施方案。
[0006] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及用于處理含有顆粒的流體的方法。因?yàn)榧俣ㄋ鲱w粒 以某種方式干擾所述流體的預(yù)期處理，所以在下文中為了便于引用將這些顆粒稱(chēng)為"干擾 顆粒"。雖然所述干擾通常是消極的（阻礙所述處理），本發(fā)明還包括積極干擾，在積極干擾 中所述干擾顆?？梢灾С诸A(yù)期處理或者甚至可以是所述處理的對(duì)象。干擾顆粒一般可以包 括單一原子或分子。但是通常干擾顆粒是更大的、直徑為約數(shù)納米至毫米（或更大）的原 子的聚集體。干擾顆?？梢跃哂芯坏幕瘜W(xué)組成或者可以是類(lèi)似生物細(xì)胞的復(fù)雜聚集體。 流體的典型實(shí)例為全血，其中所述處理包括檢測(cè)血漿中的目標(biāo)成分，而細(xì)胞（例如紅細(xì)胞 和白細(xì)胞）則構(gòu)成了擾亂檢測(cè)過(guò)程的"干擾顆粒"。
[0007] 本發(fā)明的方法應(yīng)包括以下步驟：
[0008] a)在處理室中提供待處理流體。所述處理室通常為空腔或填充有類(lèi)似凝膠的可以 吸收物質(zhì)的某種物質(zhì)的腔；它可以是開(kāi)放腔、密閉腔或者通過(guò)流體連接通道連接到其他腔 的腔。
[0009] b)在上述處理室中提供磁性顆粒。術(shù)語(yǔ)"磁性顆粒"應(yīng)該包括永磁顆粒和可磁化 顆粒，例如超順磁珠。通常磁性顆粒的尺寸范圍為3nm-50 i! m。
[0010] C)在處理室內(nèi)的（二維或三維）區(qū)域（以下稱(chēng)為"阻擋區(qū)"）中分布上述磁性顆 粒，以阻礙，優(yōu)選防止，干擾顆粒遷移通過(guò)所述阻擋區(qū)。
[0011] 應(yīng)該注意的是，所述方法的上述步驟可以按所列順序或任何其他合適的順序執(zhí) 行。特別地，可以在流體之前提供磁性顆?；蛘呖梢酝瑫r(shí)提供這兩種成分。磁性顆粒可以 作為干試劑提供或作為濕試劑（即溶解在某種載體流體中）提供。當(dāng)磁性顆粒分布在阻擋 區(qū)時(shí)，通常將它們?nèi)芙庠诖幚淼牧黧w中。
[0012] "將磁性顆粒分布在阻擋區(qū)中"應(yīng)該是指：
[0013] -產(chǎn)生分布磁性顆粒的排列方式（從某種其他排列方式開(kāi)始，例如在存儲(chǔ)區(qū)中的 聚集狀態(tài)）
[0014] -和/或?qū)⑦@種排列方式維持延長(zhǎng)的（可能是無(wú)限長(zhǎng)的）一段時(shí)間，特別是在預(yù)期 處理步驟期間。
[0015] 所述方法的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)阻擋區(qū)控制干擾顆粒在處理室內(nèi)的分布，所述阻擋區(qū) 影響著干擾顆粒的遷移并因此影響干擾顆粒的空間分布。如果干擾顆粒消極地影響著流體 的預(yù)期處理，那么，例如可以將它們保持遠(yuǎn)離所述處理區(qū)。如果干擾顆粒積極地影響著所述 處理或者甚至所述處理需要它們，相反地，它們?cè)谔幚韰^(qū)中的濃度可以增大。因此可以通過(guò) 所述阻擋區(qū)實(shí)現(xiàn)相對(duì)于干擾顆粒的流體過(guò)濾，而無(wú)需昂貴且占地的常規(guī)過(guò)濾器。
[0016] 例如，磁性顆粒在阻擋區(qū)的分布可以通過(guò)擴(kuò)散和/或重力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。如果磁性顆 粒的濃度和量足夠高（并且磁性顆粒不是太小以致迅速擴(kuò)散），尤其如此。然后，磁性顆粒 擴(kuò)散成云狀，所述云狀足夠密集以阻礙干擾顆粒遷移，并且所述云狀存在的時(shí)間也足夠長(zhǎng) 以進(jìn)行預(yù)期處理。如果重力將磁性顆粒向處理室的一個(gè)表面引導(dǎo)，這會(huì)穩(wěn)定該表面前的阻 擋區(qū)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)在阻擋區(qū)中產(chǎn)生和/或維持磁 性顆粒的分布。所述磁場(chǎng)可以直接容易地控制磁性顆粒以及磁性顆粒在阻擋區(qū)中的分布。 此外，這種方式的顆粒分布不依賴(lài)擴(kuò)散或重力。即使重力引導(dǎo)磁性顆粒（及干擾顆粒）遠(yuǎn) 離處理室的某個(gè)表面，還可以例如維持所述表面前的阻擋區(qū)。
[0018] 根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及用于處理含有干擾顆粒的流體的處理裝置，所述處理 裝置包括以下組件：
[0019] -處理室，在所述處理室中能夠提供流體及磁性顆粒。
[0020] -磁場(chǎng)發(fā)生器，用于在處理室中產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)將磁性顆粒分布在處理室內(nèi)的 阻擋區(qū)中，以阻礙干擾顆粒遷移通過(guò)所述阻擋區(qū)。磁場(chǎng)發(fā)生器可以包括例如永磁體或電磁 體。
[0021] 所述方法以及所述處理裝置是同一發(fā)明構(gòu)思（即通過(guò)磁性顆粒的阻擋區(qū)控制干 擾顆粒的遷移）的不同實(shí)現(xiàn)方式。因此，為一種實(shí)現(xiàn)方式提供的解釋和定義也適用于另一 種實(shí)現(xiàn)方式。
[0022] 在下文中將對(duì)本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，這些實(shí)施方案既涉及以上定 義的方法也涉及以上定義的處理裝置。
[0023] 相較于干擾顆粒在處理室內(nèi)剩余流體中的遷移（即擴(kuò)散或重力），所述阻擋區(qū)應(yīng) 阻礙干擾顆粒的遷移。就數(shù)量而言，這意味著干擾顆粒穿過(guò)阻擋區(qū)外（但在處理室內(nèi)）某 個(gè)給定區(qū)域的轉(zhuǎn)移率（顆粒/秒）應(yīng)大于穿過(guò)阻擋區(qū)內(nèi)同樣大小以及形狀的區(qū)域的干擾顆 粒的轉(zhuǎn)移率。例如，阻擋區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)移率可以小于流體內(nèi)"自由"轉(zhuǎn)移率的約90%，優(yōu)選小于 流體內(nèi)"自由"轉(zhuǎn)移率的約50%。最優(yōu)選地，在干擾顆粒根本不能遷移通過(guò)阻擋區(qū)（而流體 的其他成分可以通過(guò)）、相應(yīng)的轉(zhuǎn)移率為零這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，阻礙為最大或者接近最大。
[0024] 通常，可以通過(guò)任意物理和/或化學(xué)作用來(lái)阻礙干擾顆粒在阻擋區(qū)中遷移。在優(yōu) 選的實(shí)施方案中，磁性顆粒的作用就像一個(gè)帶孔的常規(guī)過(guò)濾器，依賴(lài)于其尺寸，干擾顆?？?以通過(guò)這些孔或者不能通過(guò)這些孔。由于阻擋區(qū)通常不具有永久性靜態(tài)磁性顆粒排列，常 規(guī)過(guò)濾器的孔徑對(duì)應(yīng)于阻擋區(qū)內(nèi)鄰近磁性顆粒和/或磁性顆粒團(tuán)簇（鏈）之間的平均距 離。優(yōu)選地，阻擋區(qū)內(nèi)鄰近磁性顆粒和/或磁性顆粒團(tuán)簇之間的平均距離〃 A 〃應(yīng)小于干擾 顆粒的平均直徑〃d〃的五倍（式：A彡5d)，最優(yōu)選為小于d(A彡d)。在本申請(qǐng)中，假定 所有磁性顆粒/團(tuán)簇在簡(jiǎn)單立方晶體結(jié)構(gòu)中的阻擋區(qū)具有均勻分布，阻擋區(qū)內(nèi)鄰近的磁性 顆粒和/或磁性顆粒團(tuán)簇之間的平均距離可以定義為例如鄰近磁性顆粒/團(tuán)簇之間的最小 距離。單一干擾顆粒的直徑例如可以定義為完全容納干擾顆粒的最大球體的直徑；"平均直 徑"為所有這些單個(gè)顆粒直徑的平均值。當(dāng)鄰近的磁性顆粒/團(tuán)簇之間的平均距離△足夠 小時(shí)，阻擋區(qū)將作為干擾顆粒的過(guò)濾器，（幾乎）完全阻擋干擾顆粒轉(zhuǎn)移。在血液作為待處 理流體并且紅細(xì)胞作為"干擾顆粒"的情況下，阻擋區(qū)內(nèi)磁性顆粒之間的平均距離△應(yīng)例 如低于約2iim。
[0025] 在處理室內(nèi)可以對(duì)流體進(jìn)行任何類(lèi)型的處理，包括整體地（in the bulk)對(duì)流體 成分進(jìn)行物理和/或化學(xué)轉(zhuǎn)化或操縱。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少部分處理可以在處理室 表面上的稱(chēng)為"處理區(qū)"的區(qū)域中進(jìn)行，其中所述處理區(qū)可以在處理室整個(gè)表面上或僅在有 限區(qū)域延伸，可以特別制備所述有限區(qū)域。
[0026] 在上述具有處理區(qū)的實(shí)施方案中，阻擋區(qū)可以位于所述處理區(qū)的前面，因此影響 著干擾顆粒向處理區(qū)的遷移或遠(yuǎn)離處理區(qū)的遷移（取決于干擾顆粒在阻擋區(qū)的哪一側(cè)被 捕獲）。因此，在阻擋區(qū)的輔助下可以控制處理區(qū)的干擾顆粒的濃度。
[0027] 所述處理區(qū)相對(duì)于重力優(yōu)選位于阻擋區(qū)的上方。然后將干擾顆粒的沉降從處理區(qū) 引導(dǎo)開(kāi)，因此支持干擾顆粒與所述區(qū)域分離。重力對(duì)磁性顆粒的作用可以例如通過(guò)磁力進(jìn) 行補(bǔ)償，所述重力作用將阻擋區(qū)移動(dòng)遠(yuǎn)離所述處理區(qū)。
[0028] 處理區(qū)可以包括待處理流體的目標(biāo)成分的結(jié)合位點(diǎn)。然后，可以在處理區(qū)中固定 感興趣的成分以進(jìn)行進(jìn)一步（表面特異的）的操縱和/或檢測(cè)步驟。
[0029] 參數(shù)檢測(cè)或感測(cè)是流體"處理"的一個(gè)重要實(shí)例。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，處 理裝置可以因此包括用于檢測(cè)流體的目標(biāo)成分的檢測(cè)單元。結(jié)合以上實(shí)施方案，特別可以 在處理室表面的處理區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，并且所述檢測(cè)可以特別涉及結(jié)合到結(jié)合位點(diǎn)的流體的目 標(biāo)成分。
[0030] 任選地，上述檢測(cè)單元可以包括光學(xué)傳感器、磁敏傳感器、力學(xué)傳感器、聲學(xué)傳感 器、熱傳感器和/或電傳感器。磁敏傳感器特別地可以包括W0 2005/010543 A1或者TO 2005/010542 A2中所述種類(lèi)的線(xiàn)圈、霍爾傳感器（Hall sensor)、平面霍爾傳感器、磁通門(mén) 傳感器、SQUID (超導(dǎo)量子干涉裝置）、磁共振傳感器、磁限制傳感器（magneto-restrictive sensor)或磁阻傳感器（magneto-resistive sensor)，尤其是 GMR(巨磁電阻）、TMR(隧 道磁電阻）或AMR(各向異性磁電阻）。光學(xué)傳感器可以特別地適于檢測(cè)由于感測(cè)表面 的目標(biāo)顆粒導(dǎo)致的受抑全內(nèi)反射（FTIR)引起的輸出光束變化。W0 2008/155716 Al、TO 2009/016533A2或W0 2008/072156 A2對(duì)這種方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 阻擋區(qū)可以位于處理室的內(nèi)部，因此在處理室的周邊留出自由通道（用于干擾顆 粒）。這種泄漏式結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)并且足以獲得有限時(shí)期的干擾顆粒的期望非均勻分布。阻 擋區(qū)可以在（?。z測(cè)區(qū)前面構(gòu)成例如一種（大）傘形結(jié)構(gòu)，以將干擾顆粒有效地保持遠(yuǎn) 離所述處理區(qū)的同時(shí)進(jìn)行期望的處理步驟。
[0032] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，阻擋區(qū)在處理室壁間延伸，以將處理室分成兩個(gè)不 相連的體積的方式進(jìn)行（其中"不相連的"意思是沒(méi)有不穿過(guò)阻擋區(qū)而貫穿處理室的連接 路徑）。以這種方式，可以將所述兩個(gè)體積之間的干擾顆粒的不均勻分布維持任意時(shí)長(zhǎng)。如 果一個(gè)體積包括例如上述處理區(qū)，可以永久地將干擾顆粒保持遠(yuǎn)離所述體積。
[0033] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在添加待處理流體以前，可以將磁性顆粒作為干試 劑設(shè)置在處理室表面上。當(dāng)處理室包括在某個(gè)預(yù)制元件（例如某個(gè)檢測(cè)裝置中用于研究生 物樣本的一次性盒（cartridge))中時(shí)，這種方法特別適用。然后，用戶(hù)只需向預(yù)制盒添加 手邊的樣本流體，并且無(wú)需單獨(dú)添加磁性顆粒的步驟。
[0034] 在上述實(shí)施方案中，如果處理室包括處理室表面的處理區(qū)，可以在所述處理區(qū)上 特別設(shè)置磁性顆粒作為干試劑。如果向該設(shè)置添加流體，所述處理區(qū)與流體隔離直到磁性 顆粒已經(jīng)溶解（dissolved)。但是，如果溶解的磁性顆粒立即分布到處理區(qū)前的阻擋區(qū)中， 就可以維持所述處理區(qū)對(duì)干擾顆粒的隔離。
[0035] 在替代的實(shí)施方案中，可以將磁性顆粒作為干試劑設(shè)置在處理區(qū)旁邊。然后，添加 到處理室的流體能夠接觸處理區(qū)，直到磁性顆粒的阻擋區(qū)或許稍后可以影響處理室內(nèi)干擾 顆粒的分布。
[0036] 可以在處理室內(nèi)的固定位置設(shè)置阻擋區(qū)。替代地，可以在處理室內(nèi)移動(dòng)阻擋區(qū)以 生成某種期望的干擾顆粒分布。相應(yīng)地，通過(guò)控制處理室內(nèi)的磁場(chǎng)，可以容易地獲得阻擋區(qū) 的固定位置以及期望移動(dòng)。
[0037] 例如，可以使用阻擋區(qū)來(lái)收集和/或集中處理室某個(gè)子體積里的干擾顆粒。當(dāng)將 磁性顆粒作為干試劑最初設(shè)置在處理區(qū)旁邊時(shí)，可以將阻擋區(qū)（其在添加流體并且磁性顆 粒溶解后形成）移到處理區(qū)前，將干擾顆粒從那里推離。
[0038] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，引入待處理流體之前，在處理室中產(chǎn)生磁性顆粒 阻擋區(qū)。這要求磁性顆粒本來(lái)能夠在某種載體或溶劑中移動(dòng)（例如，因?yàn)榇判灶w粒作為濕 試劑提供和/或因?yàn)橐呀?jīng)向包含磁性顆粒作為干試劑的處理室添加了溶劑）。磁性顆粒的 阻擋區(qū)的早期生成的優(yōu)點(diǎn)是從一開(kāi)始，即添加流體的那一刻，就可以控制干擾顆粒的分布。
[0039] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供具有待處理流體的目標(biāo)成分結(jié)合位點(diǎn)的磁性 標(biāo)記顆粒。相應(yīng)地，所述目標(biāo)成分可以特異性地結(jié)合到磁性標(biāo)記顆粒上，這允許通過(guò)磁力操 縱它們和/或通過(guò)附著磁性顆粒的性質(zhì)檢測(cè)它們。任選地，磁性標(biāo)記顆?？梢耘c構(gòu)成阻擋 區(qū)的磁性顆粒相同。更一般地，可以有僅用于建立阻擋區(qū)的磁性顆粒以及用于結(jié)合目標(biāo)成 分的磁性標(biāo)記顆粒，其中，沒(méi)有、有一些或全部磁性標(biāo)記顆粒可以額外被用來(lái)建立阻擋區(qū)。
[0040] 待處理流體可以特別地包含生物流體，例如唾液、血液或尿液。這些生物流體通常 包含大量成分，其中一些成分是測(cè)定的目標(biāo)，所述測(cè)定受到其他成分的擾亂。用本發(fā)明的方 法，可以控制擾亂成分，即"干擾顆粒"，以減小它們的擾亂效應(yīng)。
[0041] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及上述處理裝置在分子診斷學(xué)、生物樣本分析、化學(xué)樣本分析、食 品分析和/或法醫(yī)分析中的用途。例如，可以借助于直接或間接附著到目標(biāo)分子的磁珠或 熒光顆粒完成分子診斷學(xué)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042] 通過(guò)參考下述實(shí)施方案，本發(fā)明的這些方面以及其他方面將變得顯而易見(jiàn)并且得 到說(shuō)明。
[0043] 在附圖中：
[0044] 圖1示出了用于通過(guò)受抑全內(nèi)反射檢測(cè)樣本中目標(biāo)成分的處理裝置；
[0045] 圖2對(duì)由最初沉積在處理區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)的磁性顆粒生成的阻擋區(qū)進(jìn)行了圖示；
[0046] 圖3對(duì)由最初沉積在處理區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)旁邊的磁性顆粒生成的阻擋區(qū)進(jìn)行了圖 示；
[0047] 圖4對(duì)在處理室壁之間延伸的磁性顆粒生成的阻擋區(qū)進(jìn)行了圖示；
[0048] 圖5圖示了隔離處理區(qū)的磁性顆粒的阻擋區(qū)；
[0049] 圖6對(duì)應(yīng)用磁性顆粒和磁性標(biāo)記顆粒建立阻擋區(qū)進(jìn)行了圖示；
[0050] 圖7對(duì)平行于檢測(cè)表面的磁場(chǎng)的應(yīng)用以及使用磁性顆粒團(tuán)簇建立阻擋區(qū)進(jìn)行了 圖示；
[0051] 圖8示出了測(cè)定后全血中結(jié)合到結(jié)合區(qū)的磁性顆粒的顯微鏡圖像；
[0052] 圖9示出了測(cè)定中得到的用于檢測(cè)樣本中目標(biāo)成分的劑量-響應(yīng)曲線(xiàn)。
[0053] 圖中同樣的編號(hào)是指相同的或相似的組件。 具體實(shí)施方案
[0054] 許多生物傳感器是基于納米顆粒標(biāo)記，特別是可以用電磁場(chǎng)致動(dòng)的納米顆粒 (珠）。通常，使用可以結(jié)合特定分析物分子的抗體將磁珠功能化。所述磁珠被吸引到傳 感器表面，在所述傳感器表面所述顆?？梢蚤g接（通過(guò)捕獲的被分析物）或直接結(jié)合到所 述表面上印刷的捕獲探針（例如抗體）上。結(jié)合的磁珠數(shù)量與樣本中存在的被分析物分 子的量直接相關(guān)或負(fù)相關(guān)。然后，可以使用對(duì)接近表面的磁珠更敏感的任意技術(shù)來(lái)檢測(cè)所 述磁珠。例如，檢測(cè)技術(shù)可以基于倏逝光場(chǎng)（evanescent optical field),例如受抑全內(nèi)反 射（FTIR)，如同本 申請(qǐng)人:開(kāi)發(fā)的Magnotech?技術(shù)。另一個(gè)實(shí)例是應(yīng)用暗視野顯微鏡法 (DFM)。
[0055] 圖1示出了用于檢查血液的基于FTIR的生物傳感器設(shè)備100的示意性側(cè)視圖。處 理裝置或傳感器設(shè)備100包括讀取器150和一次性盒110。盒110可以由例如玻璃或類(lèi)似 聚苯乙烯的透明塑料制成。它包括處理室111，在處理室111中能夠提供具有待檢測(cè)目標(biāo)成 分（例如心肌肌鈣蛋白、藥物、抗體、DNA、甲狀旁腺激素（PTH)等）的血液樣本。樣本可以 進(jìn)一步包括磁性顆粒MP，例如超順磁珠，其中這些顆粒通常作為標(biāo)記結(jié)合到上述目標(biāo)成分。
[0056] 盒110包括由層113 (如帶）分開(kāi)的蓋112和底部單元114。所述盒是透明的并且 具有（部分地）鄰接所述處理室111的檢測(cè)表面115。檢測(cè)表面115上設(shè)置有多個(gè)處理區(qū) 117(圖2-6)。這些處理區(qū)包括結(jié)合位點(diǎn)116,例如抗體，其可以特異性地結(jié)合目標(biāo)成分。 [0057] 讀取器150包括用于發(fā)射"輸入光束" L1的光源151、用于檢測(cè)并且測(cè)量"輸出光 束" L2的光檢測(cè)器152以及用于評(píng)估光檢測(cè)器的信號(hào)的評(píng)估單元（未示出）。光源151產(chǎn) 生的輸入光束L1以大于全內(nèi)反射（TIR)的臨界角的角度到達(dá)檢測(cè)表面115,并且因此全部 內(nèi)反射為輸出光束L2。輸出光束L2離開(kāi)盒110并且由光檢測(cè)器例如相機(jī)152的感光像素 檢測(cè)。
[0058] 讀取器150進(jìn)一步包括磁場(chǎng)發(fā)生器，例如設(shè)置在所述盒底部和/或頂部的帶有線(xiàn) 圈和芯的電磁體153和154,用于在檢測(cè)表面115以及處理室111的鄰近空間可控地產(chǎn)生 磁場(chǎng)。電磁體153和154稱(chēng)合到控制器155,通過(guò)控制器155可以為它們提供合適的電流。 借助于產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可以操縱磁性顆粒，即磁化，特別是移動(dòng)（如果使用帶有梯度的磁場(chǎng)）。 因此，例如可以將磁性顆粒吸引到檢測(cè)表面115以將相關(guān)目標(biāo)成分加速結(jié)合到所述表面。
[0059] 使用設(shè)備100的典型測(cè)定包括以下步驟：（1)涂覆有針對(duì)目標(biāo)成分的一級(jí)抗體的 磁珠分散在樣本液體中并且與目標(biāo)結(jié)合；（2)頂部線(xiàn)圈和底部線(xiàn)圈以脈沖方式致動(dòng)磁性顆 粒，結(jié)果磁性顆粒與傳感器表面結(jié)合，在所述傳感器表面上二級(jí)抗體可以與結(jié)合的目標(biāo)分 子結(jié)合；（3)將未結(jié)合的磁珠從傳感器表面除去并且使用倏逝場(chǎng)檢測(cè)結(jié)合的磁珠。在W0 2008/115723 A1中可以找到該過(guò)程的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，W0 2008/115723 A1以引用的方式 并入本文中。
[0060] 當(dāng)應(yīng)使用上述類(lèi)型的生物傳感器來(lái)研究血液樣本時(shí)，通常需要過(guò)濾步驟以將包含 目標(biāo)成分的血漿和血細(xì)胞分離。在其內(nèi)部進(jìn)行測(cè)定的一次性盒110例如可以含有過(guò)濾單 元，所述過(guò)濾單元將血紅細(xì)胞和血漿分離，并且將血漿輸送到帶有磁性顆粒的處理室。這種 過(guò)濾單元是所述盒中相對(duì)昂貴的部分，因?yàn)樗枰喾N材料和工藝進(jìn)行組裝。但是，在血紅 細(xì)胞的存在下不能進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)閕)磁性顆粒可以非特異性地結(jié)合到血紅細(xì)胞，并且ii) 血紅細(xì)胞在空間上阻礙了磁性顆粒，這抑制了這些顆粒的移動(dòng)以及與傳感器表面的結(jié)合。 此外，對(duì)微流體通道和處理室進(jìn)行毛細(xì)管填充之前的過(guò)濾過(guò)程是緩慢的過(guò)程（其能占用5 分鐘總測(cè)定時(shí)間中的1分鐘），（通過(guò)改變填充次數(shù)以及保留被分析物分子）導(dǎo)致了不精 確，并且效率低下（25 y L的血液輸入僅產(chǎn)生2 y L的血漿輸出）。
[0061] 為了解決以上問(wèn)題，建議使用磁性顆粒作為過(guò)濾器，從而避免需要單獨(dú)的、昂貴的 過(guò)濾單元。通過(guò)提供靠近檢測(cè)區(qū)域的帶有高密度磁性顆粒（多層顆粒）的層，防止了血紅 細(xì)胞或其他"干擾顆粒"到達(dá)檢測(cè)區(qū)域并因此防止它們抑制測(cè)定。
[0062] 圖2包括作為過(guò)濾器的磁性顆粒MP的示意圖。在涂覆于傳感器表面115上的"處 理區(qū)"或"結(jié)合區(qū)"117中的捕獲分子116(抗體層）頂部的密集層中以干燥形式提供磁性 顆粒MP。當(dāng)處理室填充有全血時(shí)，磁性顆粒會(huì)再分散。
[0063] 圖2a)示出了添加待處理流體（即血液樣本）后即刻的處理室。血液樣本包含血 紅細(xì)胞C以及血漿中的目標(biāo)分子T。
[0064] 圖2b)示出了磁性顆粒MP再分散時(shí)的情況。磁性顆粒分布成磁性顆粒MP的密集 層，在下文中稱(chēng)為"阻擋區(qū)"BZ。血紅細(xì)胞C不能滲透該阻擋區(qū)，而含有目標(biāo)分子的血漿可 以。此后，可以致動(dòng)磁性顆粒，在此期間最頂層的顆粒防止血紅細(xì)胞與使用底部顆粒進(jìn)行的 測(cè)定相互作用。
[0065] 在圖2b)中，示出了干擾顆粒C的（平均）直徑d以及阻擋區(qū)BZ中鄰近的磁性顆 粒MP之間的（平均）距離A。如果A彡d，即阻擋區(qū)的"孔"小于干擾顆粒，可以完全防 止干擾顆粒C通過(guò)阻擋區(qū)。
[0066] 應(yīng)注意的是，磁珠在外部磁場(chǎng)中通常形成鏈（團(tuán)簇），并且鏈之間具有一定的間隙 尺寸。因此，圖中的"磁性顆粒MP"（圓圈）還可以由幾個(gè)單獨(dú)磁性顆粒形成的鏈取代。然 后，這些鏈之間的間隙尺寸起到上述"距離A "的作用（參見(jiàn)圖7)。
[0067] 雖然圖2a)示出將磁性顆粒MP用作干試劑層，但還可以使用濕試劑，使用濕試劑 時(shí)首先將含有磁性顆粒的流體提供給處理室。然后，磁性顆粒被磁性吸引到表面，之后將血 液施加到處理室。
[0068] 除結(jié)合區(qū)中的捕獲探針頂部以外，還可以將磁性顆粒存儲(chǔ)在不同的位置。圖3a) 示出了將磁性顆粒最初提供在帶捕獲分子的結(jié)合區(qū)117旁邊的位置118。當(dāng)再分散期間磁 性顆粒MP(例如通過(guò)施加磁場(chǎng)或以較短的再分散時(shí)間）保留在密集層中時(shí)，所得的磁性顆 粒"塞子"或阻擋區(qū)BZ可以朝含有捕獲探針的檢測(cè)區(qū)117橫向移動(dòng)，從而將血紅細(xì)胞推出 檢測(cè)區(qū)。
[0069] 圖4a)_c)圖示了增大可用于測(cè)定的樣本流體的體積的方式?？梢詫ⅲɡ纾┳?初存儲(chǔ)在結(jié)合區(qū)的結(jié)合位點(diǎn)并作為密集阻擋區(qū)BZ的磁性顆粒MP (借助于磁場(chǎng)）推抵到血 紅細(xì)胞層上，因此產(chǎn)生了血紅細(xì)胞排除在外的更大體積（圖4b)。此后，可以進(jìn)行測(cè)定（圖 4c)。為了防止血紅細(xì)胞移動(dòng)到磁性顆粒下面，最好在受限區(qū)域（例如小室）內(nèi)進(jìn)行，在所 述受限區(qū)域中，磁性顆粒與壁（虛線(xiàn)）之間沒(méi)有空間。
[0070] 圖5示出了另一個(gè)選擇。這里，磁性顆粒MP的阻擋區(qū)或?qū)覤Z的尺寸比捕獲探針 層117大得多，以致于即使一些血紅細(xì)胞C在磁性顆粒層BZ的邊緣下面，中心處（即帶捕 獲探針的檢測(cè)區(qū)117)也沒(méi)有血紅細(xì)胞存在。
[0071] 可以使用兩種不同類(lèi)型的磁性顆粒以代替使用相同磁性顆粒作為過(guò)濾器以及作 為可以結(jié)合到傳感器表面的捕獲顆粒。圖6對(duì)此進(jìn)行了圖示，根據(jù)圖6,磁性標(biāo)記顆粒MP的 層設(shè)置在構(gòu)成阻擋區(qū)BZ的（非功能化）磁性顆粒MPB的層的下面。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以 獨(dú)立地選擇靠近血紅細(xì)胞C的上層磁性顆粒MP的特性，例如顆粒數(shù)量、顆粒尺寸。此外，不 需要使用抗體將這些磁性顆粒功能化，并因此不會(huì)結(jié)合目標(biāo)分子，結(jié)果有更多的目標(biāo)分子 用于檢測(cè)。
[0072] 這兩層磁性顆粒MP、MPB可以作為干試劑進(jìn)行施加，先沉積第一磁性標(biāo)記顆粒MP 的第一層，然后沉積第二磁性顆粒MPB的第二層?？蛇x地，這些磁性顆?？梢宰鳛闈裨噭?施加，首先向表面吸引第一組磁性標(biāo)記顆粒MP，然后添加并且向表面吸引第二組磁性顆粒 MPB。
[0073] 圖7示意性地圖示了在使用磁性顆粒團(tuán)簇或鏈來(lái)代替單一磁性顆粒（事實(shí)上在大 多數(shù)情況下會(huì)觀察到磁性顆粒團(tuán)簇）時(shí)以上原則同樣適用。此外，假定施加的磁場(chǎng)B與檢 測(cè)表面115平行。
[0074] 在圖7a)中，只有底部磁體153是激活的。假定這是馬蹄形磁體153 (它的磁極位 于后面，垂直于附圖平面），其提供平行于檢測(cè)表面115(垂直于附圖平面）的磁場(chǎng)B。這意 味著接通磁場(chǎng)B時(shí)，磁珠MP會(huì)形成平行于檢測(cè)表面115的鏈CL。該圖示出了鏈CL的橫截 面。同時(shí)產(chǎn)生磁力，所述磁力將鏈吸引到表面115。
[0075] 磁鏈CL基本上會(huì)有鏈間（平均）寬度為A的細(xì)微間隙。所得結(jié)構(gòu)類(lèi)似于一維網(wǎng) 格。只要鏈間的間隙小于干擾顆粒C的最小尺寸d，就沒(méi)有顆粒C會(huì)通過(guò)。
[0076] 在圖7b)中，已經(jīng)將底部磁體153關(guān)閉并且將頂部磁體154接通。如果頂部磁體 為圓柱形磁體，會(huì)導(dǎo)致磁性顆粒鏈的堅(jiān)直排列，這種排列在阻擋干擾顆粒方面被證明作用 較小。因此也優(yōu)選使用馬蹄形磁體作為頂部磁體154。在這種情況下，維持磁珠團(tuán)簇的一維 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的同時(shí)，可以將它們移動(dòng)到盒頂部，"壓縮"干擾顆粒C。因此可以有效地移動(dòng)阻擋 區(qū)BZ。
[0077] 應(yīng)注意的是，還可以使用所述方法來(lái)防止其他大的微粒（而非血紅細(xì)胞）對(duì)磁性 顆粒測(cè)定的干擾。此外，這些測(cè)定可以受益于逆轉(zhuǎn)幾何（將圖1-7的設(shè)置相對(duì)于重力倒置）， 以使檢測(cè)表面處于頂部，并且重力可以將干擾顆粒（例如血紅細(xì)胞）基本上移開(kāi)所述檢測(cè) 表面。
[0078] 本發(fā)明可以通過(guò)飛利浦（Philips) Magnotech?技術(shù)而特別用于體外診斷（免 疫）測(cè)定中，用于檢測(cè)生物樣本中的生物標(biāo)記，例如檢測(cè)血液中的心肌肌鈣蛋白以對(duì)急性 心肌梗死進(jìn)行診斷。
[0079] 在下文中，將針對(duì)圖8和9對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。將抗心肌肌鈣蛋白I(cTnl)的抗體 施加到塑料盒的表面，適于和上述的FTIR或DFM檢測(cè)一起使用。在這些抗體頂部，施加并 干燥用抗cTnl抗體進(jìn)行功能化的大量磁性顆粒，從而形成密集層。將摻有10pM cTnl (或 沒(méi)有cTnl，作為陰性對(duì)照）的血液施加于所述盒，同時(shí)使用磁場(chǎng)將顆粒保持接近表面。然 后，允許磁性顆粒捕獲cTnl分子并且結(jié)合到表面上。使用磁性洗滌步驟去除表面上未結(jié) 合的磁性顆粒，并且使用DFM檢測(cè)技術(shù)對(duì)結(jié)合到表面的磁性顆粒的量進(jìn)行計(jì)數(shù)（參見(jiàn)TO 2011/036634A1)。
[0080] 圖8示出了在全血中使用10pM cTnl進(jìn)行測(cè)定后，DFM檢測(cè)結(jié)合到表面的顆粒的 實(shí)例。雖然還有許多顆粒在印刷有抗cTnl抗體的區(qū)域（頂部的圓形區(qū)域）以外結(jié)合，但可 以從捕獲點(diǎn)內(nèi)的顆粒數(shù)量減去外部信號(hào)（歸一化到所述檢測(cè)區(qū)域）。雖然未優(yōu)化測(cè)定，但可 以從背景結(jié)合中清晰地辨別10pM，估計(jì)檢測(cè)限約為lpM cTnl。
[0081] 圖9示出了所得的劑量-響應(yīng)曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)顯示出含有0或10pM cTnl的樣本中 的顆粒的檢測(cè)量N。上部的點(diǎn)表示直接（未校正）的結(jié)果，下部的點(diǎn)表示對(duì)在區(qū)域外側(cè)與抗 cTnl抗體結(jié)合進(jìn)行過(guò)校正的數(shù)據(jù)。
[0082] 雖然已經(jīng)在附圖以及上述說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行了詳細(xì)闡述和說(shuō)明了本發(fā)明，但這種闡述 和說(shuō)明是說(shuō)明性或示例性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方案。在實(shí)施所要 求保護(hù)的發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解并實(shí)施所公開(kāi)的實(shí)施方案的其他變化方案。在 權(quán)利要求中，詞語(yǔ)"包括"不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞"a"或"an"不排除復(fù)數(shù)。 在相互不同的從屬權(quán)利要求中提到某些措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán) 利要求中的任意附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 用于處理包含干擾顆粒（C)的流體的方法，假定所述干擾顆粒以某種方式干擾所述 流體的處理，所述方法包括以下步驟： a) 在處理室（111)中提供所述流體； b) 在處理室（111)中提供磁性顆粒（MP、MPB); c) 在所述處理室內(nèi)的阻擋區(qū)（BZ、BZ'）中分布所述磁性顆粒（MP、MPB)，以便在所述流 體的處理期間阻礙干擾顆粒（C)遷移通過(guò)所述阻擋區(qū)（BZ、BZ'）。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在阻擋區(qū)（BZ、BZ'）中產(chǎn)生和/或維持磁性顆粒（MP、MPB) 的分布。
3. 用于處理含有干擾顆粒（C)的流體的處理裝置（100)，假定所述干擾顆粒以某種方 式干擾所述流體的處理，所述處理裝置包括： a) 處理室（111)，在所述處理室中能夠提供流體和磁性顆粒（MP、MPB); b) 磁場(chǎng)發(fā)生器（153、154)，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)將磁性顆粒（MP、MPB)分布在處理 室內(nèi)的阻擋區(qū)（BZ、BZ'）中，以便在所述流體的處理期間阻礙干擾顆粒（C)遷移通過(guò)所述阻 擋區(qū)（BZ、BZ'）。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于，A為阻擋區(qū)（BZ、BZ'）中磁性顆粒（MP、MPB)之間和/或磁性顆粒團(tuán)簇 (CL)之間的平均距離，并且d為干擾顆粒（C)的平均直徑，以下關(guān)系式成立：A <5d，優(yōu)選 A彡d。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于所述處理室（111)的表面包括處理區(qū)（117)，在所述處理區(qū)中可以進(jìn)行流 體的處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法或處理裝置（100)， 其特征在于所述處理區(qū)（117)相對(duì)于重力位于阻擋區(qū)（BZ、BZ'）的上方。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法或處理裝置（100)， 其特征在于所述處理區(qū)（117)包括所述流體的目標(biāo)成分（T)的結(jié)合位點(diǎn)（116)。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于提供檢測(cè)單元（151U52)，用于檢測(cè)所述流體的目標(biāo)成分（T)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于所述阻擋區(qū)（BZ、BZ'）在處理室（111)的壁之間延伸，將處理室分成兩個(gè)不 相連的體積。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于添加所述流體之前，將所述磁性顆粒（MP)作為干試劑設(shè)置在處理室（111) 的表面上。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于將所述阻擋區(qū)（BZ、BZ'）移動(dòng)到處理室（111)內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于將所述流體引入處理室（111)之前產(chǎn)生阻擋區(qū)（BZ、BZ'）。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于提供磁性標(biāo)記顆粒（MP)，其具有所述流體的目標(biāo)成分（T)的結(jié)合位點(diǎn)。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法或者如權(quán)利要求3所述的處理裝置（100)， 其特征在于所述流體包括生物流體，特別是血液。
15. 如權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)所述的處理裝置（100)在分子診斷學(xué)、生物樣本分析、 化學(xué)樣本分析、食品分析和/或法醫(yī)分析中的用途。
【文檔編號(hào)】G01N33/543GK104395751SQ201380034659
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】T·H·埃弗斯, R·M·L·范利斯豪特, J·B·A·D·范佐恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司