用于单个颗粒检测的生物传感器系统技术方案

本发明专利技术涉及用于检测颗粒的生物传感器系统，包括：包括传感器表面的生物传感器试剂盒；试剂盒一侧的生物传感器磁体组件，用于生成在试剂盒和传感器表面发挥作用的磁场；包括以间隙分开的至少两个磁性子单元的第一生物传感器磁体组件；第一光学检测系统，其用于检测与所述磁体组件布置在所述试剂盒同一侧的所述颗粒，而所述磁体组件被设计成通过所述磁体组件的间隙完成所述光学检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生物传感器系统。
技术介绍
现有技术中已知有多种检测测试样本或样本体积中的分析物的分析程序。例如，免疫测定利用了免疫系统的机制，其中抗体和相应的抗原能够彼此结合。这种特异性反应机制用于确定测试样本中抗原的存在或其量。具体而言，标记抗体或抗原 (感兴趣的分析物)以量化抗体和抗原之间的相互作用。通用的标记例如是发荧光和化学发光分子、着色颗粒(珠)或放射性同位素。在这里通常将所有这些称为颗粒。一种特定应用是以各种方式对结合到要检测的抗原的磁性颗粒进行光学检测。由此，通过检测磁性颗粒，可以得出抗原或分析物的量。近来，已经在微流体测定中使用磁性标记来检测分析物的存在或量。将磁性标记用作例如磁性颗粒，也称为磁珠或珠粒，有几个优点。可以通过施加磁场来致动磁性颗粒， 从而可以加快分析流程。此外，在生物测试样本中没有磁性背景信号影响到磁性颗粒的检测。亚pM(sub-pM)方案中已知系统的性能受到光学基线漂移和非特异性结合珠粒的制约。非特异性结合的珠粒通常不是希望检测到的，目的是仅基于结合珠粒或颗粒接收检测信号。于是，提高光学分辨率在更高稳定性和关于单个颗粒或珠粒的详细信息方面会是有利的。单个珠粒识别所需的高数值孔径将导致高度光学像差，将已知系统的成像光学系统的分辨率限制到几个微米。最近已知的磁性生物传感器系统利用受抑全内反射(FTIR)检测测定表面附近磁珠的存在。信号大约与表面上珠粒的浓度(表面密度fi)线性相关。可以将信号(即全内反射信号的减少)表达为S = β.η其中S是按百分比给出的测量信号变化，β是从表面密度到信号变化的转换因子。这种技术的检测的局限主要由对大约0. 的信号变化有贡献的背景信号漂移决定。 这相当于能够利用这种FIlR平台可以检测到每200um2l个珠粒的表面密度。对于480 μ m的通道高度，最低可检测目标浓度将大约为20fM。不过，在实践中，测定效率低一个数量级，使检测极限为200fM。除了背景信号中的漂移之外，非特异性结合的珠粒的信号也限制着最小可检测浓度。这些珠粒经由如抗体-抗体结合的非特异性结合， 而不是如抗体-目标-抗体的特异性结合，结合到表面。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够检测单个颗粒的生物传感器系统。提供了一种用于检测颗粒的生物传感器系统，包括包括传感器表面的生物传感器试剂盒(cartridge)，试剂盒一侧的生物传感器磁体组件，其用于生成在试剂盒和传感器表面发挥作用的磁场，第一生物传感器磁体组件包括以间隙分开的至少两个磁性子单元，第一光学检测系统，其用于检测与所述磁体组件布置在所述试剂盒同一侧的所述颗粒，而所述磁体组件被设计成通过所述磁体组件的间隙完成所述光学检测。进一步提供了一种利用对应的生物传感器系统检测颗粒的方法。进一步提供了在以下应用的一种或多种中使用对应的生物传感器系统-用于分子诊断的生物传感器，-在诸如血液或唾液的复杂生物混合物中迅速而灵敏地检测蛋白质和核酸，-用于化学、制药或分子生物学的高吞吐量筛选机-例如，用于例如刑事学中DNA或蛋白质的、用于现场测试(在医院中)、用于集中式实验室或科学研究中的诊断的测试装置-用于心脏病学、传染病和肿瘤学、食品和环境诊断的DNA或蛋白质诊断工具-用于组合化学的工具-分析装置-纳米和微流装置-药物释放和药物递送系统(尤其是经皮和可植入药物递送装置)。描述的生物传感器系统能够检测单个颗粒并同时用磁场致动颗粒。提出了一种紧凑而节省空间的生物传感器系统，也适用于便携式应用。在以下从属权利要求中描述了本专利技术的非限制性范例。一个范例是包括用于检测所述颗粒的第二光学检测系统的生物传感器系统，通过在所述颗粒对光进行散射为所述第一光学检测系统提供光。可以额外地使用第二光学检测系统关于颗粒的信息。可以比较并组合第一和第二光学检测系统的信号。在这种情况下， 可以组合第一和第二光学检测系统，使得将第二光学检测系统的入射线用作第一光学检测系统的光源，省去了额外的光源。另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中设计所述磁体组件和所述第一光学检测系统，使得在颗粒处散射生成的，用于检测颗粒的入射线的光锥通过所述磁体组件的至少两个磁体子单元的端截面投射，从而允许由所述磁体组件致动颗粒并同时在所述传感器表面检测所述颗粒。根据本范例的生物传感器系统允许以紧凑方式定位磁体组件以免干扰第一光学检测系统。完成磁性颗粒的磁致动而不限制光学检测。节省了试剂盒顶侧与第一光学检测系统和磁体组件相对的空间。另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中基本在相对于第一光学检测系统的垂直方向上布置具有至少两个磁性子单元的磁体组件，至少两个子单元的端截面基本在垂直于至少两个子单元的与第一光学检测系统相同方向上向上突出。这些特征使得能够在传感器表面进行适当的磁致动。设计磁体组件的磁场，使得磁场线基本平行于传感器表面的区域中的传感器表面投射。具有所述端截面的磁体组件生成的磁场能够沿着传感器表面进行有效磁致动。另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中所述第二光学检测系统基于 TIR(全内反射)或FIlR(受抑全内反射)检测，所述第二光学检测系统包括显微镜和相机，所述显微镜基于暗视野显微术(DFM)，被设计成分辨单个颗粒，所述相机被设计成对所述显微镜分辨的单个颗粒成像。建立一种组合式生物传感器系统，其具有紧凑的结构、高分辨率并由相机自动读出显微镜。另一个范例公开了一种生物传感器系统，包括从所述第一光学检测系统和所述第二光学检测系统接收信号的处理器，其中处理两种信号以获得表征至少一个单个颗粒的存在或位置的信号。不仅确定了颗粒的量而且确定了被检测颗粒的位置，尤其是颗粒相对于传感器表面的位置。在处理器中比较和/或组合第一和第二光学检测系统获得的信号。另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中从来自所述第一光学检测系统的信号中减去不适当颗粒导致的来自所述第二光学检测系统的信号，获得仅来自适当颗粒的信号。术语适当信号尤其表示源自正确或特异性结合颗粒的信号。不适当结合是错误颗粒彼此结合的结合，这些结合因此会损害测量。另一个范例公开了一种生物传感器系统，其中所述第一光学检测系统的入射线和出射线之间的进入角α处于65°和75°之间的范围中，试剂盒厚度d位于0.3mm和2mm 之间的范围中，所述传感器表面的传感器区域的宽度w。pt大约为1mm，所述透镜的数值孔径(NA)具有满足方程的最小值，所述磁性子单元的磁极尖端的宽度大约为α珠粒0. 25mm，所述磁性子单元的磁极尖端之间的空气间隙小于1. 5mm。 附图说明本专利技术的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。在附图中图1示出了其下具有显微镜透镜的生物传感器系统的范例的透视图，在显微镜透镜上是具有端截面的磁体组件的两个磁性子单元，和位于端截面上方的具有传感器表面的试剂盒，还示出了被指引至光学检测单元的输入和输出光线；图2在侧视图中示出了与图1类似的范例；图3示出了根据本专利技术范例的生物传感器系统的示意侧视图，第一光学检测系统在中心，第二光学检测系统在左侧和右侧，两个磁性子单元上方、具有传感器表面的试剂盒上方和顶部的另一磁性单元；图4示出了试剂盒的侧视图，试剂盒具有在试剂盒处撞击的光束的尺寸和角度的几个指示。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·H·B·施莱彭，J·B·A·D·范佐恩，D·J·W·克隆德，T·H·埃弗斯，J·A·H·M·卡尔曼，R·M·L·范利斯豪特，M·M·奥夫扬科，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：