基于超聲輔助金屬增強熒光（ＳＡＭＥＦ）的生物分析制造技術

本發明專利技術提供了超聲輔助金屬增強熒光、發光和／或化學發光分析系統，所述系統使用低強度超聲波，通過增加系統內分子的動力學運動，顯著減少了分析時間。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及金屬增強檢測系統以及用于增加所述檢測系統的靈敏度和快速性的方法，更具體來說，涉及組合使用超聲與金屬增強的熒光或化學發光檢測分析，以增加檢測系統的速度和靈敏度。相關
技術介紹
使用生物分析法鑒定和定量蛋白質和其他生物分子，在生物醫學和生物化學應用中是極為重要的H。熒光在大多數這樣的應用中是主流技術，其中目標生物分子通過其熒光團標記的結合配偶體的熒光發射進行檢測4’5。在平面表面上執行的基于熒光的生物分析一般靈敏度欠缺并需要昂貴的光學儀器6’7。此外，在這些分析中的生物識別事件固有地緩慢(幾分鐘至數小時)6’7。通過在這些分析中引入等離子體激元(plasmon)共振粒子(PSP)， 不使用尖端光學儀器即可改進基于熒光的分析的靈敏度8’9。靈敏度的提高可能是由熒光特征的增加和與PSP緊鄰放置的熒光團的壽命降低所造成的，這種現象被稱為金屬增強熒光 (MEF)8a°。在基于MEF的生物分析中，將PSP(—般為銀納粒)沉積在平面表面上，并在PSP 上建立生物分析8。因為大多數生物分子的尺寸小于PSP (20-100nm)，因此熒光團位于其發射將由于它們與PSP的表面等離子體激元的相互作用而增加的距離內1(1。盡管基于熒光的生物分析的靈敏度通過MEF來解決，但生物分析的速度仍然是有待克服的巨大挑戰。就此而言，一種將低功率微波加熱與MEF相結合的被稱為微波加速金屬增強熒光(MAMEF)11的新技術，顯示出將完成生物分析的時間減少到不到1分鐘。在MAMEF 中，分析組分的低功率加熱在主體(存在靶生物分子和熒光探針)與分析表面處的銀納粒 (存在捕獲探針)之間產生溫度梯度，其驅動靶生物分子和熒光探針朝向表面，并建立起生物分析“。微波加熱步驟可以對每種分析組分分別進行，或者對于三組分DNA雜交分析 (3-piece DNA hybridization assay)來說在一步中進行12。然而，幾個因素影響MAMEF技術的效率1)分析表面必須被改性以消除過度加熱(特別是在使用小體積液體進行的分析中)"，2)具有多個銳角的大型分析平臺13(例如高通量篩選孔)的加熱需要較長加熱時間， 這隨后導致樣品蒸發。在其中化學誘導的電子激發態的發光與金屬化粒子或表面中的表面等離子體激元耦合的表面等離子體激元耦合化學發光(SPCC)中，系統的動力學取決于沒有外部激發源即可出現的化學誘導電子激發態。但是，在化學發光系統中，檢測受到化學發光反應或探針的量子效率以及反應物耗盡前的時間的限制。因此，增加反應物的運動對于增加化學發光反應的速度將是有利的。就此而言，對于適用于所有可商購分析平臺而不犧牲樣品的更通用的技術，仍存在需求。專利技術概述本專利技術提供了超聲輔助金屬增強熒光、發光和/或化學發光分析系統，所述系統使用低強度超聲波，通過增加系統內分子的動力學運動，顯著減少了分析時間。一方面，本專利技術涉及一種分析檢測方法，所述方法包含提供導電金屬材料；其中所述金屬材料被成形為剛好連續的薄膜或粒子，包括納米結構、島狀物或膠體；導入至少一種用于布置在導電金屬材料附近的分子和/或熒光團，其中所述分子和/或熒光團能夠發光，并通過接近到距金屬材料約5nm到50nm范圍內而增強；施加超聲能量以引起包含分子的化學反應的動力學增加；以及測量從系統發出的光。上述方法可用于多種檢測系統，包括但不限于免疫分析、雜交分析、共振能量轉移分析、基于偏振/各向異性的分析、基于化學發光的分析、基于發光的分析和酶聯免疫吸附分析。另一方面，本專利技術提供一種檢測系統，所述系統包含位于容器內的導電金屬材料，其中所述金屬材料被造型成剛好連續的薄膜、粒子、 納米結構、島狀物或膠體；至少一種用于布置在導電金屬材料附近的生物分子，其中所述生物分子在被電磁源激發時能夠發光，并通過與金屬材料的預定接近度而增強；聲能量源，其引起流體中至少靠近金屬表面的生物分子的運動增加，從而增加包含生物分子的化學反應的動力學；以及測量從系統發出的光的測量裝置。在本實施方案中，生物分子包含外來或固有的熒光發射組分，其當與UV到頂范圍內的輻射接觸時具有發射熒光的能力。優選，熒光發射組分是不干擾生物分子的化學反應的分子。另一方面，本專利技術涉及減少用于檢測靶分子的金屬增強熒光分析的檢測時間的方法，所述方法包含向分析系統中使用的基材表面施加大量金屬粒子；將捕獲分子連接到金屬粒子上，其中捕獲分子對靶分子具有結合親和性；導入懷疑包含靶分子的溶液；向分析系統施加聲能，其時間足以增加分子向金屬粒子的運動，從而與捕獲分子結合；導入對靶分子具有親和性的熒光檢測劑分子，其中熒光檢測劑分子可以在施加聲能之前、期間或之后加入；以激發熒光分子的頻率施加電磁能；以及測量任何熒光信號。另一方面，本專利技術涉及金屬增強的熒光傳感的方法，所述方法包含向檢測系統中使用的表面基材施加導電金屬材料，其中所述表面包括玻璃、石英或聚合材料；導入含有至少一種用于布置在導電金屬表面附近的分子的溶液，其中所述分子能夠發射熒光或能夠與熒光發射分子結合；施加20至200kHz范圍內的聲能，以引起溶液中分子運動的增加，從而增加檢測系統內發生的任何化學反應的動力學；使用電磁源激發分子，引起熒光發射；以及測量系統內的熒光發射。在所有實施方案中，金屬材料可以包含銀、金、銅、鋅、鎳、鐵、鈀、鋁、鉬或任何顯示出等離子體激元發射的金屬。金屬材料可以采取金屬島、納米結構、膠體、多孔基質、浸滲在玻璃或聚合物表面內的金屬粒子和/或圖案形狀的金屬表面的形式。圖案形狀包括含有金屬的具有至少一個頂點的形狀，其中所述形狀包括但不限于三角形、正方形、長方形、梯形、多邊形、橢圓形、長橢圓形或其組合。此外，通過放置具有帶頂點區域的形狀的金屬結構、并將這些頂點區域定位成彼此鄰近和在其間產生反應性區， 可以增強發射和反應性。制備其間的反應性區是用于放置與靶分子互補的固定化捕獲分子。金屬結構在制造成包含用于形成反應性區的頂點區域的幾何形狀時，可以放置在具有多個孔的分析系統上，其中反應性區包括所述孔，而且暴露于低強度超聲增加了檢測分析的反應性并縮短了其完成時間。表面基材可以由聚合材料、玻璃、紙、硝酸纖維素、其組合或為金屬結構的放置提供足夠穩定性的任何材料制成。另一方面，本專利技術提供了用于在樣品中檢測靶病原體的方法，所述方法包括提供系統，所述系統包含位于表面基材上的固定化金屬材料，其中固定化金屬材料上附有與靶病原體的已知DNA序列互補的固定化捕獲DNA序列探針；以及與靶病原體的已知DNA序列互補的游離捕獲DNA序列探針，其中游離捕獲DNA序列探針上附有熒光團；將樣品與固定化的捕獲DNA序列探針相接觸，其中靶病原體的DNA序列與固定化的捕獲DNA序列探針結合；將靶病原體被結合的DNA序列與游離的捕獲DNA序列探針相接觸，其中游離的捕獲DNA序列探針與靶病原體的DNA序列的結合導致熒光團定位到距固定化金屬材料足以增強熒光發射的距離；向系統施加超聲能量，其量足以增加靶病原體的任何DNA分子向固定化探針的移動，以增強游離的捕獲DNA序列探針與靶病原體的DNA序列的結合，從而引起反應速度的增加；以及使用UV到頂范圍的電磁能量輻照系統，以增加定位在距金屬材料預定距離處的熒光團的熒光發射，其中輻照可以在施加超聲能量之前、期間或之后本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種減少用于檢測靶分子的金屬增強熒光分析的檢測時間的方法，所述方法包含：向分析系統中使用的基材表面施加大量金屬粒子；將捕獲分子與金屬粒子連接，其中捕獲分子對靶分子具有結合親和性；導入懷疑包含靶分子的溶液；向分析系統施加聲能，施加聲能的時間足以增加分子向金屬粒子的運動，從而與捕獲分子結合；導入對靶分子具有親和性的熒光檢測劑分子，其中熒光檢測劑分子能夠在施加聲能之前、期間或之后加入；以激發熒光分子的頻率施加電磁能；以及測量任何熒光信號。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：克里斯·D·戈德斯，
申請(專利權)人：馬里蘭大學，巴爾的摩縣，
類型：發明
國別省市：US