生物标志物检测系统技术方案

公开了一种局部表面等离子体共振(LSPR)纳米柱组件。LSPR组件用于在生物标志物附着到量子点时感测生物标志物的存在。LSPR组件包括基板和阵列。该阵列包括LSPR纳米柱和附着到纳米柱的聚合物间隔物。LSPR组件还包括附着到至少一个聚合物间隔物的抗体。在LSPR组件中，通过改变聚合物间隔物的单体单元的数量来选择聚合物间隔物和抗体的组合高度，使得当与生物标志物和量子点一起使用时，量子点处于纳米柱的预定距离处。

Biomarker Detection System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物标志物检测系统
本公开涉及一种生物标志物检测系统及其部件，其用途以及检测生物标志物的方法。特别地，本公开涉及一种纳米柱组件，包括这种组件的芯片，以及在检测生物标志物中采用该芯片的系统。
技术介绍
败血症(脓毒症)是由人类免疫系统对感染的过度反应引起的，并且可能由组织低灌注、器官功能障碍或低血压而引起死亡。在美国每两分钟就有一次由败血症引起的死亡，其每年共有258000例死亡，高于前列腺癌、乳腺癌和获得性免疫缺陷综合症(AIDS)的总和。在新加坡，全部死亡的17％是由于败血症。在全球范围内，其每年导致超过8百万例死亡。然而，通过按时诊断可以防止由于败血症的死亡率的约80％，并且在治疗上每小时的延迟将使死亡率增加8％。目前，用于诊断败血症的“金标准”是血液培养。然而，运行血液培养以检测败血症的问题是，运行测试需要大约2-3天并且需要大量血液样品。此外，该测试的准确性不高：假阳性率约为30％，并且假阴性率约为50％。正在研究生物标志物作为用于败血症诊断的替代方案。降钙素原(PCT)被鉴定为响应细菌感染的早期和高度特异性的生物标志物。PCT是作为激素降钙素的前体的116氨基酸的肽。在健康个体的血流中，PCT水平低于0.05ng/ml。它在细菌感染发作后2-4小时内上升，并在感染解决后迅速下降。PCT升高的幅度和持续时间与感染严重程度和预后诊断相关。在败血症的早期阶段，PCT水平通常大于0.5-2ng/ml。随着败血症的发展，PCT值可以达到10和100ng/ml之间，或者在个别情况中相当地更高。这使得能够在这些各种临床状况和严重的细菌感染(败血症)之间进行诊断区分。值得注意的是，<1ng/mL和1mg/mL的PCT值对应于10-12％和96％的可能性的败血症患者。用于PCT检测的当前技术是有限的。只有基于化学发光免疫测定(CLIA)的免疫系统SIEMENS(西门子)ADVIACentaurXP和ADVIACentaurCP以及基于两步双位点夹心式电化学发光免疫测定(ECLIA)的RocheDiagnosticscobase601、e602和e411免疫系统可以运行PCT测定。这样的免疫系统的缺点是其体积庞大、成本高，并且需要经训练的专业操作者。这些系统的庞大意味着它们不是便携式的和方便使用的，特别是在需求最大的农村地区和初级护理应用中。运行这些测定也是高度劳动密集的过程，具有长的温育(潜伏)期(约2h)且昂贵。例如，TanTockSeng医院多年来一直使用自动化的RocheDiagnosticscobase601。因为测试是基于实验室的，除了测定时间之外，从样品到结果的实际周转时间可能是几小时到几天。目前，测试机器庞大且昂贵，并且需要专业技术知识才能在集中测试中心中操作。因此，需要临近的医师，按时检测PCT。通常希望开发一种用于在诊所、急诊室和病房中的PCT检测的高度灵敏和选择性的系统，以使医生能够以临床相关的及时方式做出关键决定。通常希望克服或缓解上述困难中的一个或多个，或至少提供有用的替代方案。
技术实现思路
本专利技术人鉴定了在生物标志物的检测中基于局部表面等离子体共振(LSPR)的生物传感器的可能性。LSPR生物传感器提供了快速检测，并且操作简单。在光的照射下在金属纳米结构上生成LSPR，光的能量可被纳米结构吸收并在其表面上引起集体电子电荷振动。本专利技术人试图通过检测由于分子结合时折射率变化引起的LSPR吸收的位移，使用LSPR检测生物标志物的存在。对比于黄金标准，这种LSPR技术的灵敏性太低，并且表明LSPR不能产生医学上可接受的结果。然而，专利技术人开发了一种在夹心式测定中使用LSPR以激发荧光标记的方法。当光与纳米结构相互作用时，生成LSPR并且纳米结构用作光学纳米天线以将光捕获在其表面附近，在该处光强度将被集中10-100倍以上。然而专利技术人发现，在使用该技术中，当这些标记太靠近纳米结构时，强LSPR淬灭了标记的荧光。在这两种方法中，共聚焦显微镜或高端昂贵的荧光显微镜用于检测具有LSPR增强荧光信号的生物标志物。这样的仪器昂贵且庞大。一方面，本专利技术提供了一种局部表面等离子体共振(LSPR)纳米柱组件，其用于在生物标志物附着到量子点时感测生物标志物的存在，包括：a)基板；b)阵列，包括：i)LSPR纳米柱；和ii)附着到纳米柱的聚合物间隔物；和c)附着到至少一个聚合物间隔物的抗体；和其中，通过改变聚合物间隔物的单体单元的数量来选择抗体和聚合物间隔物的组合高度，使得当其与生物标志物和量子点一起使用时，量子点在纳米柱的预定距离处。在另一方面，本专利技术提供了一种LSPR纳米柱组件，其中选择组合高度，使得在使用时量子点在由纳米柱的尺寸决定的LSPR区内。在另一方面，本专利技术提供了一种LSPR流体(流控)芯片，包括：a)入口；b)出口；c)连接入口和出口的通道；和d)LSPR纳米柱组件，与入口和出口之间的通道流体连通；其中，用于在生物标志物附着到量子点时感测生物标志物的存在的LSPR纳米柱组件，包括：i)基板；ii)阵列，包括：(i)LSPR纳米柱；和(ii)附着到纳米柱的聚合物间隔物；和iii)附着到至少一个聚合物间隔物的抗体；和其中，通过改变聚合物间隔物的单体单元的数量来选择抗体和聚合物间隔物的组合高度，使得当其与生物标志物和量子点一起使用时，量子点在纳米柱的预定距离处。另一方面，本专利技术提供一种阀组件，包括：a)保持件；b)在该保持件中的至少三个阀支撑件；和c)每个阀支撑件有至少一个溶液容器腔，每个溶液容器腔设置在保持件中；其中，阀支撑件围绕保持件的固定点基本上布置成圆形，并且其中溶液容器腔基本上周向地定位到阀支撑件。另一方面，本专利技术提供一种LSPR生物标志物检测系统，用于在生物标志物附着到量子点时感测生物标志物，包括：a)第一溶液容器，含有生物标志物样品；b)第二溶液容器，含有另外的生物标志物抗体；c)第三溶液容器，含有经修饰以附着到生物标志物抗体的量子点；d)LSPR流体芯片支撑件，适用于接收LSPR流体芯片，包括：i)入口连接器，用于连接到LSPR流体芯片的入口；和ii)出口连接器，用于连接到LSPR流体芯片的出口，LSPR流体芯片，包括连接入口和出口的通道，以及LSPR纳米柱组件，与入口和出口之间的通道流体连通，纳米柱组件是如本文所限定的纳米柱组件；e)流动机构，包括泵系统，选择性地与LSPR流体芯片支撑件的入口连接器流体连通，该流动机构用于经由入口连接器将第一溶液容器、第二溶液容器和第三溶液容器的内容物分配到LSPR流体芯片中；f)阀组件，设置在流动机构和LSPR流体芯片支撑件之间，包括用于第一溶液容器、第二溶液容器和第三溶液容器中的每个的打开状态和关闭状态，其中，在打开状态下，相应的第一容器、第二容器或第三容器与LSPR流体芯片支撑件流体连通，并且在关闭状态下，相应的第一容器、第二容器或第三容器不与LSPR流体芯片支撑件流体连通；g)光源，用于引导源电磁波通过LSPR流体芯片；h)检测机构，包括光电检测器，用于检测源自于量子点的发射的电磁波；和i)控制器，用于操作流动机构、阀组件、光源和检测机构，以通过入口连接器依次分配生物标志物样品、生物标志物抗体和量子点，激活和停用光源和检测机构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局部表面等离子体共振(LSPR)纳米柱组件，用于在生物标志物附着到量子点时感测所述生物标志物的存在，包括：a)基板；b)阵列，包括：i)LSPR纳米柱；和ii)附着到所述纳米柱的聚合物间隔物；以及c)附着到至少一个所述聚合物间隔物的抗体；并且其中，通过改变所述聚合物间隔物的单体单元的数量来选择所述聚合物间隔物和抗体的组合高度，使得当与所述生物标志物和所述量子点一起使用时，所述量子点在距所述纳米柱的预定距离处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.21 SG 10201606001Q1.一种局部表面等离子体共振(LSPR)纳米柱组件，用于在生物标志物附着到量子点时感测所述生物标志物的存在，包括：a)基板；b)阵列，包括：i)LSPR纳米柱；和ii)附着到所述纳米柱的聚合物间隔物；以及c)附着到至少一个所述聚合物间隔物的抗体；并且其中，通过改变所述聚合物间隔物的单体单元的数量来选择所述聚合物间隔物和抗体的组合高度，使得当与所述生物标志物和所述量子点一起使用时，所述量子点在距所述纳米柱的预定距离处。2.根据权利要求1所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述聚合物间隔物缀合到所述纳米柱，并且所述抗体缀合到所述聚合物间隔物。3.根据权利要求1或2所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述聚合物间隔物包括两个相对的末端端部，一个所述末端端部附着到所述纳米柱，且另一个所述末端端部附着到所述抗体。4.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述聚合物间隔物通过硫键缀合到所述纳米柱。5.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述聚合物间隔物是聚乙二醇(PEG)间隔物。6.根据权利要求5所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述PEG间隔物是PEG2-10000。7.根据权利要求6所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述PEG间隔物是PEG7。8.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述阵列包括单层聚合物间隔物。9.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，选择所述组合高度，使得在使用时，所述量子点处于由所述纳米柱的尺寸决定的LSPR区内。10.根据权利要求9所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述纳米柱具有的长度为约50nm至约250nm，宽度为约50nm至约250nm，以及高度为约20nm至约100nm。11.根据权利要求10所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述纳米柱具有的长度为约140nm，宽度为约140nm，以及高度为约55nm。12.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述纳米柱阵列包括多个纳米柱，所述纳米柱阵列的间距为约150nm至约500nm。13.根据权利要求12所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述纳米柱阵列的间距为约320nm。14.根据前述权利要求中任一项所述的LSPR纳米柱组件，其中，所述纳米柱是金的或银的。15.一种LSPR流体芯片，包括：a)入口；b)出口；c)连接所述入口和所述出口的通道；以及d)LSPR纳米柱组件，与所述入口和所述出口之间的所述通道流体连通；其中，用于在生物标志物附着到量子点时感测所述生物标志物的存在的所述LSPR纳米柱组件包括：i)基板；ii)阵列，包括：(i)LSPR纳米柱；以及(ii)附着到所述纳米柱的聚合物间隔物；以及iii)附着到至少一个所述聚合物间隔物的抗体；并且其中，通过改变所述聚合物间隔物的单体单元的数量来选择所述聚合物间隔物和抗体的组合高度，使得当与所述生物标志物和所述量子点一起使用时，所述量子点在距所述纳米柱的预定距离处。16.根据权利要求15所述的LSPR流体芯片，还包括可透光基板，其中，所述LSPR纳米柱组件设置在所述通道和可透光基板之间。17.根据权利要求15或16所述的LSPR流体芯片，其中，通道在所述LSPR纳米柱组件附近比在所述入口和出口处更宽。18.一种阀组件，包括：a)保持件；b)在所述保持件中的至少三个阀支撑件；c)针对每个阀支撑件的至少一个溶液容器腔，每个溶液容器腔设置在所述保持件中；其中，所述阀支撑件围绕所述保持件的固定点基本上布置成圆形，并且其中所述溶液容器腔相对于所述阀支撑件基本上周向地定位。19.根据权利要求18所述的阀组件，其中，所述阀组件是非穿透阀组件。20.一种LSPR生物标志物检测系统，用于在生物标志物附着到量子点时感测所述生物标志物，包括：a)第一溶液容器，含有生物标志物样品；b)第二溶液容器，含有另外的生物标志物抗体；c)第三溶液容器，含有经修饰以附着到所述另外的生物标志物抗体的量子点；d)LSPR流体芯片支撑件，适用于接收LSPR流体芯片，包括：i)入口连接器，用于连接到所述LSPR流体芯片的入口；和ii)出口连接器，用于连接到所述LSPR流体芯片的出口，所述LSPR流体芯片包括：连接所述入口和所述出口的通道，以及LSPR纳米柱组件，所述LSPR纳米柱组件与在所述入口和所述出口之间的所述通道流体连通，所述纳米柱组件是根据权利要求1至14项中的任一项所限定的纳米柱组件；e)流动机构，包括泵系统，选择性地与所述LSPR流体芯片支撑件的所述入口连接器流体连通，所述流动机构用于经由所述入口连接器将所述第一溶液容器、第二溶液容器和第三溶液容器的内容物...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玲玲，威利·NG，周晓东，坦恩·意·王，伊·辛·利奥，
申请(专利权)人：淡马锡理工学院，新加坡科技研究局，陈笃生医院私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG