[发明专利]用于生物测定和诊断的胶囊封装的传感器和感测系统及其制造和使用方法

摘要

本发明在替代的实施方式中，提供了高通量、多路复用的系统或方法，利用集成采用传感器或者感测系统、适体或者DNAzyme的液滴微流控系统，来检测生物学、生理学或者病理学的标志物，或者单一分子或者单一细胞。在替代的实施方式中，所述传感器或感测系统包括基于核酸、基于抗体、基于酶或基于化学的传感器或感测系统。在替代的实施方式中，本发明提供了使用集成有快速、灵敏的荧光检测系统的液滴系统来检测生物学、生理学或病理学标志物，或者单一分子或单一细胞的方法，所述荧光检测系统包括例如3D颗粒检测器。在替代的实施方式中，本发明提供了包括集成式综合性液滴数字检测(IC 3D)的系统。

主权项

一种用于检测、鉴定和/或定量靶标；靶标分子；病毒；生物学、生理学或病理学标志物；单一分子；或单一细胞或细胞源性颗粒例如，单一的病原体、寄生虫、细菌细胞、病毒或真菌的高通量、多路复用系统或装置或方法；所述系统或装置或方法使用液滴或乳液微流控系统、3D颗粒检测器和/或3D颗粒计数系统或乳化剂，并集成使用测定法、传感器或感测系统，包括使用：小分子、生物分子、适体、DNA酶、核酸、蛋白质、肽、酶、抗体或化学或小分子，所述系统或装置或方法包括：(a)提供能够特异性结合或者直接地或间接地检测靶标、靶标分子、核酸、蛋白质、肽、病毒、细胞源性颗粒或细胞的测定法、传感器、检测或感测系统，其中可选地所述细胞为细菌细胞、寄生虫细胞或真菌细胞，或者可选地所述细胞为哺乳动物细胞或人细胞；其中可选地，所述测定法、传感器、检测或感测系统包括或包括采用：适体、DNAzyme(也称作脱氧核糖酶、DNA酶或者催化DNA)、核酸、蛋白质、肽、酶、抗体、或者化学品或小分子、单一核酸分子扩增，所述单一核酸分子扩增可选地包括指数扩增反应(EXPAR)、滚环扩增(RCA)、或者适体抑制剂‑DNA‑酶(IDE)或适体‑IDE系统，并且可选地，所述靶标包括扩增的靶标，所述扩增的靶标可选地为利用滚环扩增(RCA)或者EXPAR所扩增的核酸靶标，其中通过所述测定法、传感器、检测或者感测系统的特异性结合或者直接地或间接地检测所述靶标分子、病毒、细胞源性颗粒或者细胞导致或者产生可检测信号，所述信号可选地包括荧光团信号或者荧光，其中可选地，核酸、适体、适体‑IDE系统或者DNAzyme包括能够在单核苷酸连接处切割DNA‑RNA嵌合底物的RNA‑切割DNA模序，并且核苷酸切割位点的侧翼是荧光团和淬火剂，且可选地，所述核酸、适体或者DNAzyme与它的靶标分子、病毒、细胞源性颗粒或细胞的结合造成核苷酸切割位点的切割，以从荧光团或者荧光活化剂中释放淬灭剂，其中所述荧光活化剂可选地包括酶，所述酶在活化形式时能够产生可检测信号，例如荧光团信号，并且可选地，所述传感器或者感测系统、适体、DNAzyme、适体抑制剂‑DNA‑酶(IDE)分子复合物(也被称作适体‑IDE系统)(可选地包括如图47阐述的结构，其中当IDE分子复合物中的酶在活化(例如未在抑制剂的影响下)，未被抑制时，能够产生例如荧光信号的可检测信号，并且当IDE分子复合物没有结合到靶标时，所述IDE分子复合物中的酶被IDE分子复合物抑制剂抑制，并且当IDE分子复合物的适体结合于它的靶标时，所述IDE分子复合物抑制剂从所述酶释放、去除或者解除，进而触发酶的活化以及触发诸如荧光信号的可检测信号的产生，并且可选地，所述测定法、传感器、检测或者感测系统包括基于核酸、基于抗体、基于蛋白质、基于肽、基于酶或者基于化学品的或小分子的测定法、传感器、检测或者感测系统，或者它们的任意组合，其中可选地，所述测定法、传感器、检测或者感测系统对于靶标的特异性结合触发基于扩增或者非扩增的荧光信号，并且可选地，所述靶标分子(可选地为纯化的或者复合物靶标)能够从核酸、肽或者化学文库中筛选、选择和/或分离，并且可选地，所述靶标分子包括核酸或者多肽，可选地所述多肽为用于疾病(例如糖尿病、阿尔茨海默病等)或病症的诊断，或者为细胞表面标志物，或者是酶，其中可选地，所述酶是用于特定疾病(例如糖尿病、阿尔茨海默病等)检测的标志物或者是标志物，可选地，所述酶为β‑内酰胺酶，例如碳青霉烯酶，可选地，用于检测产生超光谱β‑内酰胺酶(ESBL)的肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和碳青霉烯抗性的肠杆菌科(CRE)、TB以及其它抗微生物抗性病原体，并且可选地，所述靶标分子、病毒、细胞源性颗粒或者细胞或者细菌、寄生虫或真菌，包括一种或多种生物学、生理学或者病理学标志物，或者包括单一或多个分子，或者单一或多个细胞，或者单一或多个病毒，或者细胞源性颗粒或分子；(b)可选地提供多个液滴、乳液或微滴，其中可选地，液滴、乳液或微滴是利用液滴微流控系统或者微滴操作测定法或装置，或乳化剂，等同装置或者系统产生，并且可选地，液滴大小范围可以为直径大约5到50μm，大约1μm到300μm或者大约10μm到100μm之间，并且可选地，提供标签或者染色，其中可选地靶标或者扩增的靶标被染色或者标记，可选地，采用染料、纳米颗粒、珠子或者等同物或它们的组合，并且可选地，提供多个颗粒或者纳米颗粒，其中所述靶标由颗粒或纳米颗粒组成，包含颗粒或纳米颗粒或者包含于颗粒或纳米颗粒中；(c)提供样品，其中可选地，所述样品包含或者源自于生物或者环境样品，并且可选地，所述样品包含所述靶标，或者被怀疑含有待被检测的靶标，并且可选地，所述靶标为或者包含靶标分子、核酸、蛋白质、肽、病毒、细胞源性颗粒或细胞，其中可选地，所述细胞为细菌细胞、寄生虫细胞或者真菌细胞，或者可选地，所述细胞为哺乳动物细胞或者人类细胞；(d)可选地胶囊封装或者微胶囊封装所述样品(包含靶标或者由靶标组成)，可选地与所述测定法、传感器、检测或者感测系统一起，并且可选地，将靶标或者样品与多个颗粒或者纳米颗粒联合、包装或者结合，或者将靶标或者样品联合、包装或者结合到多个颗粒或者纳米颗粒中，其中可选地，所述胶囊封装或者微胶囊封装包括胶囊封装或者微胶囊封装入多个液滴或微滴，或者乳液，并且可选地，检测或者感测系统包括适体‑IDE系统，并且可选地，当适体‑IDE系统包含采用能够产生可检测信号(例如荧光信号)的酶，或者酶组合时，通过与可检测信号相互作用或处理该可检测信号，所述胶囊封装或者微胶囊封装进一步包括胶囊封装或微胶囊封装底物或者被所述酶活化的可检测信号，并且可选地，加工或制作所述胶囊封装的或微胶囊封装的样品或者靶标，或者加工或制作包含所述胶囊封装或者微胶囊封装的样品的液滴或微滴或者乳液，包括采用液滴微流控系统或者微滴操作装置，或者高通量液滴发生器，可选地为256通道盒系统，或者乳化器，并且可选地，标记或者染色所述靶标或者扩增的靶标，可选地采用染料、纳米颗粒、珠子或者同等物或者它们的组合；以及(e)检测可检测信号的存在，所述可检测信号可选地包括荧光团信号或荧光，或者染料、纳米颗粒、珠子或者同等物或者它们的组合，其中可选地，所述检测、鉴定和/或定量可检测信号的存在是在每个乳化的、胶囊封装的或者微胶囊封装的样品中，或者在每个液滴或微滴中，或者是在每个颗粒或者纳米颗粒中，并且所述检测可检测信号的存在检测、鉴定和/或定量所述靶标分子、病毒、细胞源性颗粒或细胞，其中可选地，所述细胞为哺乳动物细胞、人细胞、细菌细胞、寄生虫细胞、真菌细胞，其中所述荧光团信号或者荧光信号的检测指示在所述样品中所述靶标分子、病毒、细胞源性颗粒、细胞、寄生虫、真菌或者哺乳动物或者人细胞的存在，所述荧光团信号或者荧光信号可选地在胶囊封装的或者微胶囊封装的样品中，或者在液滴或微滴，或者乳液中，或者在每个颗粒或者纳米颗粒中，并且可选地所述检测和/或定量所述靶标分子、病毒或者细胞源性颗粒或者细胞包括采用3D颗粒检测器或者3D颗粒计数系统。