專利名稱：電化學(xué)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的電化學(xué)測(cè)量方法，尤其適用于檢測(cè)凝集作用。本發(fā)明的一個(gè)示例性的應(yīng)用為抗原檢測(cè)技術(shù)，例如應(yīng)用于血型的全血分析中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在液體樣品中確定抗原存在的常用方法是將樣品與該抗原的抗體接觸，以使得當(dāng)抗體與抗原結(jié)合時(shí)，在樣品中發(fā)生物質(zhì)的凝集作用。然后采用光學(xué)方法，例如檢查樣品的光密度、濁度或光散射來(lái)確定凝集作用。
例如，US 6,330,058公開了一種使用預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光密度光譜來(lái)獲得樣品凝集指數(shù)的方法。US 5,256,376也公開了一種通過測(cè)量光密度譜來(lái)測(cè)量凝集作用以及使用具有離心機(jī)的設(shè)備來(lái)進(jìn)行該方法的光度技術(shù)。
凝集測(cè)試可以是定性的，即僅檢測(cè)分析物存在與否，或者是定量的，即所發(fā)生的凝集程度對(duì)應(yīng)于分析物的具體含量。在現(xiàn)有技術(shù)中，確定凝集發(fā)生是通過使用散射光來(lái)測(cè)量溶液濁度或通過測(cè)量光密度等從視覺上進(jìn)行的。這些視覺技術(shù)在簡(jiǎn)單的同時(shí)，至多是半定量且容易產(chǎn)生用戶錯(cuò)誤，而光密度或光散射技術(shù)在更加定量和減少用戶錯(cuò)誤的同時(shí)，需要較昂貴和復(fù)雜的實(shí)施設(shè)備。
本發(fā)明試圖提供這些現(xiàn)有技術(shù)的替代技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
第一方面，本發(fā)明提供一種限制或減少樣品中電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量方法，所述方法包括提供具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池；在所述電池內(nèi)提供受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；在工作電極和反電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)速率相關(guān)的電流；以及測(cè)量工作電極處的電流以獲得限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量。
優(yōu)選的是，由凝集作用導(dǎo)致屏障形成。
在一些實(shí)施方案中，所述方法包括施加足夠的電勢(shì)以保持工作電極處電活性物質(zhì)的濃度。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明包括在電池中所期望發(fā)生的顯著屏障形成之前的第一時(shí)間測(cè)量電流，并且在所期望發(fā)生的顯著屏障形成的第二時(shí)間再次測(cè)量電流，利用所測(cè)量電流的差來(lái)獲得屏障形成的測(cè)量。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述第一時(shí)間是屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化小于樣品中屏障完全形成時(shí)所述參數(shù)總變化的約20％的時(shí)間，更優(yōu)選小于所述參數(shù)總變化的約10％的時(shí)間。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述第二時(shí)間是凝集測(cè)量參數(shù)的變化大于樣品中屏障完全形成時(shí)所述參數(shù)總變化的約50％的時(shí)間，更優(yōu)選大于所述總變化的約70％的時(shí)間。
實(shí)際上，這些時(shí)間可以通過考慮樣品間可能的屏障形成動(dòng)力學(xué)范圍和設(shè)備將應(yīng)用的測(cè)試條件以及挑選適合于整個(gè)范圍的時(shí)間來(lái)確定。作為選擇，可以通過確定屏障形成測(cè)量參數(shù)隨時(shí)間的變化速率來(lái)獲得每個(gè)單獨(dú)測(cè)試的合適時(shí)間。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說很明顯，屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化速率本身也可以被用來(lái)測(cè)量感興趣的測(cè)試物質(zhì)存在與否或其濃度。
所測(cè)量電流的差可被用來(lái)獲得電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。所測(cè)量電流的差還可被用來(lái)獲得擴(kuò)散系數(shù)變化的測(cè)量從而獲得屏障形成的測(cè)量。
可以多種不同方式在電池內(nèi)提供測(cè)試組分、受試組分和電活性物質(zhì)。
通常，所述方法將包括通過將含有受試組分的液體樣品放入電池中來(lái)提供受試組分。
在一些實(shí)施方案中，所述方法將包括通過在將液體樣品放入電池之前將測(cè)試組分加入液體樣品來(lái)提供測(cè)試組分。
在其它實(shí)施方案中，在加入液體樣品之前將所述測(cè)試組分提供至電池中。例如，可以通過將測(cè)試組分干燥加入電池中來(lái)將測(cè)試組分儲(chǔ)存在電池中。
可以通過屏障形成反應(yīng)或測(cè)試組分和受試組分之間的其它反應(yīng)來(lái)提供電活性物質(zhì)。
作為選擇，可以通過測(cè)試組分來(lái)提供電活性物質(zhì)。在另一選擇中，電活性物質(zhì)可以獨(dú)立于測(cè)試組分和受試組分而提供。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，通過屏障形成反應(yīng)來(lái)提供電活性物質(zhì)，所述方法包括提供可作為工作電極的兩個(gè)電極，并且在所述兩個(gè)電極處或附近提供測(cè)試組分，所述方法還包括改變所施加的電勢(shì)和電流測(cè)量電路連接以在所述工作電極之間轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量?jī)蓚€(gè)工作電極處的電流從而獲得屏障形成的測(cè)量。
在一些實(shí)施方案中，所測(cè)量的電流可用來(lái)獲得電荷的測(cè)量，繼而用來(lái)獲得屏障形成的測(cè)量。
本發(fā)明還提供確定目標(biāo)組分是否存在于受試組分中的方法，包括提供具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池；在電池內(nèi)提供可包括或不包括目標(biāo)組分的受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，目標(biāo)組分存在時(shí)，所述受試組分和測(cè)試組分設(shè)計(jì)來(lái)導(dǎo)致限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；在工作電極和反電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)量電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)相關(guān)的電流；以及測(cè)量工作電極處的電流以確定限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障是否形成，從而確定在所述受試組分中是否存在所述目標(biāo)組分。
本發(fā)明還擴(kuò)展至用來(lái)測(cè)量限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的設(shè)備，其包括具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池，該電化學(xué)電池適合接收電池內(nèi)的受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，所述受試組分和測(cè)試組分設(shè)計(jì)來(lái)導(dǎo)致限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；電源，其用來(lái)在工作電極和反電極之間施加足夠電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)量的電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)相關(guān)的電流；用來(lái)測(cè)量工作電極處電流的電流計(jì)；以及用來(lái)由所測(cè)量的電流來(lái)確定屏障形成測(cè)量的屏障形成測(cè)量裝置。
優(yōu)選的是，所述屏障形成測(cè)量裝置是用來(lái)確定凝集測(cè)量的凝集測(cè)量裝置。
所述設(shè)備的電化學(xué)電池可以包括單獨(dú)的參考電極。作為選擇，所述反電極可以是反/參考電極。
所述設(shè)備的更多構(gòu)造細(xì)節(jié)以及本發(fā)明方法的額外特征將由于本發(fā)明的下列詳細(xì)描述而變得明顯。


圖1a和1b示出一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的多電池設(shè)備；圖2為用來(lái)區(qū)分實(shí)施例2的鈣溶液的電流圖；圖3示出實(shí)施例3的免疫傳感器。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方案基于電化學(xué)測(cè)量，尤其是計(jì)時(shí)電流測(cè)量，可以得到關(guān)于溶液中電活性物質(zhì)的濃度和/或擴(kuò)散系數(shù)的信息。這是通過在工作電極和反(或反/參考)電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)量的還原或氧化形式的電活性物質(zhì)的濃度成比例的電流，所述濃度通過電極處所述物質(zhì)的氧化或還原反應(yīng)而在工作電極表面處測(cè)得。
在很多實(shí)施方案中，這包括施加足夠的電勢(shì)以保持工作電極表面處電活性物質(zhì)的濃度為0。
由發(fā)生在工作電極處的還原或氧化反應(yīng)導(dǎo)致流動(dòng)的電流與此處由濃度梯度所產(chǎn)生的傳質(zhì)速率和擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)?？煞治鲈撾娏饕缘贸鋈芤褐械碾娀钚晕镔|(zhì)濃度、電活性物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)或以上兩者的測(cè)量值。例如，如果已知電活性物質(zhì)的濃度，則對(duì)于孤立的工作電極可以通過Cottrell方程等來(lái)分析電流以得到擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量值。公知的Cottrell方程定義了有限擴(kuò)散(diffusion-limited)電流密度與時(shí)間之間的關(guān)系。擴(kuò)散電流密度反比于時(shí)間的平方根，或以不同方式表達(dá)i(t)×t0.5的結(jié)果為常數(shù)。該常數(shù)與反應(yīng)物濃度和反應(yīng)物擴(kuò)散系數(shù)的平方根成比例。另一方面，如果已知該物質(zhì)在液體樣品中的擴(kuò)散系數(shù)，則可以推出濃度。
在公開于美國(guó)專利6,284,125的另一種類型的電流分析電池即薄層電池中，將工作電極和反電極配置得彼此相對(duì)接近。這樣測(cè)量電活性物質(zhì)的擴(kuò)散常數(shù)和濃度均無(wú)需提前知道任一參數(shù)。
在所有實(shí)施方案中均無(wú)需設(shè)定工作電極的電勢(shì)以使得工作電極處的電活性物質(zhì)濃度保持為0(即常態(tài)擴(kuò)散受限條件)。僅需要電流流動(dòng)至少部分由所述物質(zhì)向電極的傳質(zhì)所決定。例如，可以設(shè)定工作電極電勢(shì)以使得對(duì)于特定的電活性物質(zhì)向電極的傳質(zhì)速率，在該電極處的電活性物質(zhì)反應(yīng)量和通過傳質(zhì)到達(dá)該電極的量之間的平衡導(dǎo)致該電極處電活性物質(zhì)的濃度保持為電活性物質(zhì)本體濃度的約50％。然后，如果由于樣品中屏障形成導(dǎo)致電活性物質(zhì)向電極的傳質(zhì)減少，則所述平衡將遷移至該電極處電活性物質(zhì)濃度為本體濃度的約20％處。而后將改變?cè)撾姌O處的電流，如Butler-Volmer方程所指出，因而指示樣品屏障形成的改變。
不用必需使用產(chǎn)生直流電的電壓來(lái)進(jìn)行測(cè)量，也可以使用產(chǎn)生交流電的電壓。例如，可以施加方波或正弦波電壓，該電壓波的典型波幅和頻率為30mV和相應(yīng)的5Hz。如果其間施加電壓的電極之一使用可以進(jìn)行屏障形成的試劑涂覆，而第二個(gè)電極處不存在該試劑，這是尤其有利的。這樣，電流信號(hào)的不對(duì)稱可用作任何屏障形成發(fā)生的可靠測(cè)量。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，對(duì)限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障的測(cè)量則來(lái)源于所測(cè)量的電流、濃度或擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量的至少之一，如下所詳述。通常，該方法被用來(lái)測(cè)量由凝集反應(yīng)形成的屏障。然而，屏障也可在其它情況下形成。例如，屏障可以通過其它聚集反應(yīng)、使電活性物質(zhì)固定的反應(yīng)或結(jié)合電活性物質(zhì)以減慢物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)來(lái)形成。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在本發(fā)明的實(shí)施方案采用電流分析技術(shù)的同時(shí)，也可以采用電量分析技術(shù)來(lái)獲得屏障形成的測(cè)量-即可以測(cè)量通過工作電極的電荷而不是電流(通常，通過測(cè)量隨時(shí)間的電流值并將其積分以獲得電荷量)。
本發(fā)明實(shí)施方案的電流分析電池需要至少兩個(gè)電極工作電極和反電極，當(dāng)填充電池時(shí)它們與液體樣品相接觸。也可有或沒有第三電極，即參考電極，其會(huì)提供將工作電極電勢(shì)與之比較的參考電勢(shì)。實(shí)際上，通常根本并不需要參考或者可使反電極起到參考電極和反電極的作用。在此，除非上下文隱含了其它意思，術(shù)語(yǔ)“反電極”包括單獨(dú)的反電極和反/參考電極二者。
至少工作電極需要由在使用條件下對(duì)化學(xué)或電化學(xué)氧化或還原反應(yīng)呈惰性的材料制成。例如，如果將工作電極用作陽(yáng)極，則其必須在所處的電勢(shì)處和化學(xué)環(huán)境中對(duì)化學(xué)或電化學(xué)氧化反應(yīng)呈惰性。如果將工作電極用作陰極，則其必須在所處的電勢(shì)處和化學(xué)環(huán)境中對(duì)化學(xué)或電化學(xué)還原反應(yīng)呈惰性。適合用于陽(yáng)極的材料的實(shí)例為金、鉑、鈀、銥、石墨碳、氧化銦、氧化錫、混合的氧化銦/錫、不銹鋼、汞。這些材料的混合物或合金也適用。適合用于陰極的材料的實(shí)例為所有上述適用于陽(yáng)極的材料加上例如銅、鋼、鎳、鋁、鉻和銀。
在本發(fā)明的所有實(shí)施方案中，在電池中提供受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)以便獲得屏障形成的測(cè)量。
在此，術(shù)語(yǔ)“受試組分”用來(lái)指屏障形成測(cè)試的受試者-即具有未知性質(zhì)的組分。通常，將受試組分作為用于屏障形成測(cè)試的液體樣品的一部分提供至電池。樣品也可負(fù)載在多孔凝膠或微孔膜中。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解所述情形可以反過來(lái)，即“受試組分”可以經(jīng)過測(cè)試以確定其導(dǎo)致屏障形成的能力。
相似地，術(shù)語(yǔ)“測(cè)試組分”用來(lái)指已知性質(zhì)并用來(lái)測(cè)試受試組分的組分。測(cè)試組分通常在加入含有受試組分的液體樣品之前就已存在于電池中。然而，也可以在將液體樣品提供至電池之前或之后將其加入液體樣品中。
“電活性物質(zhì)”為在工作電極處交換電子以引起電流在電池中流動(dòng)的物質(zhì)。
電活性物質(zhì)可作為測(cè)試組分和受試組分之間屏障形成反應(yīng)的產(chǎn)物提供。作為選擇，也可以將其單獨(dú)加入液體樣品中(或?qū)嶋H上加入電池本身)。
術(shù)語(yǔ)“目標(biāo)組分”用來(lái)指將與測(cè)試組分反應(yīng)并且可存在或可不存在于受試組分中的組分。
術(shù)語(yǔ)“凝集作用”此處用其廣義，指包括結(jié)合位點(diǎn)的可凝集物質(zhì)在暴露于凝集素之后的聚集過程。凝集素是能夠與一個(gè)以上可凝集物質(zhì)上的結(jié)合位點(diǎn)特異性相互作用、從而使可凝集物質(zhì)通常交聯(lián)成為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。通過為某一特定的所需分析物選擇具有結(jié)合特異性的凝集素，可以檢測(cè)所需分析物在該化合物的混合物中的存在。
凝集反應(yīng)通常需要匹配可凝集物質(zhì)和凝集素的濃度。過量的凝集素將飽和可凝集物質(zhì)上的結(jié)合位點(diǎn)而不使可凝集物質(zhì)之間形成交聯(lián)。過量的可凝集物質(zhì)將快速包圍凝集素并與之結(jié)合，并減少可凝集物質(zhì)之間交聯(lián)的可能性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠輕易確定特定凝集反應(yīng)的最優(yōu)條件。
凝集反應(yīng)可通過對(duì)所需抗原提供凝集素而用來(lái)檢測(cè)可凝集物質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)的存在，例如紅細(xì)胞表面上的血型抗原的存在，或通過提供合適的可凝集物質(zhì)而用來(lái)檢測(cè)凝集素的存在，例如細(xì)胞表面標(biāo)志物的循環(huán)抗體的存在。因此，根據(jù)應(yīng)用，“受試組分”可為凝集素，相應(yīng)的“測(cè)試組分”為可凝集物質(zhì)；或者作為選擇，“受試組分”可為可凝集物質(zhì)，相應(yīng)的“測(cè)試組分”為凝集素。
適用于凝集反應(yīng)的物質(zhì)可包括涂覆有特異結(jié)合位點(diǎn)物質(zhì)的顆粒載體，如抗體已經(jīng)吸附于其表面的乳膠微珠、膠體金顆粒、活性炭顆?；蚣t細(xì)胞。其它適用于特異結(jié)合點(diǎn)物質(zhì)的載體為能夠交聯(lián)或凝集以在電化學(xué)電池中形成擴(kuò)散屏障的聚合物。這些聚合物可溶或可不溶于樣品基質(zhì)。例如用于含水樣品的合適的不溶性聚合物的實(shí)例為聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜。這些聚合物優(yōu)選為微細(xì)長(zhǎng)絲形式。用于含水樣品的適合的可溶性聚合物包括聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯基硫酸鹽、聚酯磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽和含季銨基的聚苯乙烯。理想的是，該顆粒或聚合物易于懸浮于溶液中。另一類用于特異結(jié)合位點(diǎn)的合適載體為小分子，其中目標(biāo)物質(zhì)的存在使小分子交聯(lián)形成能夠抑制電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的更大物質(zhì)。該體系的一個(gè)例子是當(dāng)脫氧膽酸鈉為小分子物質(zhì)時(shí)，特異結(jié)合位點(diǎn)為組成部分脫氧膽酸鹽的羧酸基團(tuán)，并且目標(biāo)組分為用來(lái)交聯(lián)脫氧膽酸鹽的鈣。作為選擇，凝集物質(zhì)可在其表面上固有地表達(dá)凝集素，例如表達(dá)在紅細(xì)胞表面上的血型抗原或表達(dá)在微生物如細(xì)菌或真菌或病毒顆粒上的表面抗原。
凝集素是能夠結(jié)合優(yōu)選在不同顆粒上的兩種或多種凝集物質(zhì)的分子，以使得能夠進(jìn)行顆粒間的交聯(lián)和隨后的網(wǎng)格形成。凝集素通常包括免疫球蛋白、尤其是IgM和IgG免疫球蛋白。該免疫球蛋白可以是來(lái)自血清的多克隆抗體，或在組織培養(yǎng)物、腹水或通過重組技術(shù)產(chǎn)生的單克隆抗體。多克隆抗體或不同單克隆抗體的混合物可用來(lái)結(jié)合相同顆粒上的不同抗原表位。同樣考慮含有免疫球蛋白氨基酸序列從而具有所需的抗原結(jié)合特異性的合成分子。技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到具有抗體的抗原結(jié)合特異性的人工抗體變體也將可以作為凝集反應(yīng)中的凝集素。這種變體包括具有兩個(gè)或更多抗原結(jié)合序列的嵌合分子。該嵌合分子的抗原結(jié)合位點(diǎn)可具有相同的抗原結(jié)合特異性，或可具有不同的抗原特異性。技術(shù)人員將意識(shí)到嵌合分子可以包含來(lái)自抗體或其它分子如凝集素或以上二者的結(jié)合位點(diǎn)。具有抗原結(jié)合特異性的其它分子也可以被用作凝集素。例如，外源凝集素表現(xiàn)出結(jié)合末端碳水化合物殘基的特異性，并且其可以未改性形式或改性形式用作凝集素，對(duì)其改性時(shí)，例如通過生成二聚物或其它低聚物或具有多重結(jié)合位點(diǎn)的嵌合多肽，從而使其能夠同時(shí)與一個(gè)以上抗原顆粒的表面相互作用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，電流分析電池中的電流流動(dòng)用來(lái)獲得對(duì)已發(fā)生在液體樣品中的屏障形成的測(cè)量。電流大小可用來(lái)確定屏障形成的程度。例如，對(duì)于特定體積的受試組分和測(cè)試組分，可以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將電池中的電流流動(dòng)標(biāo)定為屏障形成值。電流大小隨時(shí)間的變化也可用來(lái)獲得樣品中電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量值或電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間的變化，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
量值的變化或量值的比率可用來(lái)確定是否已發(fā)生屏障的形成和/或獲得屏障形成量的測(cè)量值。此外，對(duì)于特定的受試組分和測(cè)試組分，這些測(cè)量可進(jìn)行標(biāo)定。也可得到電化學(xué)電池中屏障形成的空間差異。例如，通過將屏障形成試劑形式的測(cè)試組分涂覆在電池的一個(gè)電極上或附近，但不涂覆在電池的第二電極上，由流經(jīng)的電流可以確定是否有屏障形成。本發(fā)明該方面的一個(gè)實(shí)施方案中，可以設(shè)定一個(gè)電極的電勢(shì)以使其成為電池中的工作電極并測(cè)量電流流動(dòng)。隨后可以調(diào)節(jié)電極之間的電勢(shì)以使第二電極成為工作電極，并且再次測(cè)量電流。如果工作電極之一上的樣品含有屏障形成試劑而另一工作電極上的樣品沒有，則可以比較二者之間的電流以確定屏障形成。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于考慮了會(huì)從其它方面影響屏障形成評(píng)估的樣品基質(zhì)和環(huán)境測(cè)試條件的變化。該實(shí)施方案還可用來(lái)檢測(cè)單個(gè)電流分析電池中不同物質(zhì)的屏障形成的存在，尤其是凝集作用的存在。該應(yīng)用可包括，例如使用涂覆有anti-A、anti-B或Rh抗體的三個(gè)工作電極來(lái)確定人類紅細(xì)胞單個(gè)樣品上的A、B和Rh抗原。
本發(fā)明該方面的一個(gè)特別優(yōu)選實(shí)施方案中，使用將兩個(gè)電極相互面對(duì)面放置的電極構(gòu)形。根據(jù)該實(shí)施方案，將含有屏障形成試劑的測(cè)試組分涂覆在面對(duì)面電極之一上，并且將不含屏障形成試劑的測(cè)試組分涂覆在另一面對(duì)面電極上。沒有屏障形成試劑的電極將首先為工作電極，并測(cè)量電流流動(dòng)，而另一電極作為反電極。隨后將電勢(shì)的極性反轉(zhuǎn)以使另一面對(duì)面電極成為工作電極，并且在屏障形成試劑存在下測(cè)量其電流。該實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于電極層可分別涂覆測(cè)試組分，從而易于制造，并且測(cè)試組分交叉污染的機(jī)會(huì)很小。為使該實(shí)施方案有效，電活性物質(zhì)必須與屏障形成試劑結(jié)合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該結(jié)合反應(yīng)嚴(yán)格說來(lái)是固定化反應(yīng)的一種，而非凝集反應(yīng)。在該實(shí)施方案中，測(cè)試組分與電活性物質(zhì)相同，并且受試組分導(dǎo)致電活性物質(zhì)固定。通常，該實(shí)施方案需要每個(gè)電活性分子固定一個(gè)分析物分子，因此其僅可應(yīng)用于較高濃度的分析物。
本發(fā)明該方面的另一特別優(yōu)選實(shí)施方案中，如上所述配置兩個(gè)面對(duì)面電極，使得在測(cè)試期間反電極的產(chǎn)物到達(dá)工作電極，如美國(guó)專利6,284,125中所公開類型中的薄層電池，通過引用將其公開內(nèi)容并入本文。在如美國(guó)專利6,284,125中所公開的電池中，擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量可基本與所用工作電極的面積或所含電活性物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。通過交替使用每個(gè)面對(duì)面電極作為工作電極，一個(gè)上面沒有涂覆屏障形成試劑而一個(gè)上面涂覆有屏障形成試劑，分析每種情況下的電流流動(dòng)以得到擴(kuò)散系數(shù)，可以得到對(duì)屏障形成的發(fā)生更為直接的測(cè)量，其較不易受制造誤差的影響，所述的制造誤差為電極可以沒有理論面積或用戶錯(cuò)誤如用戶僅將樣品部分填充電池。
本發(fā)明該方面的另一實(shí)施方案中，測(cè)試期間僅有一個(gè)電極用作工作電極。根據(jù)該實(shí)施方案，將在樣品加入傳感器電池之后的適當(dāng)短的時(shí)間測(cè)量工作電極處的電流流動(dòng)，并且與在樣品加入傳感器電池之后的至少一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的電流流動(dòng)作比較。適當(dāng)短的時(shí)間是在目標(biāo)組分存在下期望在電池中已發(fā)生顯著量的屏障形成之前的時(shí)間。適當(dāng)較長(zhǎng)的時(shí)間是在目標(biāo)組分存在下期望在電池中已發(fā)生顯著量的屏障形成反應(yīng)的時(shí)間。
期望發(fā)生顯著的屏障形成之前的時(shí)間是屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化小于樣品中完全形成屏障時(shí)該參數(shù)總變化的約20％或者更優(yōu)選小于約10％的時(shí)間。
期望發(fā)生顯著的屏障形成的時(shí)間是屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化大于樣品中完全形成屏障時(shí)該參數(shù)總變化的約50％或者更優(yōu)選大于約70％的時(shí)間。
實(shí)際上可以通過考慮樣品間的可能屏障形成動(dòng)力學(xué)范圍和設(shè)備將應(yīng)用的測(cè)試條件以及選擇適合于整個(gè)范圍的時(shí)間來(lái)確定。作為選擇，通過確定屏障形成測(cè)量參數(shù)隨時(shí)間的變化速率，可以得到每個(gè)單獨(dú)測(cè)試的合適時(shí)間。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言很明顯，屏障形成測(cè)量參數(shù)變化速率本身也可以用作所關(guān)注的測(cè)試物質(zhì)存在與否或濃度的量度。
通過比較不同時(shí)間測(cè)量的電流，可以獲得已發(fā)生的屏障形成的測(cè)量，其較少依賴于樣品基質(zhì)或進(jìn)行測(cè)試的溫度。
根據(jù)該實(shí)施方案，在電池中工作電極離反電極足夠遠(yuǎn)以致在測(cè)試期間來(lái)自反電極的反應(yīng)產(chǎn)物不能到達(dá)工作電極的情況下，可任選在電極之間施加短時(shí)期的電勢(shì)差以測(cè)量短時(shí)間的電流。隨后可以將其關(guān)閉以使電活性物質(zhì)的濃度梯度緩和恢復(fù)。隨后可以再次在電極之間施加較長(zhǎng)時(shí)間的電勢(shì)差以適合測(cè)量較長(zhǎng)時(shí)間的電流。在某些情況下這會(huì)導(dǎo)致對(duì)已發(fā)生的屏障形成的更為精確的測(cè)量。
根據(jù)該實(shí)施方案來(lái)實(shí)施本發(fā)明需要屏障形成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)足夠慢以有足夠時(shí)間測(cè)量指示沒有顯著屏障形成的液體樣品的電流信號(hào)，但也應(yīng)足夠快以使在分析物存在下的屏障形成反應(yīng)在所需短時(shí)間內(nèi)完成。
本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可發(fā)生在電池中的屏障形成，更具體而言是凝集反應(yīng)，是抗原或多種抗原與抗體或多種抗體之間反應(yīng)的結(jié)果。測(cè)試組分可以是抗原或抗體，或者該抗原或抗體可包含目標(biāo)組分是其他抗原或抗體的部分測(cè)試組分。
在本發(fā)明該方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，測(cè)試組分具有合適的尺寸和功能性以使其不需過度攪拌即能夠懸浮在液體樣品，但還應(yīng)足夠大以使其能引起顯著屏障的擴(kuò)散。合適的測(cè)試組分的實(shí)例是與可溶于液體樣品的聚合物結(jié)合、或與小的不溶性微珠或纖維結(jié)合的抗原或抗體。合適的可溶性聚合物的實(shí)例是聚丙烯酸、聚乙烯基硫酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽和聚乙烯醇。適合用于不溶性微珠或纖維的材料的實(shí)例是聚苯乙烯、乳膠或聚丙烯酰胺。作為選擇，抗原或抗體可以存在于懸浮的細(xì)胞如紅細(xì)胞或細(xì)菌細(xì)胞表面上。
并不總是需要測(cè)試組分足夠大以引起顯著屏障的擴(kuò)散。例如如果目標(biāo)組分具有足夠尺寸來(lái)引起顯著屏障的擴(kuò)散，則測(cè)試組分可以較小。該目標(biāo)組分的實(shí)例是細(xì)胞表面上的抗原，其中測(cè)試組分是細(xì)胞表面抗原的抗體并且導(dǎo)致細(xì)胞凝集。在將樣品加入到電池中之前就懸浮于樣品中的細(xì)胞或其他顆粒是凝集顆粒時(shí)，所述顆粒僅需具有合適尺寸和/或密度以使其在測(cè)試期間基本不會(huì)沉淀在電池中，至少是以非凝集形式存在。
在本發(fā)明該方面的另一優(yōu)選實(shí)施方案中，測(cè)試組分可以是能夠結(jié)合較大顆粒如細(xì)胞并結(jié)合目標(biāo)組分的物質(zhì)。而且，根據(jù)該實(shí)施方案，目標(biāo)組分將能夠結(jié)合一種以上測(cè)試組分，從而通過結(jié)合至少兩種測(cè)試組分且其中每種測(cè)試組分還結(jié)合分散顆粒，使得該顆粒形成屏障。
在一些實(shí)施方案中，將用來(lái)處理液體樣品的測(cè)試組分干燥加入電化學(xué)電池中。測(cè)試組分可以在與電池的至少一個(gè)電極接觸中干燥或在電池的惰性壁上干燥。作為選擇，測(cè)試組分可以在將樣品加入電化學(xué)電池之前使樣品接觸并溶解于測(cè)試組分的電池外部位置進(jìn)行干燥。測(cè)試組分可包含電活性物質(zhì)或接觸液體樣品時(shí)形成電活性物質(zhì)的物質(zhì)。作為選擇，電活性物質(zhì)可以已經(jīng)存在于待測(cè)樣品中。電活性物質(zhì)可以已知濃度存在，然而對(duì)于本發(fā)明的一些實(shí)施方案而言這并不是在一些實(shí)施方案中起作用所必需的。例如，如果如前述使用薄層電池來(lái)測(cè)量電活性物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，則該測(cè)量基本與所含電活性物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。相似地，如果進(jìn)行電流信號(hào)的比較，則該比較通常與所含電活性物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。該電活性物質(zhì)必須在樣品中可溶并可運(yùn)動(dòng)。合適的電活性物質(zhì)的實(shí)例是Fe(CN)63-、Fe(CN)64-、Cr3+、Cr2O72-、Cu2+、Co(NH3)63+、Co(NH3)62+、Sn4+、I-、Br-。
像該電活性物質(zhì)一樣，測(cè)試組分也可以包含電活性物質(zhì)的可溶性氧化還原共軛氧化劑或還原劑，或者需要通過在反電極處的反應(yīng)來(lái)完成電化學(xué)回路的第二可溶性電活性物質(zhì)。優(yōu)選的是該第二電活性物質(zhì)相對(duì)于第一電活性過量以使其不限制電化學(xué)電池中的電流流動(dòng)。在其它構(gòu)形中，反電極可以通過氧化或還原現(xiàn)有技術(shù)中已知的不溶性物質(zhì)來(lái)完成該回路。適用于該反電極的材料實(shí)例是銀/氯化銀、銀/溴化銀、汞/氯化汞、汞/硫酸汞。
測(cè)試組分還可任選包含用來(lái)控制pH和穩(wěn)定試劑的緩沖劑以及設(shè)計(jì)來(lái)輔助傳感器的制造和應(yīng)用的其它添加劑。例如，可以加入表面活性劑和聚合物以改善制造期間形成干燥試劑的方法和/或改善電池填充樣品的方法，例如通過改變電池表面的親水性。合適的緩沖劑的實(shí)例是磷酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、檸康酸鹽、檸檬酸鹽和苯六甲酸鹽。合適的表面活性劑的實(shí)例是Triton X-100、tween、Brij 35、Brij 20普朗尼克類非離子型表面活性劑(pluronics)。注意當(dāng)待用的液體樣品或電池測(cè)試組分含有蛋白質(zhì)時(shí)，該表面活性劑不會(huì)以干擾測(cè)試的方式來(lái)使蛋白質(zhì)變性。而且，在測(cè)試組分中存在能夠氧化血紅蛋白的氧化劑的情況下，該表面活性劑不應(yīng)在所釋放的血紅蛋白被氧化時(shí)溶解紅細(xì)胞并干擾傳感器電流信號(hào)。然而在凝集反應(yīng)的測(cè)量基本與所含電活性物質(zhì)濃度無(wú)關(guān)的實(shí)施方案中該判據(jù)較不重要。
在使用本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將要測(cè)試目標(biāo)組分的液體樣品加入包含至少兩個(gè)電極工作電極和反電極或反/參考電極的電池中，并干燥測(cè)試組分。當(dāng)向電池填充至少部分溶解該干燥試劑的液體樣品時(shí)，如果存在目標(biāo)組分，則測(cè)試組分和目標(biāo)組分相互作用從而在所述液體中形成物質(zhì)屏障。通過測(cè)量電池中電極之間電流流動(dòng)特性來(lái)監(jiān)控屏障形成的發(fā)生。為了使電流在電極之間流動(dòng)，在工作電極和反電極之間施加電勢(shì)差，其中該電勢(shì)差足夠大以引起發(fā)生在工作電極/溶液界面處的電化學(xué)氧化或還原反應(yīng)和發(fā)生在反電極/溶液界面處氧化反應(yīng)的相應(yīng)還原。此外，電極之間的電勢(shì)差應(yīng)該足夠高以使在工作電極/溶液界面處被氧化或被還原物質(zhì)的濃度有效保持為0。屏障形成測(cè)量裝置通常完成由電流來(lái)確定屏障形成測(cè)量的設(shè)備。
如上所述，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，一種或多種測(cè)試組分可以存在于液體樣品中或在將液體樣品加入電池之前加入液體樣品中。
在另一實(shí)施方案中，液體樣品可以是其中發(fā)生屏障形成反應(yīng)的多孔凝膠，如瓊脂糖凝膠。另一可能是屏障形成反應(yīng)發(fā)生在其上涂覆電極的微孔膜中。這些構(gòu)形可以更容易地利用涂覆在屏障形成試劑中的微珠，因?yàn)槲⒅榭杀粦腋≡诳锥粗?，并且如果屏障形成則堵塞孔洞，因此不需要微珠必須易于在樣品中懸浮。
在一些實(shí)施方案中，將一個(gè)以上電化學(xué)電池裝入單個(gè)裝置，從而可以用一個(gè)裝置來(lái)測(cè)量多個(gè)屏障形成反應(yīng)。
在本發(fā)明該方面的一個(gè)實(shí)施方案中，可以形成分立的電化學(xué)電池以使該分立電池中的至少一些工作電極可分別連接至外部電路。這樣分別連接的工作電極處的電流流動(dòng)可以分別監(jiān)控。作為選擇，該電化學(xué)電池可提供為微陣列或其它已知結(jié)構(gòu)來(lái)提供多種測(cè)試組分。
在本發(fā)明該方面的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在分立的電化學(xué)電池中設(shè)置工作電極使其全部通過相同的線路連接至電流測(cè)量電路。尤其優(yōu)選將電池設(shè)計(jì)為一次性使用的，隨后丟棄。例如，該裝置可以是插入到測(cè)量?jī)x器中的包含多個(gè)電池的試片，用來(lái)分析樣品且隨后將該試片丟棄。在這種一次性使用的裝置中，需要保持向用戶供應(yīng)該試片的低成本和測(cè)量?jī)x器的低復(fù)雜度。因此，優(yōu)選與測(cè)量?jī)x器具有較少連接的試片。
使用本發(fā)明該方面的該實(shí)施方案的方法實(shí)例為將樣品加入第一電池，并獲得指示凝集反應(yīng)發(fā)生的電流測(cè)量值，從而在該測(cè)試階段末期得知第一電池中的電流并可預(yù)測(cè)更長(zhǎng)時(shí)間的電流。
隨后可用樣品填充第二電池并且測(cè)量指示第二電池中發(fā)生屏障形成的第二電流。為了精確測(cè)量第二電池中的電流，第一電池中流動(dòng)的已知電流將被從總電流流動(dòng)中減去。在完成發(fā)生在第二電池中的屏障形成測(cè)量之后，如果在同一裝置中還將使用其它電池，則第一和第二電池中的電流流動(dòng)需要處于已知狀態(tài)以使其可以在填充第三電池時(shí)從電流流動(dòng)中減去，依此類推。
在多電池裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，電池可以是薄層電化學(xué)電池，從而在適當(dāng)時(shí)間之后，先前已經(jīng)填充且形成屏障的任一電池中的電流基本恒定，使得能夠更精確地從最后填充電池中的電流流動(dòng)中減去之前填充電池中的電流流動(dòng)。
為了說明本發(fā)明的特征，給出用來(lái)確定血型的應(yīng)用實(shí)例。該應(yīng)用中通常以紅細(xì)胞表面上是否存在三種抗原來(lái)確定血型。該抗原為A-抗原、B-抗原和Rh-抗原。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以使用三個(gè)分立裝置或更優(yōu)選使用在此處稱為試片、在同一裝置上具有三個(gè)電池的單一裝置來(lái)進(jìn)行所需測(cè)量。當(dāng)電池位于分立試片或同一試片上時(shí)，一個(gè)電池將含有A-抗原的抗體形式的第一測(cè)試組分，第二電池將含有B-抗原的抗體(第二測(cè)試組分)，第三電池含有Rh-抗原的抗體(第三測(cè)試組分)。使用時(shí)，試片將被插入具有連接試片電極和電路的連接裝置的測(cè)量?jī)x器。通過至少能夠在電極之間施加所需電勢(shì)并測(cè)量所得電流的電源來(lái)完成電路。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，測(cè)量?jī)x器還包括能夠分析所測(cè)電流信號(hào)、顯示結(jié)果、儲(chǔ)存結(jié)果和連接其它設(shè)備的凝集反應(yīng)測(cè)量裝置。凝集反應(yīng)測(cè)量裝置可以是改裝的電流計(jì)。該測(cè)量?jī)x器可包括在所需時(shí)間提取電流測(cè)量值的取樣裝置。
在該實(shí)施例中，電池中的電極將相互面對(duì)面放置且相隔約100微米。含有10mM亞鐵氰化鉀的試劑將涂覆在所有三個(gè)電池的上電極上，并且將含有100mM鐵氰化鉀和抗體的試劑涂覆在下電極上?？贵w為第一電池中的A-抗原抗體、第二電池中的B-抗原抗體和第三電池中的Rh-抗原抗體。
使用時(shí)，用戶將全血樣品(受試組分)填充第一電池并在電極之間施加300mV的電勢(shì)，使上電極為陽(yáng)極即工作電極，下電極為陰極即反電極。記錄電流并將數(shù)秒鐘后的電流與在應(yīng)該已發(fā)生任何凝集反應(yīng)的足夠長(zhǎng)時(shí)間處所記錄的電流進(jìn)行比較。在工作電極上沒有凝集試劑會(huì)延遲工作電極附近凝集反應(yīng)的開始時(shí)間，從而允許有足夠時(shí)間來(lái)記錄指示非凝集樣品的電流。如果長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的電流與短時(shí)間測(cè)量的電流之比小于預(yù)定閾值，則檢測(cè)到A-抗原(目標(biāo)組分)的存在。
如果第一電池樣品中存在A-抗原，一旦A-抗原檢測(cè)的合適時(shí)間過去，測(cè)量?jī)x器就會(huì)指示用戶將另一相同的血樣填充第二電池。注意這時(shí)第一電池中的電流或是穩(wěn)定值或是以可預(yù)測(cè)方式隨時(shí)間變化。一旦用戶將樣品填充第二孔，就會(huì)記錄對(duì)應(yīng)于第一和第二電池的總電流流動(dòng)的第二電流軌跡。隨后測(cè)量?jī)x器減去來(lái)自第一電池的已知電流以得到第二電池電流。如前所述，在短時(shí)間和較長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試該電流以檢測(cè)是否發(fā)生凝集反應(yīng)。
在檢測(cè)第二電池中B-抗原的適當(dāng)時(shí)間之后，測(cè)量?jī)x器指示用戶將另一相同的血樣填充第三孔并且從總電流中減去第一和第二電池中的已知電流以給出第三電池電流。如上所述測(cè)試該電流以檢測(cè)是否發(fā)生凝集反應(yīng)。
由三個(gè)結(jié)果可以判定A、B、AB和O血型，并可判定所分析的血液是Rh陽(yáng)性還是陰性。
注意血液樣品可以是毛細(xì)血管血、靜脈血或動(dòng)脈血。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案一種合適的多電池試片示于圖1a和1b。圖1a示出裝置的上視圖，圖1b示出裝置的截面圖(未按比例繪制)。
試片10具有通過插入在上下層21和22之間的絕緣隔離層20中的切口而形成于其中的電池1、2和3，其具有涂覆在其內(nèi)表面上的電極層23和24。提供連接點(diǎn)4來(lái)連接電極層和測(cè)量?jī)x器的外部電路(未示出)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可很容易地設(shè)計(jì)出用來(lái)進(jìn)行必要測(cè)量的適當(dāng)電路。將測(cè)試組分(未示出)干燥在層23和24的內(nèi)表面上并標(biāo)記為孔1、2和3。
實(shí)施例實(shí)施例1-用于鈣的凝集傳感器將用于鈣的凝集傳感器開發(fā)為用來(lái)確定本發(fā)明效率的模型。通過在0.007”厚的Melinex 453上濺射30nm厚的金涂層來(lái)制備金電極。
在27％乙醇/1.5％異丙醇/71.5％水中制備含有44mg/mL脫氧膽酸鈉、214mM鐵氰化鉀和0.11％普朗尼克(Pluronic)PE6200的溶液。將該溶液涂覆在金電極上并干燥。
在107μm厚的雙面膠帶上切出矩形孔。將膠帶疊合于金電極上，以使孔重疊干燥的化學(xué)品。將涂覆有上述試劑的第二金電極疊合于膠帶的另一面，因而形成具有相對(duì)電極的電化學(xué)電池。切割該三層結(jié)構(gòu)從而很好地限定電極面積(0.0985cm2)，并且在該矩形孔的底部存在開口，其作為填充傳感器的樣品入口和排氣孔。
將這兩個(gè)電極連接到穩(wěn)壓器并且將含有0-30mM CaCl2的9mM亞鐵氰化鉀溶液載入該電化學(xué)電池。施加-0.3V電勢(shì)25秒鐘，隨后施加+0.3V電勢(shì)10秒鐘。在施加+0.3V電勢(shì)之后的0.1秒測(cè)量電流。各種含鈣溶液的電流示于圖2。
實(shí)施例2-用于凝乳酶蛋白水解活性的傳感器通過凝乳酶對(duì)牛奶的作用來(lái)提供單獨(dú)類型的凝集反應(yīng)。凝乳酶從牛奶中的酪蛋白上切除親水性磷酸化的肽以生成不溶性蛋白質(zhì)。隨后該蛋白質(zhì)凝集并且經(jīng)進(jìn)一步加工后能夠形成酸乳或乳酪。
通過在電化學(xué)電池中干燥混合有電活性物質(zhì)的低檔牛奶或酪蛋白來(lái)提供用于凝乳酶的傳感器。如果加入電池的液體含有活性凝乳酶，則可以通過在電極之間施加電壓和分析電流瞬態(tài)來(lái)感知接著發(fā)生的凝集。
實(shí)施例3實(shí)施例2中所述的酶分析法可以用于免疫分析，其在單一腔中進(jìn)行，不包含清洗步驟，沒有固定定時(shí)步驟。
該免疫分析的特征示于圖3。傳感器由具有可為電極或平面聚合物或其它表面的上表面30和下電極31的單一腔組成。下電極31具有酪蛋白(乳蛋白)涂層。上表面30具有固定化抗體33的涂層(示為Y型結(jié)構(gòu))，抗原-凝乳酶34以非共價(jià)鍵偶聯(lián)抗體上的抗原結(jié)合點(diǎn)，以形成抗體-抗原-凝乳酶層。將氧化和還原形式的氧化還原對(duì)的混合物，例如鐵氰化物和亞鐵氰化物的混合物涂覆在下和/或上電極/表面上。
當(dāng)將具有未知抗原濃度的流體加入室中時(shí)，自由抗原將與結(jié)合的抗原-凝乳酶偶聯(lián)物“競(jìng)爭(zhēng)”。隨后該偶聯(lián)物向下擴(kuò)散至酪蛋白層并引發(fā)酪蛋白凝集在下電極31附近形成屏障層?？赏ㄟ^繼續(xù)施加固定電壓并監(jiān)控電流使隨之發(fā)生凝集反應(yīng)，或者可以通過如本申請(qǐng)其它地方所述的施加電壓脈沖序列(sequence)在不同的時(shí)間監(jiān)控還原或氧化的氧化還原物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，或者可以快速反轉(zhuǎn)電壓極性且隨時(shí)間監(jiān)控峰值電流。下電極處電流流動(dòng)的大小和任選的變化速率將對(duì)應(yīng)于隨時(shí)間發(fā)展的凝集程度，其反過來(lái)與到達(dá)酪蛋白層的抗原-凝乳酶偶聯(lián)物的量成比例。這又與樣品溶液中的抗原濃度成比例。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)，這些改進(jìn)應(yīng)該被視為屬于本文所述的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的方法，所述方法包括提供具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池；在電池內(nèi)提供受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致形成限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障；在工作電極和反電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)速率相關(guān)的電流；和測(cè)量工作電極處的電流以得到限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中受試組分和測(cè)試組分會(huì)通過凝集反應(yīng)形成屏障。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所施加的電勢(shì)足夠保持工作電極處電活性物質(zhì)的濃度。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量電流步驟包括在期望于電池中發(fā)生顯著屏障形成之前的第一時(shí)間測(cè)量電流和在期望發(fā)生顯著屏障形成的第二時(shí)間再次測(cè)量電流，并且根據(jù)所測(cè)電流的差獲得所述屏障形成的測(cè)量。
5.權(quán)利要求4所述的方法，包括選擇第一時(shí)間為屏障形成測(cè)量參數(shù)變化小于或期望小于屏障完全形成時(shí)所述參數(shù)總變化的約20％的時(shí)間。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中屏障形成測(cè)量參數(shù)變化小于所述總變化的約10％。
7.權(quán)利要求4所述的方法，包括選擇第二時(shí)間為屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化大于或期望大于屏障完全形成時(shí)所述參數(shù)總變化的約50％的時(shí)間。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中屏障形成測(cè)量參數(shù)的變化大于所述總變化的約70％。
9.權(quán)利要求4所述的方法，包括通過確定屏障形成測(cè)量參數(shù)隨時(shí)間的變化速率來(lái)選擇所述的第一時(shí)間和第二時(shí)間。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中所測(cè)電流的差用來(lái)獲得電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所測(cè)電流的差用來(lái)獲得擴(kuò)散系數(shù)變化的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中提供受試組分的步驟是通過將含有受試組分的液體樣品加入電池而進(jìn)行的。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其中提供測(cè)試組分的步驟是通過在將液體樣品加入電池之前將測(cè)試組分加入液體樣品而進(jìn)行的。
14.權(quán)利要求12所述的方法，其中提供測(cè)試組分的步驟是通過在加入液體樣品之前將測(cè)試組分加入電池而進(jìn)行的。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中通過將測(cè)試組分干燥加入電池中來(lái)將測(cè)試組分加入電池。
16.權(quán)利要求1所述的方法，包括利用測(cè)試組分和受試組分之間的反應(yīng)來(lái)提供所述電活性物質(zhì)。
17.權(quán)利要求1所述的方法，包括利用測(cè)試組分來(lái)提供所述電活性物質(zhì)。
18.權(quán)利要求1所述的方法，其中通過屏障形成反應(yīng)來(lái)提供所述電活性物質(zhì)，所述方法還包括提供可以作為工作電極的兩個(gè)電極并且在所述兩個(gè)電極之一處或附近提供測(cè)試組分，所述方法還包括改變所施加的電勢(shì)或電流測(cè)量電路連接以在所述工作電極之間轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量所述兩個(gè)工作電極處的電流從而獲得屏障形成的測(cè)量。
19.權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量電流以獲得電荷的測(cè)量，從而得到屏障形成的測(cè)量。
20.權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)所述受試組分包含目標(biāo)組分時(shí)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致屏障形成，其中所述方法還包括根據(jù)屏障形成的測(cè)量來(lái)確定所述目標(biāo)組分是否存在。
21.一種確定目標(biāo)組分是否存在于受試組分中的方法，包括提供具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池；在電池內(nèi)提供可含有或不含有目標(biāo)組分的受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，當(dāng)目標(biāo)組分存在時(shí)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；在工作電極和反電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)速率相關(guān)的電流；和測(cè)量工作電極處的電流以確定限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障是否形成，從而確定所述目標(biāo)組分是否存在于所述受試組分中。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中屏障形成將由凝集反應(yīng)所引起。
23.權(quán)利要求21所述的方法，包括施加足以保持工作電極處電活性物質(zhì)濃度的電勢(shì)。
24.權(quán)利要求21所述的方法，其中測(cè)量電流步驟包括在期望于電池中發(fā)生顯著屏障形成之前的第一時(shí)間測(cè)量電流和在期望發(fā)生顯著屏障形成的第二時(shí)間再次測(cè)量電流，并且根據(jù)所測(cè)電流的差獲得所述屏障形成的測(cè)量。
25.權(quán)利要求24所述的方法，包括選擇第一時(shí)間以對(duì)應(yīng)于屏障形成的測(cè)量參數(shù)變化小于屏障完全形成時(shí)所述參數(shù)總變化的約20％的時(shí)間，更優(yōu)選小于所述參數(shù)總變化的約10％的時(shí)間，并且選擇第二時(shí)間為凝集測(cè)量參數(shù)的變化大于樣品中總變化的約50％的時(shí)間。
26.權(quán)利要求25所述的方法，其中選擇第一和第二時(shí)間分別對(duì)應(yīng)于小于所述總變化的約10％和大于約70％。
27.權(quán)利要求21所述的方法，包括根據(jù)所測(cè)電流的差獲得電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
28.權(quán)利要求21所述的方法，還包括根據(jù)所測(cè)電流的差獲得擴(kuò)散系數(shù)變化的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
29.權(quán)利要求21所述的方法，其中通過屏障形成反應(yīng)來(lái)提供所述電活性物質(zhì)，所述方法包括提供可以作為工作電極的兩個(gè)電極并且在所述兩個(gè)電極之一處或附近提供測(cè)試組分，所述方法還包括改變所施加的電勢(shì)或電流測(cè)量電路連接以在所述工作電極之間轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量所述兩個(gè)工作電極處的電流，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
30.一種用來(lái)測(cè)量限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的設(shè)備，其具有具有工作電極和與工作電極隔離的反電極的電化學(xué)電池，所述電化學(xué)電池適合在電池內(nèi)接收受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致限制或減少所述至少一種電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；電源，其用來(lái)在工作電極和反電極之間施加足夠電勢(shì)以產(chǎn)生與所測(cè)電活性物質(zhì)向工作電極的傳質(zhì)速率相關(guān)的電流；用來(lái)測(cè)量工作電極處電流的電流計(jì)；和屏障形成測(cè)量裝置，其用來(lái)根據(jù)所測(cè)電流確定對(duì)于所述至少一種電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量。
31.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中屏障形成測(cè)量裝置是用來(lái)確定凝集測(cè)量的凝集測(cè)量裝置，所述凝集形成所述屏障。
32.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述電化學(xué)電池還包括單獨(dú)的參考電極。
33.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述反電極可以是反/參考電極。
34.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括當(dāng)所述設(shè)備用來(lái)檢測(cè)受試組分中目標(biāo)組分存在時(shí)，根據(jù)屏障形成測(cè)量確定測(cè)試組分存在的檢測(cè)裝置。
35.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述電流計(jì)設(shè)計(jì)為在期望于電池中發(fā)生顯著屏障形成之前的第一時(shí)間和在期望發(fā)生顯著屏障形成的第二時(shí)間測(cè)量電流，從而根據(jù)所測(cè)電流的差來(lái)獲得屏障形成的所述測(cè)量。
36.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括用來(lái)在第一和第二時(shí)間從電流計(jì)中進(jìn)行電流取樣的取樣裝置，第一時(shí)間為期望于電池中發(fā)生顯著屏障形成之前的時(shí)間，第二時(shí)間為期望發(fā)生顯著屏障形成的時(shí)間，并且其中屏障形成測(cè)量裝置根據(jù)電流差來(lái)確定屏障形成的測(cè)量。
37.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述屏障形成測(cè)量裝置根據(jù)電流的測(cè)量來(lái)確定電活性物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
38.權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述屏障形成測(cè)量裝置利用所測(cè)電流的差來(lái)獲得擴(kuò)散系數(shù)變化的測(cè)量，從而獲得屏障形成的測(cè)量。
39.權(quán)利要求30的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括可以作為工作電極的兩個(gè)電極和用來(lái)改變所施加的電勢(shì)或電流測(cè)量電路連接以獲得這兩個(gè)工作電極處電流測(cè)量的裝置。
全文摘要
公開了一種限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量方法。所述方法包括提供具有工作電極(23，24)和與工作電極隔離的反電極(23，24)的電化學(xué)電池(1，2，3)；在電池內(nèi)提供受試組分、測(cè)試組分和至少一種電活性物質(zhì)，所述受試組分和測(cè)試組分會(huì)導(dǎo)致限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成；在工作電極和反電極之間施加足夠的電勢(shì)以產(chǎn)生與待測(cè)量的電活性物質(zhì)濃度成比例的電流；和測(cè)量工作電極處的電流以獲得限制或減少電活性物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屏障形成的測(cè)量。所述電化學(xué)電池可為具有電池(1，2，3)的多電池試片(10)的形式，所述電池(1，2，3)形成在插入在上下層(21，22)之間的絕緣隔離層(20)中的切口中。
文檔編號(hào)G01N33/53GK1809746SQ200480002452
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者阿拉斯泰爾·麥金杜·霍奇斯, 羅納德·克里斯多佛·恰特利爾, 加里·錢伯斯 申請(qǐng)人:環(huán)球生物傳感器有限公司