生物标记的检测的利记博彩app

专利名称：生物标记的检测的利记博彩app
技术领域：
本发明提供了检测一种生物标记的方法以及装置，这种生物标记衍生自一种多肽 与它的一种化合物或代谢产物的相互作用，该化合物或代谢产物共价地修饰该多肽。所披 露的一个具体的实施方案是检测一种生物标记，该生物标记产生于一种丝氨酸水解酶(例 如，乙酰胆碱酯酶)与一种有机磷酸酯化合物(例如，一种有机磷酰基杀虫剂)或一种反应 性有机磷酰基化合物的相互作用，这是使用掺入了的一种抗体的光学传感器来进行的，该 抗体识别该生物标记并且固定到一种生物聚合物材料上，该生物聚合物材料在与该生物标 记结合时经历了一种光学特性的变化。额外披露了多种生物传感器装置以及用于或掺入到 这些用于生物标记检测的装置中的光学传感器模块。在本发明的一个具体的实施方案中，一种生物标记产生于一种丝氨酸水解酶在该 酶与一种自杀抑制剂相互作用之后的共价修饰。在多个具体的实施方案中，该生物标记产 生于一种丝氨酸水解酶(例如，一种乙酰胆碱酯酶)与一种有机磷酸酯化合物或它的一种 代谢产物(它充当该自杀抑制剂)的相互作用。优先权申请的交叉引用本申请要求了于2007年11月14日提交的具有申请号US 11/985，290的共同未 决的美国申请的权益，并且将其通过引用以其全文结合到本申请中。
背景技术：
在本领域中，术语“有机磷酸酯”用于说明化学类的化合物，包括杀虫剂以及神经 毒气试剂。此类化合物能够直接地或在通过一个或多个代谢过程进行活化之后对蛋白以及 多肽(包括胆碱酯酶)进行修饰。有机磷酸酯(OP)杀虫剂(它们包括马拉硫磷、二嗪磷、 氯蜱硫磷以及其他(在表1中示出))是世界上对于控制虫害使用最广泛的农药化学品，并 且代表着将此类环境毒素暴露于田间工作人员的一种途径。同样地，OP神经毒气试剂是一 种来自恐怖袭击的、针对军事人员以及平民的严重且持续的威胁。OP杀虫剂在结构上略微 不同于例如像在结构Ia (参见以下)中所看到的OP神经毒气试剂，它代表一类有机磷酰基 杀虫剂(有机磷硫代硫酸酯杀虫剂)，这类杀虫剂具有一个P = S部分。相比之下由结构2 所代表的的高反应性有机磷酰基的一些例子具有-
-个P = 0部分t
异 [O]* ？
RO-P-ZRO-P-Z
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索曼X = CH3, Y = CH(MeKtBu), Z=F 塔崴X = N(CH3)2, Y = OEt, Z = CN . 性有机 ‘ VXiX = CH3, Y = OEt1 Z = SCH2CH2N(IPr)2
YR = Me，Et ;Ζ =离去基团典型地，一种有机磷酰基杀虫剂要求如在la(硫代酯)到Ib (P = 0，磷氧化物 (oxon))的转化中所示的代谢加工以变成活性的并且有毒的，而一种高反应性有机磷酰基 化合物(例如，一种OP神经毒气试剂(2))是处于磷氧化物的形式，并且是直接毒性的磷氧 化物形式(lb和2)主要负责它们的神经毒性作用机制(以下进一步说明)。
在美国每年报告了 150，000至300，000例与OP相关的毒性发病事件 (Rosenstock, 1991)，并且在全世界几百万的人由于暴露于OP杀虫剂而接受治疗。由于吸 入方式以及毒性神经化学作用机制，处于OP暴露高危险的平民包括儿童和老年人，那些患 有气道失能，像哮喘、神经疾病、和/或精神疾病的人群。由于早先暴露于OP试剂而处于更 高危险的亚群体包括，农民，农业工作人员、以及其他从事处理OP化合物职业的施用者和 工作人员。在1993与1996之间，大约65，000例OP中毒事件报道给美国中毒控制中心，并 且其中25，000事件涉及未满六岁的儿童。据估计在美国超过1百万个五岁以及五岁以下 的儿童(20人中有1人)消耗了一个非安全剂量的OP (Goldman, 2000)。OP神经毒气试剂已经通过国际条约被公认为作为化学战争试剂，并且囤积的这些 神经毒气正在被销毁。不幸的是，一些无赖国家为了进行生物恐怖活动目的，继续通过直接 地或通过代理经由极端组织发展或寻求此类试剂，这些组织决心对美国及其盟国施加伤害 (松本以及东京地铁系统的恐怖袭击，海湾战争，等等)。对平民人群的袭击是特别有问题 的，这产生了很多短期的和长期的健康危害。在此所说明的装置和方法着手解决涉及OP暴 露的具体需要，它包括监测慢性或急性的暴露并且对化学袭击提供早期警告。针对一种乙酰胆碱酯酶所讨论的OP作用机制适用于其他胆碱酯酶(例如丁酰胆 碱酯酶)、以及为OP暴露提供生物标记的其他蛋白，并且因此并非意味着将在此所披露的 本发明限制于一种具体的胆碱酯酶或蛋白。OP中毒机制的主要事件是这种OP化合物与 AChE进行反应以供应结构上独特的产物，这些产物代表暴露的机械上精确的生物标记。在 以下内容中，术语OP-AchE偶联物(conjugate)是指从OP与一种乙酰胆碱酯酶或它的一个 能够催化(catalytically competent)的片段之间进行反应而初始形成的0P_偶联物(一 种初级有机磷酸酯生物标记)、以及随后形成的老化(aged)的衍生物(次级有机磷酸酯生 物标记)，除非另外指明。本披露提供了识别OP-AChE偶联物(即，有机磷酸酯生物标记) 的新颖的方法，其结构可以从机械学考虑来预知，并且代表本领域的一种进步。因此，对通过本披露着手解决的有机磷酸酯生物标记的检测存在着一种需要，本 披露提供了用于评估一种生物标记(例如，一种OP-AchE偶联物以及它的老化产物)的量 值、类型以及结构的检测系统和方法，以便协助进行适当地治疗性干预来避免将一种哺乳 动物暴露于一种环境毒素(例如，一种OP-偶联物)，并且以便评估由此类广泛传播的毒素 所产生的威胁。

发明内容
在此类装置中所采用的生物传感器装置和光学传感器被说明为用于检测并且辨 别总体上被称为“生物标记”的生物分子产物，它们由暴露于一种化学化合物而产生。有机 磷酸酯(OP)化合物暴露的具体生物标记特征被称为“0P-蛋白偶联物”或OP-多肽偶联物。 当一种有机磷酸酯(OP)化合物，例如，一种农业杀虫剂(包括但不限于马拉硫磷、二嗪磷以 及氯蜱硫磷(以及在表1中所示出的其他杀虫剂))、或一种神经毒气试剂(包括但不限于 沙林、索曼、塔崩以及VX(以及其他在表2中所示出的))对一种多肽或蛋白(例如，一种乙 酰胆碱酯酶)进行修饰时，OP-蛋白或多肽偶联物就形成了。在那些情况下(其中这种经 修饰的蛋白是一种AChE)，所得到的偶联物被称为“OP-AChE偶联物”。用于检测对一种OP 化合物的暴露并且对该暴露进行定量的生物传感器装置和方法是新颖的，这是因为分析是针对由一组(set)不同的OP-蛋白偶联物所代表的特异性生物标记进行的。所以，本发明 的生物传感器装置可以识别单独的OP-蛋白偶联物，它们在一起将暴露于一种OP化合物与 暴露于一种不同的OP化合物(该化合物呈现出一组不同的OP化合物)进行区别。在此说明了采用受体修饰的PDA聚合物的新颖的生物传感器装置，这些装置提供 了用于检测OP-AchE偶联物的有效并且快速的手段，这些偶联物是针对将一种OP化合物暴 露于一种乙酰胆碱酯酶或它的一个能够催化的片段的生物标记。在此说明了受体，包括抗 体、Fab片段、以及其他免疫球蛋白片段，它们包含一种高变结构域、并且能够识别由OP暴 露至一种乙酰胆碱酯酶或它的一个能够催化的片段所产生的蛋白偶联物，并且这些受体是 一类生物标记受体。一种生物标记受体当被固定至一种生物聚合物材料(例如，一种PDA 生物聚合物薄膜)上时，提供了一种用于检测生物标记的光学传感器。同样，在此说明了使 用受体修饰的PDA聚合物、用于监测急性或慢性暴露至一种OP化合物的过程的新颖的分析 方法。一种生物传感器的一个实施方案使用了一种荧光的、抗体修饰的PDA聚合物(一种 Ab-PDA生物聚合物材料)。所说明的本发明的一个实施方案涉及将乙酰胆碱酯酶暴露于一 种OP化合物，并且施用于其他实施方案，这些实施方案涉及其他胆碱酯酶(例如，丁酰胆碱 酯酶)以及其他提供针对OP暴露的生物标记的蛋白。在此说明了新颖的受体修饰的PDA 聚合物，它们包括了特异性的识别受体(例如，检测OP-AChE偶联物的抗体)。还说明了 OP 传感器模块，它们包括了受体修饰的PDA聚合物。进一步说明了一种生物传感器装置，该装 置使用了一种或多种OP光学传感器或光学传感器模块用于分析对一种OP化合物的暴露， 并且用于评估将一位受试者暴露于一种OP化合物的程度以便提供指导治疗性干预的有用 fn息ο


图1A. —种光学传感器，具有直接地(当L是一种官能团时)或间接地(当L是 一个连接物时)固定到一种生物聚合物材料(例如，一种聚二乙炔聚合物薄膜)上的生物 标记受体(例如，抗OP-AChE的抗体)。图1B.结合到一种生物标记受体上的示例性生物标记，该受体被固定在一种PDA 生物聚合物薄膜上(其中在图IA中L是-C0NH-，AB =针对天然AChE的抗体，pAB =针对 PAChE的抗体，由一种有机磷酸酯化合物通过AChE的自杀失活作用所产生)，这种膜在该生 物聚合物薄膜中诱导了一种荧光变化(用541-551nm照射)。图2A.用于构建OP-光学传感器模块的流程图。图2B.生物传感器的简图。
具体实施例方式定义，如在此所使用并且除非另外指明或通过内容暗示，在此所使用的术语具有 以下定义。除非另有相反的指示或暗示，例如通过包含相互排斥的要素或选择，在这些定义 中并且贯穿该说明书，术语“一个/ 一种”(〃 a"和"an")是指一种或多种，并且当上下 文允许时术语“或”是指和/或。在本披露的不同位置，例如在所披露的任何实施方案或权利要求书中，提及了化 合物、组合物、组合物、或方法，它们“包括”一种或多种限定的组分、要素或步骤。本发明的实施方案还明确地包括那些化合物，组合物、组合物、或方法，它们是那些所限定的组分、要 素或步骤或由其组成或主要由其组成。术语“包括”、“由...组成”以及“主要由...组成” 具有它们根据美国专利法的、在正常情况下可接受的含义，除非另外明确地说明。术语“包 括了”与术语“包括”可互换地使用并且作为等效术语来说明。例如，所披露的“包括” 一种 组分或步骤的组合物、装置，制造的物品或方法是开放的，并且它们包括或覆盖(read on) 那些组合物或方法加上一个或多个额外的组分或步骤。类似地，所披露的“由一种组分或步 骤组成”的组合物、装置，制造的物品或方法是封闭的，并且它们不包括或覆盖那些具有相 当可观的量的一个或多个额外的组分或步骤的组合物或方法。如在此在说明一个数值或一个值的范围中所使用的，“约”是指该数量值或范围旨 在涵盖该值测量的不确定性。不确定性将取决于有待测量的值的类型以及确定该值所采用 的方法。这种不确定性将是已知的、或由本领域的技术人员在确定该值时通过所使用的仪 器和/或方法的准确度和精确度很容易确立。在此所使用的，“烃基”("alkyl")是指连接的正、仲、叔或环碳原子，即直链的、支 链的、环状的或它们的任何组合。如在此所使用的，烃基部分可以是饱和的或不饱和的，即 该部分可以包括一个、两个、三个或多个独立选择的双键或三键。不饱和的烃基部分包括以 下针对链烯基、炔基、环烃基、以及芳基部分所说明的部分。饱和的烃基基团包括饱和的碳 原子(SP3)，并且没有芳香族、SP2或SP碳原子。在一个烃基基团或部分中碳原子的数目可 以发生变化，并且典型地是1至约50 (例如约1-30或约1-20)，除非另外指明，例如C1^8烃 基或C1-C8烃基是指包含1、2、3、4、5、6、7或8个碳原子的一个烃基部分，并且C^6烃基或 C1-C6是指包含1、2、3、4、5或6个碳原子的一个烃基部分。当对一种烃基基团进行限定时，种类可以包括甲基、乙基、1-丙基(正丙基)、2-丙 基(异丙基、-CH(CH3)2)、1-丁基(正丁基)、2_ 甲基-1-丙基(异丁基、-CH2CH(CH3)2)、2-丁 基(仲丁基、-CH(CH3)CH2CH3)、2_甲基-2-丙基(叔丁基、-C(CH3)3)、戊基、异戊基、仲戊基以 及其他直链、环状和支链的烃基部分。除非另外指明，烃基基团可以包括以下针对环烃基、 链烯基、炔基基团、芳基基团、芳烷基基团、烷芳基基团以及类似物所说明的种类和基团。如在此所使用的，环烃基是一个仅由碳原子形成的单环、双环或三环的环体系。在 一个环烃基基团或部分中碳原子的数目可以发生变化，并且典型地是3至约50(例如约 1-30或约1-20)，除非另外指明，例如C3_8烃基或C3-C8烃基是指包含3、4、5、6、7或8个碳 原子的一个环烃基部分，并且C3_6烃基或C3-C6是指包含3、4、5或6个碳原子的一个环烃 基部分。环烃基基团将典型地具有3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20 个碳原子，并且可以包含外环或内环的双键或内环的三键或这两者的一个组合，其中这些 内环的双键或三键、或这两者的组合不会形成一个具有4n+2个电子的环状共轭系统；其中 这种二环的环结构可以共享一个碳原子(即，螺环系统)或两个碳原子，并且这种三环的环 系统可以共享总计2、3或4个碳原子，典型地是2或3个。当对一个环烃基基团进行限定时，种类可以包括环丙基、环戊基、环己基，金刚烷 基或其他环状的包含所有碳原子部分。除非另外指明，环烃基基团可以包括以下针对链烯 基、炔基基团、芳基基团、芳烷基基团、烷芳基基团以及类似物所说明的种类和基团，并且可 以包括一个或多个其他环烃基部分。当环烃基被用作一个马库什(Markush)基团时，该环 烃基被连接到一个马库什化学式上，它与之通过在该环烃基基团的一个环状碳环系统中所涉及的一个碳相关联。如在此所使用的，“链烯基”是指一个部分，该部分包括一个或多个双键(-CH = 01-)，例如，1、2、3、4、5、6个或更多，典型地是1、2或3个，并且可以包括一个芳基部分，例如 苯，并且额外地包括连接的正、仲、叔或环状碳原子，即直链、支链、环状或它们的任何组合， 除非该链烯基基团是乙烯基(-CH = CH2)。具有多个双键的一个链烯基部分可以具有连续 安排的双键(即，一个1，3 丁二烯基部分)或非连续安排的双键，带有一个或多个插入的饱 和碳原子或它们的一个组合，条件是多个双键的环状的、邻近安排不会形成一个具有4n+2 个电子的环状共轭系统(即，芳香族的)。在一个链烯基基团或部分中碳原子的数目可以 发生变化，并且典型地是2至约50 (例如约2-30或约2-20)，除非另外指明，例如C2_8链烯 基或C2-8链烯基是指包含2、3、4、5、6、7或8个碳原子的一个链烯基部分，并且C2_6链烯基 或C2-6链烯基是指包含2、3、4、5或6个碳原子的一个链烯基部分。链烯基基团将典型地 具有 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、18 或 20 个碳原子。当对一个链烯基基团进行限定时，种类包括例如以上说明的具有一个或多个双键 的烃基或环烃基部分中的任何一个、亚甲基(=CH2)、甲基亚甲基(=CH-CH3)、乙基亚甲基 (=CH-CH2-CH3)、= CH-CH2-CH2-CH3,乙烯基(_CH = CH2)、烯丙基、1-甲基乙烯基、丁烯基、 异丁烯基、3-甲基-2- 丁烯基、1-戊烯基、环戊烯基、1-甲基-环戊烯基、1-己烯基、3-己烯 基、环己烯基以及其他包含至少一个双键的直链的、环状的、以及支链的所有含碳部分。当 链烯基被用作一个马库什基团时，该链烯基被连接到一个马库什化学式上，它与之通过该 链烯基基团的一个双键的一个不饱和碳相关联。如在此所使用的，“炔基”是指一个部分，该部分包括1个或多个三键(-C ε C-)， 例如1、2、3、4、5、6个或更多，典型地1或2个三键，可任选地包括1、2、3、4、5、6个或更多双 键(其中剩余的键(若存在)是单键)并且包括连接的正、仲、叔或环碳原子，即直链、支链、 环状或它们的任何组合，除非该炔基部分是乙炔基。在一个链烯基基团或部分中碳原子的 数目可以发生变化，并且典型地是2至约50个，例如约2-30个或约2-20个(除非另外指 明)，例如C2_8炔基或C2-8炔基是指包括2、3、4、5、6、7或8个碳原子的一个炔基部分。炔 基基团将典型地具有2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、18或20个碳原子。当对一个炔基基团进行限定时，种类包括例如以上说明的具有一个或多个双键的 烃基部分中的任何一个、乙炔基、丙炔基、丁炔基、异丁炔基、3-甲基-2-丁炔基、1-戊炔基、 环戊炔基、1-甲基-环戊炔基、1-己炔基、3-己炔基、环己炔基以及其他包含至少一个三键 的直链、环状、以及支链的所有含碳部分。当一个炔基取代基被用作一个马库什基团时，该 炔基被连接到一个马库什化学式上，它与之通过该炔基基团的一个三键的一个饱和碳原子 相关联。如在此所使用的，“芳基”是指一个芳香族环系统或一个没有环杂原子的稠合环系 统，包括1、2、3或4至6个环，典型地1至3个环，其中这些环是仅仅由碳原子形成的；并且 是指一个具有4n+2个电子的环状共轭系统(休克尔规则)，典型地是6、10或14个电子，其 中的一些可以额外地参加环外的共轭(交叉共轭)。当对一个芳基基团进行限定时，种类可 以包括苯基、萘基、菲基以及醌。当芳基被用作一个马库什基团时，该芳基连接到一个马库 什化学式上，它与之通过该芳基基团的一个芳香族碳相关联。如在此所使用的，“烷芳基”是指一个部分，其中一个烷基基团连接到一个芳基基团上，g卩，-烷基-芳基，其中烷基和芳基的基团是如以上所说明的，例如-CH2-C6H5 或-CH2CH (CH3) -C6H5。如在此所使用的，“芳烷基”是指一个部分，其中一个芳基基团连接到一个烷 基基团上，g卩，-芳基-烷基，其中芳基和烷基的基团是如以上所说明的，例如-C6H4-CH3 或-C6H4-CH2CH (CH3)。“取代的烃基”、“取代的环烃基”、“取代的链烯基”、“取代的炔基”、“取代的烷芳 基”、“取代的芳烷基”、“取代的杂环”、“取代的芳基”、“取代的单糖”以及类似物是指一个烃
基、链烯基、炔基、烷芳基、芳烷基、杂环、芳基、单糖或如在此所定义或披露的具有一个或多 个取代基的其他基团或部分，这种或这些取代基替换了妨碍一条碳原子链的一个或多个氢 原子或者一个或多个取代基。包括一个或多个取代基的链烯基和炔基的基团在一个碳上被 可任选地取代，这个碳是从该双键上除去的一个或多个亚甲基部分。“任选地取代的烃基”、“任选地取代的链烯基”、“任选地取代的炔基”、“任选地取代 的烷芳基”、“任选地取代的芳烷基”、“任选地取代的杂环”、“任选地取代的芳基”、“任选地取 代的杂芳基”、“任选地取代的烷基杂芳基”、“任选地取代的杂芳基烷基”、“任选地取代的单 糖”以及类似物是指一个烃基、链烯基、炔基、烷芳基、芳烷基、杂环、芳基、杂芳基、烷基杂芳 基、杂芳基烷基、单糖或如在此所定义或披露的具有一个或多个取代基的其他基团或部分， 这种或这些取代基可任选地替换了妨碍一条碳原子链的一个或多个氢原子或者一个或多 个取代基。此类取代基是如以上所说明的。对于一个苯基部分，存在于该芳环上的任何两 个取代基的安排可以是邻(ο)、间(m)或对(ρ)位。对于由一个给定范围的碳原子所说明的任何基团或部分，所指定的范围是指对任 何单独数目的碳原子进行了说明。因此，例如"C1-C4任选地取代的烃基”、“c2_6链烯基任选 地取代的链烯基”、"C3-C8任选地取代的杂环”这些词确切地是指如在此所定义的一个1、2、 3或4个碳的任选地取代的烃基部分是存在的，或者一个2、3、4、5或6个碳的链烯基、或包 括如在此所定义的一个杂环或任选地取代的链烯基部分的一个3、4、5、6、7或8个碳部分是 存在的。所有这些指定是明确地旨在披露所有这些单独的碳原子基团，并且因此“C1-C4任 选地取代的烃基”包括例如3个碳的烃基、4个碳的取代的烃基以及4个碳的烃基(包括所 有的位置异构体)，并且对类似物进行了披露并且可以对其进行明确地提及或命名。在此所说明的有机部分和取代基、以及对于在此所说明的任何其他部分将经常排 除不稳定部分，除外其中此类不稳定部分是瞬时种类(transient species)，该种类可以被 用来制造一种具有足够化学稳定性的化合物用于在此所说明的用途中的一种或多种用途。术语“含磷部分”是指一个部分，该部分包含一个磷原子(phosphorousatom)，该原 子被共价地键合到一个分子或实体(entity)(例如，一种多肽或生物聚合物材料)上，这是 通过一个碳原子或一个杂原子(例如，该分子或实体的0、N或S)来进行的。典型地，一个含 磷部分将具有一个P = O或P = S键，并且包括(通过举例而非限制)以下部分，例如，-P(O) (0) -ORpe, -P(O) (R) -ORpe, -P(O) (ORpe)-ORpe, -P(S) (R) -ORpe, -P(S) (ORpe) -0Rp\ -P(O) (0) -SRP\ -P(O) (R) -SRpe, -P(O) (ORpe) -SRpe, -P(S) (R) (SRpe)、-P(S) (ORpe) -SRpe, -P(O) [(N(Rpe) 2] -ORpe, -P ⑶[(N(Rpe) 2] -ORpe, -P (0) [ (N(Rpe) 2] -SRpe, -P ⑶[(N(Rpe) 2] _SRPK，其中这 些Rpk是独立地选择的-H或一种有机部分，该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8 个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，或针对酯所说明的一种有机部分、任选地取代的烃基或烃基基团。有时，这个含磷部分具有以上刚 刚说明的化学式，除外-ORpk或-SRpk基团中的一个或多个用N(Rpk)2替换，其中如以上刚刚 说明的Rpk是独立选择的。在某些实施方案中，这个含磷部分是衍生自一种有机磷酸酯化合物、或一种有机 磷酰基化合物(具有la、Ib或2的结构)，该结构然后与来自一种分子或实体的一个杂原子 相结合。在某些实施方案中，该含磷部分通过该分子或实体(例如，一种多肽)的一个氮原 子或氧原子共价地键合来形成一种生物标记。来自一个丝氨酸水解酶(例如，一个胆碱酯 酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀虫剂或OP-神经毒气试剂的反应的生物标记具有 一个含磷部分，其中在这种丝氨酸水解酶的活性位点中该丝氨酸残基的氧原子是共价地直 接连接到一个含磷部分的磷原子上。含磷部分的另外的例证是通过针对硫代酯和硫羰酸酯的定义来形成的，并且形成 了以下结构，这些结构定义了磷酸酯、膦酸酯、硫代磷酸酯、硫代膦酸酯、氨基磷酸酯、硫代 氨基磷酸酯(thiophosphoamidate)、氨基硫代磷酸酯(phosphoramidothioate)或磷二酰 胺(phosphorodiamide)，其中将没有定义如此修饰的结构所归属的结构类型的一种杂原子 取代基去除以产生具有一个开放化合价(open valence)的一个磷原子。在优选的实施方 案中，这个含磷部分是衍生自表1的一种有机磷酰基杀虫剂、或来自表2的一种高反应性有 机磷酰基化合物，这是通过在失去或去除该磷原子之前去除或失去一个卤素、氧或氮配体 来进行的。如在此使用的，“杂环”或“杂环的”是一个环烃基或芳香族的环系统，其中这些包 括该环系统的碳原子中有一个或多个(典型地是1、2或3个，但并非全部)被一个杂原子 替换，该杂原子是一个除碳之外的原子，包括N、0、S、Se、B、Si、P，典型地是N、0或S，其中 两个或多个碳原子可以彼此相邻或被一个或多个碳原子(典型地1-17个碳原子、1-7个原 子或1-3个原子)分开。术语C-连接的杂环是指一个杂环，该杂环通过一个碳原子键合到一个分子上，并 且包括以下部分，例如-(CH2)n-杂环，其中η是1、2或3或-C <杂环，其中C <表示一个杂 环上的一个碳原子。N-连接的杂环部分是指一个杂环，该杂环与被说明为-N <杂环的一个 杂环的环氮相键合，其中N <代表一个氮。如在此所使用的，“杂芳基”是指一种芳基环系统，其中这些包括该芳基环系统的 碳原子中有一个或多个(典型地1、2或3个，但并非全部)被一个杂原子替换，该杂原子 是一个除碳之外的原子，包括仏0、3、36、8、31、？，典型地通常是氧(-0-)、氮(-ΝΧ-)或硫 (-S-)，其中X是-H、一种保护基团或CV6任选地取代的烃基，其中该杂原子通过与该环系统 上的一个相邻原子的Pi-键合或通过在该杂原子上的一对孤对电子而参与该共轭系统，并 且可以在一个或多个原子或杂原子上、或两者的组合(包括该杂环)上以保持该环状共轭 系统的方式被任选地取代。在此对杂环的例子进行了说明。杂环和杂芳基包括(通过举例但并非限制)以下所说明的杂环和杂芳基 Paquette,Leo Α. ； “ Principles of Modern Heterocyclic Chemistry" (W. A. Benjamin, New York，1968)，特别是第 1、3、4、6、7、以及 9 章；“TheChemistry of Heterocyclic Compounds, A series of Monographs" (John Wiley&Sons, New York,1950to present), 特别是第 13、14、16、19、以及 28 卷；以及 J. Am. Chem. Soc. 1960,82 :5545_5473，特别是5566-5573)。杂芳基的例子包括(通过举例但并非限制)吡啶基、噻唑基、嘧啶基、呋喃 基、噻吩基、批咯基、批唑基、嘌呤基、咪唑基、苯并呋喃基、R引哚基、异吲哚、喹啉基、异喹啉 基、苯并咪唑基、哒嗪基、吡嗪基、苯并噻喃、苯并三嗪、异噁唑基、吡唑并嘧啶基、喹喔啉基、 噻二唑基、三唑基以及类似物。并非杂芳基的杂环的例子包括(通过举例但并非限制)四 氢苯硫基、四氢呋喃基、二氢吲哚基(indolenyl)、哌啶基、批咯烷基、2-吡咯烷酮基、四氢 喹啉基、四氢异喹啉基、十氢喹啉基、八氢异喹啉基、2H-吡咯基、3H-吲哚基、4H-喹嗪基、咪 唑烷基、咪唑啉基、吡唑烷基、哌啶基、奎宁环基、吗啉基、噁唑烷基以及类似物。如在此所使用的，“烷基杂芳基”是指一个部分，其中一个烷基基团与一个杂芳基 相键合，即，-烷基-杂芳基，其中烷基和杂芳基基团是如以上所说明。如在此所使用的，“杂芳基烷基”是指一个部分，其中一个杂芳基基团与一个烷基 基团相键合，即，-杂芳基_烷基，其中杂芳基和烷基基团是如以上所说明。如在此所使用的，“醇”是指以下一种醇，这种醇包括在一个氢原子上用一个羟基 基团取代的一个Ch2烃基部分。醇类包括甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲 丁醇以及叔丁醇。醇上的碳原子可以是直链的、支链或环状的。醇包括以上提及的任何子 群(例如，Cy醇(或C2-4醇))，是指具有1、2、3或4个碳原子的一种醇或C2_8醇或(C2-8 醇)，是指具有2、3、4、5、6、7或8个碳原子的一种醇。如在此所使用的，“卤素”或“卤”是指氟、氯、溴或碘。如在此所使用的，“保护基团”是指一个部分，该部分防止或降低了与它相连的子 或官能团参与不希望的反应能力。例如，对于-0RPK，Rpk可以是氢或对于在羟基中所发现的 氧原子的一种保护基团，而对于-C(0)-0RPK，Rpk可以是氢或一种羧酸保护基团；对于-SRPK， Rpe可以是氢或对于硫醇中的硫的一种保护基团，并且对于-NHRpk或-N (Rpe) 2_，Rpe可以是氢 或对于伯胺或仲胺的一种氮原子保护基团。羟基、胺、酮以及其他反应性基团可以要求保护 免于在该分子中的其他地方发生的反应。对于氧、硫或氮原子的保护基团通常用来防止与 亲电子化合物(例如，酰化剂)的不希望的反应。用于原子或官能团的典型的保护基团在 Greene (1999),Protective groups in organic synthesis, 3rd ed. "Wiley Interscience 中给出。如在此所使用的，“酯”是指一个部分，该部分包括一种-C (0) -0-结构，其中该结构 的碳原子并非直接地连接到另一个杂原子上而是直接地连接到-H或另一个碳原子上。典 型地，在此所使用的酯类包括一种有机部分，该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或 1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，其中 该有机部分通过-C(O)-O-结构进行键合并且包括多个酯部分，例如有机部分-C(O)-O-以 及有机部分-o-c(o)-。该有机部分通常包括在此所说明的任何有机基团中的一个或多个， 例如Cp2O烃基部分、C2_20链烯基部分、C2_20炔基部分、芳基部分、C2_9杂环、或这些中任何的 取代衍生物，例如包括1、2、3、4或多个取代基，其中每个取代基是独立选择的。在这些有 机基团中对于氢或碳原子的示例性取代基是如以上针对取代的烃基以及其他取代部分所 说明的，并且是独立选择的。以上所列的取代基典型地是可以用来替换一个或多个碳原子 (例如，-0-或-C(O)-)、或一个或多个氢原子(例如，卤素，-NH2或-0H)的取代基。示例 性的酯类包括(通过举例但并非限制)一个或多个独立选择的乙酸酯、丙酸酯、异丙酸酯、 异丁酸酯、丁酸酯、戊酸酯、异戊酸酯、己酸酯、异己酸酯、己酸酯、庚酸酯、辛酸酯、苯基乙酸酯或苯甲酸酯。酯类还包括酯部分，例如多肽-o-c(o)_，聚合物-O-C(O)-，-o-c(o)-多肽 或-O-C(O)-聚合物。 在此所使用的，“硫代酯”是指一个部分，该部分含有一种-C (0) -S-结构。典型地， 硫代酯类包括一种有机部分，它包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0 至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，其中该有机部分是通 过-C(O)-S-结构进行键合的；并且包括硫代酯部分，例如有机部分-C(O)-S-以及有机部 分一C(O)-S-有机部分，其中该有机部分是在此针对酯类所说明的、任选地取代的烃基或 烃基基团。硫代酯类还包括硫代酯部分，例如多肽-C (0) -S-,聚合物-C (0) -S-, -C (0) -S-多 肽或-C (O)-S-聚合物。在此所使用的，“硫羰酸酯”是指一个部分，该部分含有一种-C(S)-O-结构。典 型地，硫羰酸酯类包括一种有机部分，它包含1-50个碳原子(例如，1-20个碳原子)以及 0至10个独立选择的杂原子(例如0、S、N、P、Si)，其中该有机部分是通过-C(O)-S-结 构进行键合的；并且包括硫羰酸酯部分，例如有机部分-c(s)-0-、有机部分-O-C(S)-有 机部分，其中该有机部分是在此针对酯类所说明的、烃基基团以及任选地取代的或烃基基 团。硫羰酸酯还包括硫羰酸酯部分，例如-C (S) -O-多肽、多肽-C (S) -0-，聚合物-C (S) -0-， 或-C (S)-O-聚合物。如在此所使用的，“乙缩醛”、“硫缩醛”、“缩酮”、“硫缩酮”以及类似物是指一个部 分，它具有两个相同或不同的杂原子所键合的一个碳，其中这些杂原子是独立地选自S和 0。对于乙缩醛，该碳具有两个键合的氧原子、一个氢原子以及一种有机部分。对于缩酮，该 碳具有两个键合的氧原子以及两个独立选择的有机部分，其中该有机部分是如在此针对酯 所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。对于硫缩醛和硫缩酮，在缩醛或缩酮中这些氧原 子中的一个或两个各自被硫替换。在缩酮和硫缩酮中这些氧或硫原子有时是通过一个任选 地取代的烃基部分连接的。典型地，该烃基部分是一个任选地取代的(V8烃基或支链的烃基 结构，例如-C (CH3) 2_、-CH (CH3) _、-CH2-、-CH2-CH2-、-C [ (C2-C4 烃基)2] ^3-或 _ [CH (C2-C4 烃基Uu.f。这些部分中的一些可以充当一种醛或酮的保护基团，例如针对醛类的缩醛以 及针对酮类的缩酮，并且包含与该羰基碳形成一个螺环的-O-CH2-CH2-CH2-O-或-O-CH2-CH2-0-部分，并且可以通过化学合成法或通过在细胞或生物学流体中代谢而被去除。在此所使用的，“磷酸酯”或“磷酸的酯”是指一个部分(该部分包含一 种-O-P(ORpk) (O)-O-, -O-P(O) (ORpe)-ORpe,或-O-P(O) (ORpe)-O-结构)或它的一 种盐，其中这些Rpk独立地是-H、一种保护基团或一种有机部分，其中该有机部分 是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。典型地，磷酸酯包括一 个氢原子、一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50个碳原子、1-20个碳原子 或1-8个碳原子以及0至约10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型 地是0-2个，或如针对酯所说明的一种有机部分、通过-O-P(O) (O)-O-结构键合的 任选地取代的烃基或烃基基团，例如有机部分-O-P (0) (OH) -0-)。示例性磷酸酯 包括-O-P(O) (0H)-0-CH3、-O-P(O) (OCH3)-0-CH3、-O-P(O) (OH)-O-CH2-CH3、-O-P(O) (OC2H5) -O-CH2-CH3、-O-P (0) (OH) -O-CH2-CH2-CH3、-O-P (0) (OH) -O-CH (CH3) -CH3、-O-P (0) (OH)-O-CH2-CH2-CH2-CH3、-O-P(O) (0 (CH3) 3) -O-C (CH3)3, -O-P(O) (OH) -O-C (CH3)3, -O-P(O) (0-任选地取代的烃基)-ORpk以及-O-P(O) (0-可任选取代的烃基)-0-任选地取代的烃
14基，其中任选取代的烃基部分是独立选择的。磷酸酯类还包括磷酸酯部分，例如一种多 肽-O-P(ORpk) (0)-0_、多肽-O-P(O) (ORpk)-0Rpk、聚合物-O-P(ORpk) (0)-0-或聚合物-0-P(0) (ORpk)-ORpk,其中Rpk是如以上所说明。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种磷酸酯)的初始反应中衍生的一种生物标记典型 地具有多肽-O-P (0) (ORpe) 2结构或它的一种盐，其中这些ORpk是独立地是-H或任选地取代 的烃基，其中该多肽是通过衍生自该丝氨酸水解酶的活性位点丝氨酸残基的氧原子连接到 这个磷原子上。如在此所使用的，“膦酸酯”、“膦酸的酯”或类似物是指一个部分(该部分包含一 种-O-P (0) (ORpe)-或-O-P (0) (0-任选地取代的烃基)_结构)或它的一种盐，它具有一个 直接连接到该结构的磷原子上的碳原子，其中这些Rpk独立地是-H、一种保护基团或如针对 酯类所说明的一种有机部分、任选地取代的烃基或烃基基团。典型地，膦酸酯类或膦酸的 酯类包括一个氢原子、一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50个碳原子、1-20个碳原 子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2 个；或如针对酯所说明的一种有机部分，通过-P(O) (0)-键合的任选地取代的烃基或烃基 基团，例如有机部分-P (0) (OH) -0-、-P (0) (ORpe) -0-有机部分或-O-P (0) (ORpe) -C1^8可任选 取代的烷基，其中该有机部分以及任选取代的烃基是如针对酯类所说明的、任选取代的烃 基或烃基基团。示例性的膦酸的酯类包括-O-P(O) (OH)-CH3, -O-P(O) (OCH3)-CH3, -O-P(O) (OH)-CH2-CH3、-O-P(O) (OC2H5)-CH2-CH3、-O-P(O) (OH)-CH2-CH2-CHp -O-P(O) (OH)-CH (CH3)-CH3、-O-P(O) (OH)-CH2-CH2-CH2-CH3、-O-P(O) (O(CH3)3) -C(CH3)3, -O-P(O) (OH)-C(CH3)3, -O-P(O) (ORpk)-任选地取代的杂芳基、-O-P(O) (0-任选地取代的烃基)-任 选地取代的烃基、-P(O) (OH)-OCH3、-P(O) (OCH3)-OCH3、-P(O) (OH)-OCH2-CH3、-P(O) (OC2H5)-OCH2-CH3^ -P(O) (ORpk)-O-CV8 任选地取代的烃基、_0_P (0) (ORpk)-任选地取代的芳 基、-P(O) (ORpk)-O-任选地取代的芳基、-O-P(O) (ORpe)-C6H5-P(O) (ORpk)-O-C6H5、-O-P(O) (OC2H5)-Cm任选地取代的烃基、-P(O) (O-CM任选地取代的烃基PO-CM任选地取代 的烃基、其中任选地取代的烃基部分是独立选择的。膦酸酯还包括膦酸酯部分，例如多 肽-O-P (0) (ORpe)-、多肽-O-P (0) (0-任选地取代的烃基)_、聚合物-O-P (0) (ORpe)-、聚合 物-O-P(O) (0-任选地取代的烃基)_、-O-P(O) (ORpk)-多肽、-O-P(O) (0-任选地取代的烃 基)"多肽、-O-P (0) (ORpe)-聚合物或-O-P (0) (0-任选地取代的烃基)-聚合物，其中任选 地取代的烃基和Rpk是独立选择的，并且Rpk是如以上所说明。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种膦酸酯)的反应所衍生的一种生物标记将典型地 具有多肽-O-P(O) (ORpk)-R结构或它的一种盐，其中Rpk是-H或任选地取代的烃基，并且R 是任选地取代的烃基，并且其中该多肽是通过由该丝氨酸水解酶的活性位点丝氨酸残基所 衍生的氧原子连接到该磷原子上。如在此所使用的，“磷酸硫代酯” ("phosphothioester")或“硫代磷酸酯”是指一 个部分，该部分包含一个-O-P (0) (SRpe) -0-、-O-P (0) (ORpe) -S-、-O-P (S) (ORpe) _0_、-O-P (S) (SRpe) -0-、-O-P (S) (ORpe) -S-、-O-P (0) (SRpe) -S-、-S-P (0) (ORpe) -S-或它的一种盐，其中 Rpk 是-H、一种保护基团或如针对酯类所说明的一种有机部分、任选地取代的烃基或烃基基团。有时，含有两个连接到以上刚刚说明的化学式中的磷原子上的一种硫代磷酸酯(其中一个 或多个氧原子被硫替换)被称为一种二硫代磷酸酯。有时，包含一个-P (S) _ [即P ( = S)]基 团的硫代磷酸酯被称为一种硫羰磷酸酯(thionophosphate)或一种硫代磷酸酯。典型地， 如在此所使用的硫代磷酸酯包括一个氢原子、一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50 个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、 Si)，典型地是0-2个，或如针对酯所说明的一种有机部分，通过-O-P (0) -S-、-O-P (S) -0-或 -O-P (S) -S-键合的任选地取代的烃基或烃基基团，例如有机部分-O-P (0) (SRpe) -0-、-0-P (0) (ORpe) -S-有机部分、有机部分-O-P (S) -S-或-O-P (S) -S-有机部分，其中该有机部分和Rpk 是独立选择的，并且Rpk是如以上所说明。有些示例性的硫代磷酸酯是如对磷酸酯所说明 的，除外硫替换了适当的氧原子。磷酸硫代酯还包括磷酸硫代酯部分，例如多肽-O-P(O) (SRpe)-O-, -O-P(O) (ORpe)-S-多肽、多肽-O-P(S) (SRpe)-O-, -O-P(S) (ORpe)-S-多肽、聚 合物-O-P (0) (SRpe) -0-、-O-P (0) (ORpe) -S-聚合物、聚合物-O-P (S) (SRpe) -0-或-O-P (S) (ORpk)-S-聚合物。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种硫代磷酸酯)的反应中衍生的一种生物标记将典 型地具有以下结构多肽-O-P(O) (ORpk)2、多肽-O-P (S) (ORpk)2、多肽-O-P(O) (SRpe) (ORpe)或 它的一种盐，其中Rpk是独立地选择的-H或任选地取代的烃基，其中该多肽是通过由该丝氨 酸水解酶的活性位点丝氨酸残基所衍生的氧原子而连接到该磷原子上。如在此所使用的，“氨基磷酸酯”、“氨基磷酸的酯”("phosphoramidateester")或 类似物是指一个部分，该部分包含-O-P(O) [N(Rpe)2I-O-, -O-P(O) (ORpe) [N(Rpk)-]、-0-P(0) [N(任选地取代的烃基)2]-0_、-O-P(O) (0-任选地取代的烃基)[N(任选地取代的烃 基)_]、或它的一种盐，其中任选地取代的烃基是独立地选择的或两者一起定义了一种亚 烷基(即，包含一个P-N基团的结构)，并且这些Rpk是独立地选择的-H、一种保护基团、 如针对酯类所定义的一种有机部分、烃基基团或任选地取代的烃基基团。如在此所使用 的，氨基磷酸酯类包括一个氢原子、一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50个碳原子、 1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典 型地是0-2个，或如针对酯所说明的一种有机部分，通过一种合适的结构(例如，-O-P(O) [N(Rpk)2]-0_或-O-P(O) [ORpe)N-]键合的任选地取代的烃基或烃基基团，并且包括氨基磷 酸酯部分，例如有机部分-O-P(O) [N(Rpe)2J-O-, -O-P(O) (ORpe) [N(Rpk)-有机部分，其中有机 部分和Rpk是独立选择的，并且Rpk是如以上所说明。一些示例性的氨基磷酸酯是如针对 磷酸酯类所说明的，除外一个任选地取代的氮基团替换了这个适当的氧原子。氨基磷酸酯 类还包括氨基磷酸酯部分，例如-O-P(O) (N(Rpe)2)-O-, -O-P(O) (ORpe) [N(Rpk)-多肽]、聚合 物-O-P (0) [N (Rpe) 2] -0-或-O-P (0) (ORpe) [N (Rpe)-聚合物]。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种氨基磷酸酯)的反应所衍生的一种生物标记将典 型地具有以下结构多肽-O-P(O) (ORpk)2、多肽-O-P(O) (ORpe) [N(Rpk)2]、或它的一种盐，其中 Rpk是独立地选择的-H、或任选地取代的烃基，其中该多肽是通过自由该丝氨酸水解酶的活 性位点丝氨酸残基所衍生的氧原子连接到该磷原子上。如在此所使用的，“硫代氨基磷酸酯类”或类似物是指一个部分，该部分包括-S-P(O) (ORpe) [N(Rpe) -S-P(O) (ORpe) [N (Rpk) 2]、-0-P (S) (ORpe) [N (Rpk)-]、-0-P (S) (ORpe) [N(Rpe)2, -O-P(O) (SRpe) [N(Rpe)-], -O-P(O) (SRpe) [N(Rpe)2], -S-P(S) (ORpe) [N (Rpe)-]、-S-P (S) (ORpe) [N (Rpe) 2]、-S-P (0) (SRpe) [N (Rpe)-]、-S-P (0) (SRpe) [N(Rpk)2]、-O-P(S) (SRpe) [N(Rpk)-]、-O-P(S) (SRpe) [N(Rpe)2]、或它的一种盐，其中这些 Rpk 是 独立地选择的-H、一种保护基团、一种如针对酯类所说明的有机部分、烃基基团或任选地取 代的烃基基团，或两者一起定义了一种亚烷基(即，包含一个P-N=基团的硫代氨基磷酸酯 类结构)。有时，硫代氨基磷酸酯类被称为氨基硫代磷酸酯类，并且如在此使用可以包括一 个氢原子，一种保护基团或一种有机部分，它包括1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个 碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，或如针对 酯所说明的一种有机部分，通过-O-P (0) -N-、-O-P (S) -N-或-S-P (S) -N-键合的任选地取 代的烃基或烃基基团，例如有机部分-O-P(O) (SRpe)-N-, -O-P(O) (SRpk)-N-有机部分、有机 部分-O-P (S) (SRpe) -N-、-O-P (S) (SRpe) -N-有机部分、有机部分 _S_P (S) (SRpe) _N_、-S-P (S) (SRpe)-N-有机部分，其中有机部分和Rpk是独立选择的，并且Rpk是如以上所说明。一些示 例性的硫代氨基磷酸酯具有针对氨基磷酸酯所说明的结构(除外在该适当的结构中一个 或多个氧原子被一个或多个硫原子替换)，并且有时被称为氨基硫代磷酸酯或氨基二硫代 磷酸酉旨(phosphoramidodithioate)。由一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种硫代氨基磷酸酯)的反应所衍生的一种生物标 记将典型地具有以下结构多肽-O-P(O) (ORpk)2、多肽-O-P(s) (ORpk)2、多肽-O-P(O) (SRpe) (ORpe)、多肽-O-P (0) (ORpe) [N (RPR) 2]、多肽-O-P (0) (SRpe) [N (Rpe) 2]、多肽-O-P (S) (ORpe) [N(Rpk)2]、多肽-O-P(S) (SRpe) [N(Rpk)2]、或它的一种盐，或更典型地是多肽-O-P(O) (ORpe) [N(Rpe)2]、多肽-O-P(S) (ORpe) [N(Rpk)2]，其中Rpk是独立地选择的-H或任选地取代的烃基， 其中该多肽是通过由该活性位点丝氨酸氨基酸残基所衍生的氧原子而连接到该磷原子上。如在此所使用的，“硫代膦酸酯”、“硫代膦酸的酯”(“thiophosphonateester”) 以及类似物是指一个部分，该部分包括-O-P (S) (ORpe) -、-S-P (0) (ORpe) -、-O-P (0) (SRpe)-, -S-P(S) (ORpe)-, -S-P(O) (SRpe)-, -O-P(S) (SRpk)-结构，其中该磷原子是直接连 接到一个碳原子上的，其中Rpk是-H、一种保护基团或如针对酯类所说明的一种有机部分、 烃基基团或任选地取代的烃基基团。有时，一种硫代膦酸的酯在以上刚说明的化学式中 包含两个连接到该磷原子上的硫酸子(其中在该适当的结构中一个或多个氧原子被硫替 换)，并且被称为二硫代膦酸酯或磷酸二硫代酯。有时，含有一个-P(S)-[即p( = S)]基 团的硫代膦酸酯被称为硫羰磷酸酯或膦酸硫代酯。典型地，如在此所使用的硫代膦酸的 酯类包括一种保护基团或一种有机部分，它包括1-50个碳原子、1至20个碳原子或1-8 个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，或针 对酯所说明的一种有机部分，通过一种合适的结构(例如，-O-P(S) (ORpe)-)键合的任选 地取代的烃基或烃基基团，并且包括有机部分-P(S) (ORpe)-O-或-P(S) (ORpe) (0)-有机部 分，其中有机部分和Rpk是独立选择的，并且Rpk是如以上所说明。示例性的硫代膦酸酯 类是针对膦酸酯所说明的，除外硫原子替换了在适当的结构中的一个或多个氧原子。硫 代膦酸酯类还包括以下部分，例如多肽-P⑶(0RPK)-0-、-P⑶(ORpk)-O-多肽、多肽-P(O) (SRpe) -0-、-P (0) (SRpe) -0-多肽、多肽-P (0) (ORpe) -S-、-P (0) (ORpe) -S-多肽、多肽-P (S)(SRpe) -0-、-P (S) (SRpe) -0-多肽、多肽-P (S) (ORpe) -S-、-P (S) (ORpe) -S-多肽、多肽-P (0) (SRpe)-S-, -P⑶(SRpk)-S-多肽，其中该多肽当连接到该磷原子上时是通过一个碳原子的、 或一种有机部分(未示出)是通过该有机部分的一个氮原子直接连接到该磷原子的开放化 合价上，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代地烃基基团。硫代膦 酸酯类还包括以下部分，例如聚合物-P⑶(ORpk) -0-、-P⑶(ORpk) -0-聚合物、聚合物-P (0) (SRpe)-O-, -P(O) (SRpe)-O-聚合物、聚合物-P(O) (ORpe)-S-, -P(O) (ORpe)-S-聚合物、聚合 物-P (S) (SRpe) -0-、-P (S) (SRpe) -0-聚合物、聚合物-P (S) (ORpe) -S-、-P (S) (ORpe) -S-聚合 物、聚合物-P(O) (SRpe)-S-, -P(S) (SRpk)-S-聚合物、其中该聚合物当连接到该磷原子上时 是通过一个碳原子的、或一种有机部分(未示出)是通过该有机部分的一个氮原子直接连 接到该磷原子的开放化合价上，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的，烃基或任选地 取代的烃基基团。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种硫代膦酸酯)的反应衍生的一种生物标记将典型 地具有以下结构-P(S) (ORpe)-O-多肽、-P(O) (SRpe)-O-多肽或-P(S) (SRpe)-O-多肽结构， 其中Rpk是独立地选择的-H或任选地取代的烃基。如在此所使用的，“磷二酰胺”以及类似物是指一个部分，该部分包括一个 X-P(O) (N(Rpe)2)2, -O-P(O) (N(Rpe)2)2, -O-P(S) (N(Rpe)2)2, -S-P(O) (N(Rpe)2)2, -S-P(S) (N (Rpe) 2) 2、-O-P (0) [N (Rpe) 2] [N (Rpe) -]、-O-P (S) [N (Rpe) 2] [N (Rpe) -]、-S-P (0) [N (Rpe) 2] [N(Rpe)-]、-S-P(S) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-]部分，其中这些Rpe是独立地选择的-H、一种保护 基团、如针对酯类所定义的一种有机部分、烃基基团或任选地取代的烃基基团，并且X是 一种良好的离去基团(例如，卤素)或是衍生自它的具有约7或更小的pKa的结合酸 (conjugate acid) ( S卩，HX)。如在此所使用的，磷二酰胺类包括一个氢原子、一种保护基 团或一种有机部分，它包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个 独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，或如针对酯所说明的一种有 机部分，通过一种合适的结构(例如，有机部分-O-P(O)N-或有机部分-O-P(O) (N(任选 地取代的烃基)2)2部分)键合的任选地取代的烃基或烃基基团，并且包括-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpe) _]，其中Rpk任选地取代的烃基以及有机部分是独立选择的，并且Rpk是如以上所说 明。磷二酰胺类还包括磷二酰胺部分，例如多肽-O-P (0) (N (Rpe) 2) 2、多肽-O-P⑶(N (Rpe) 2) 2、 多肽-S-P(O) (N(Rpe)2)2,多肽-S-P(S) (N(Rpe)2)2,多肽-O-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-],多 肽-O-P(S) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-],多肽-S-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-],多肽-S-P(S) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-]、-O-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-多肽]、-O-P(S) [N(Rpe)2] [N(Rpe)-多肽]、-S-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpk)-多肽]、-S-P(S) [N(Rpe)2] [N(Rpk)-多肽]、聚合物-O-P(O) (N(Rpk)2)2、聚合 物-O-P(s) (N(Rpk)2)2、聚合物-S-P(o) (N(Rpk)2)2、聚合物-S-P(S) (N(Rpk)2)2、聚合物-0-P(0) [N (Rpe) 2] [N (Rpe)-]、聚合物-O-P ⑶[N (Rpe) 2] [N (Rpe)-]、聚合物-S-P (0) [N (Rpe) 2] [N (Rpe)-]、 聚合物-S-P (S) [N(Rpe) 2] [N(Rpe) -]、-O-P (0) [N(Rpe) 2] [N(Rpe)-聚合物]、-O-P (S) [N(Rpe) 2] [N (Rpk)-聚合物]、-S-P(O) [N(Rpe)2] [N(Rpk)-聚合物]、-S-P (S) [N(Rpe)2] [N(Rpk)-聚合物]。从一种丝氨酸水解酶(例如，一种胆碱酯酶(例如乙酰胆碱酯酶))与一种OP-杀 虫剂或OP-神经毒气试剂(其特征为一种磷二酰胺)的反应所衍生的一种生物标记将典型 地具有以下结构多肽-O-P(O) (N(Rpk)2)2、多肽-O-P⑶(N(Rpk)2)2，其中PK是独立地选自-H
18或任选地取代的烃基。在此所使用的，“硫酸酯”是指一个部分，该部分含有一种-O-S(O) (O)-O-结构。典 型地，如在此所使用的硫酸酯包括一个氢原子、一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50 个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至约10个独立选择的杂原子(例如，0、S、 N、P、Si)，典型地是0-2个，通过-O-S (0) (0) -0-键合，例如有机部分-O-S (0) (0) _0_，其中该 有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。硫酸酯类包括-O-S (0) (0) -O"任选地取代的烃基、-O-S (0) (0) -O-CH3^-O-S (0) (0) -O"任选地取代的芳基、-O-S (0) (O)-O-任选地取代的杂芳基、-O-S(O) (O)-O-C6H5以及类似物。硫酸酯还包括硫酸酯部分， 例如多肽-O-S (0) (0) -ο-或聚合物-O-S (0) (0) -ο-。如在此所使用的，“氨基磺酸的酯”、“氨基磺酸酯衍生物”、“氨基磺酸酯”以及类似 物是指一个部分，该部分包含一个-O-S(O) (O)-NH-,-O-S(O) (0)-NH2、-O-S(O) (O)-NH-任选 地取代的烃基或-O-S(O) (O)-N-(任选地取代的烃基)2的结构，其中每个任选地取代的烃 基部分是独立选择的。典型地，如在此使用的氨基磺酸酯衍生物包括一种有机部分，该部分 包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例 如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，通过-O-S(O) (O)-N-键合，并且包括以下部分例如 有机部分-O-S (0) (0) -NH-, -O-S (0) (0) -NH-有机部分、-O-S (0) (0) -NH-C1^8 烃基、-O-S (0) (0)-N(C1^alkyl)2, -O-S(O) (0)-NHRpe, -NH-S(O) (0)-OH 或-0-S(0) (0)-NH2,其中烃基基团 是独立选择的，并且该有机部分是如在此针对酯所说明的，烃基或任选地取代的烃基部分。 氨基磺酸酯还包括氨基磺酸酯部分，例如多肽-O-S(O) (O)-NH-, -O-S(O) (O)-NH-多肽、聚 合物-O-S (0) (0) -NH-或-O-S (0) (0) -NH-聚合物。如在此使用的，“磺酰胺”以及类似物是指一个部分，该部分包含一种-NH-S(O) (O)-NH-或-NH-S(O) (O)-NH2结构。典型地，磺酰胺部分包括一种有机部分，该部分包含 1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至约10个独立选择的杂原子(例如， 0、S、N、P、Si)，典型地是 0-2 个，通过-NH-S (0) (0) -NH-键合，例如-NH-S (0) (0) -NH-有机 部分，-NH-S (0) (0) -NH2、-NH-S (0) (0) -NHRpe 或-NH-S (0) (0) -N (Rpk) 2，其中这些 Rpk 独立地是 或一起是一种保护基团，例如C"任选地取代的烃基，并且该有机部分是如在此针对酯所说 明的，烃基或可任选地取代的烃基基团。如在此使用的，“亚磺酰胺”(sulfinamide”)以及类似物是指一个部分，该部分包 括一种-C-S(O)-NH-结构。典型地，亚磺酰胺部分包括一种有机部分，该部分包含1-50个 碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、 Si)，典型地是0-2个，通过一种合适的结构(例如，-S (0) -NH-有机部分、-NH-S (0)-有机 部分、有机部分-S(O)-NH2、有机部分-S(O)-NHRpk或有机部分-S(O)-N(Rpk)2)键合，其中这 些Rpk独立地是或一起是一种保护基团，例如Cl_8任选地取代的烃基，并且该有机部分是如 在此针对酯所说明的、烃基或可任选地取代的烃基基团。如在此使用的，“含硫二酰胺”以及类似物是指一个部分，该部分包括一 种-NH-S (0) -NH-或-NH-S (0) -NH2结构。典型地，含硫二酰胺部分包括一种有机部分，该部 分包含1-50个碳原子、1至20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子 (例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，通过-NH-S (0) -NH-键合，例如-NH-S (0) -NH-有机 部分、-NH-S (0) -NH2、-NH-S (0) -NHRpe 或-NH-S (0) -N (Rpk) 2，其中这些 Rpk 独立地是或一起是
19一种保护基团，例如C"任选地取代的烃基，并且该有机部分是如在此针对酯所说明的，烃 基或任选地取代的烃基基团。含硫二酰胺包括含硫二酰胺部分，例如多肽-NH-S (0) -NH-或 聚合物-NH-S (0) -NH-。如在此使用的，“磺酸的酯”、“磺酸酯衍生物”、“磺酸酯”以及类似物是指一个部分， 该部分包括一种-O-S(O) (0)-或-S(O) (O)-ORpe结构以及一个直接连接到该结构的硫原子 上的碳原子，其中RI3R是-H或一种保护基团。典型地，磺酸酯衍生物包括一种有机部分， 该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原 子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，通过-S (0) (0) -0-键合，例如-S (0) (0) -0-有机 部分(其中该有机部分是如在此针对酯所说明的，烃基或任选地取代的烃基基团)、-S(O) (0) -O-CV8任选地取代的烃基、-O-S (0) (0) -CV8任选地取代的烃基、-O-S (0) (0)-杂芳 基、-S(O) (O)-O-芳基或-S(O) (O)-O-杂芳基(其中该芳基或杂芳基部分是可任选地用1、 2、3、4或5个独立选择的取代基所取代)、-O-S(O) (0)-有机部分(其中该有机部分是如 在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团)、-O-S(O) (0)-杂芳基或-O-S(O) (0)-芳基(其中该芳基或杂芳基是可任选地由1、2、3、4或5个独立选择的取代基所取 代)、-O-S(O) (0)-CH3、-O-S(O) (O)-C6H5以及类似物。硫酸的酯还包括硫酸酯的酯部分，例 如多肽 O-S (0) (0) -、-O-S (0) (0)-、或聚合物-O-S (0) (0)-。如在此所使用的，“磺酰胺”是指一个部分，该部分包括一种-S(0)N(Rpk)2、-S(O) N(任选地取代的烃基)、_或-S (O)N(任选地取代的烃基)2的结构以及一个直接连接到 该结构的硫原子上的碳原子，其中Rpk以及任选地取代的烃基是独立选择的，并且这些Rpk 是-H、一种保护基团或如在此针对酯所说明的一种有机部分、任选地取代的烃基或烃基基 团。典型地，磺酰胺类包括一种保护基团或一种有机部分，它包含1-50个碳原子、1至20 个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地 是0-2个，通过一种合适的结构-S(O)N(Rpk)-键合，例如有机部分-S(O)N(Rpk)-或-S(O) N(Rpk)-有机部分，其中该有机部分是如在此针对酯类所说明的，任选地取代的烃基或烃基 基团，并且Rpk是以上所说明。示例性的磺酰胺类包括CV8任选地取代的烃基S(0)N(RPK)-、 芳基-S (0) N (Rpe) _、杂芳基-S (0) N (Rpe)-，其中该芳基或杂芳基部分是任选地用1、2、3、4或 5个独立选择的取代基所取代，并且Rpk是以上所说明的或C6H5-S(0)NH-。磺酰胺类还包括 磺酰胺部分，例如多肽-NH-S (0) _、聚合物-NH-S (0)-或聚合物-S (0) NH-。磺酰胺类是典型 地通过将一种磺酰氯与具有一个伯胺或仲胺基团的一种分子进行缩合来制备地。如在此所使用的，“酰胺”、“酰胺衍生物”以及类似物是指一个部分，该部分包括一 种-C(O)-NRpk-或-C(O)-NH-结构，其中没有直接连接到该结构的碳原子上的其他杂原子， 并且其中Rpk是-H、一种保护基团或一种有机部分，其中该有机部分是如针对酯所说明的烃 基或任选地取代的烃基基团。典型地，酰胺衍生物包括一种有机部分，该部分包含1-50个 碳原子、1至20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、 P、Si)，典型地是0-2个，通过一个合适的结构(例如-C(O)NRpk-)键合，在某些实施方案中， 这种-C (0) NRpe-基团是有机部分-C (0) NRPK-、有机部分-C (0) -NH-或-C (0) NRpe-有机部分， 其中Rpk以及有机部分是独立选择的，并且该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任 选地取代的烃基基团，并且Rpk是以上所说明的。酰胺还包括酰胺部分，例如-C(O)NRpk-多 肽、-C (0) NH-多肽、聚合物-C (0) NRPK-、聚合物-C (0) -NH-或-C (0) NRpe-聚合物。酰胺是通过
20将一种酰基卤(例如，一种酰基氯)与包含一个伯胺或仲胺的分子进行缩合来制备的。可替 代地，使用了在肽合成领域中所熟知的酰胺偶联反应，它经常通过一种含羧酸分子的活化 酯来进行的。用于制备酰胺键的例子在以下提供=Benoiton(2006)Chemistry of peptide synthesis CRC Press, Bodansky(1988)Peptide synthesis :A practical textbook, Springer-Verlag, Frinkin, M. etal. (1974)Peptide synthesis, Ann. Rev. Biochem. 43 419-443。在活化羧酸的制备中所使用的试剂在以下提供Han，et al. (2004)Recent developmentof peptide coupling agents in organic synthesis，Tet· 60 :2447_24760如在此所使用的，“醚”是指一种有机部分，该部分包括1、2、3、4或多个-0-部分， 经常是1或2个，其中两个-0-彼此不是立即相邻的(即，直接连接)。典型地，醚衍生物包 括一种有机部分，该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8碳原子以及0至10个独 立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个。醚部分包括有机部分-0-，其中 该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。醚还包括醚部分，例 如多肽-ο-或聚合物-ο-。如在此所使用的，“硫代酯”是指一个如针对酯所说明的有机部分，任选地取代的 烃基或烃基基团，它包括1、2、3、4或多个-S-部分，经常是1或2个，其中两个-S-部分彼此 不是立即相邻的。硫代酯部分包括有机部分-S-、有机部分-S-CH2-S-,其中该有机部分是如 在此针对酯所说明的，烃基或任选地取代的烃基基团。硫醚包括硫醚部分，例如多肽-S-或 聚合物-S-。如在此所使用的，“二硫化物”是指一种有机部分，该部分包括一 种-S-S-或一S-S-Rpk结构，其中Rpk是-H、一种保护基团或一种有机部分，其中该有机部分 是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。典型地，二硫化物衍生物包括一 种有机部分，该部分包含约1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独 立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地0-2个，通过一个合适的结构(例如，S-S-) 连接，例如有机部分-s-s-，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的，烃基或任选地取代 的烃基基团、-S-S-Cp8任选地取代的烃基、-s-s-芳基或-S-S-杂芳基，其中该芳基或杂芳 基部分被1、2、3、4或5个独立选择的取代基可任选地取代。二硫化物还包括二硫化物部 分，例如多肽-s-s-或聚合物-s-s-。有时，一个二硫化物部分(例如，多肽-s-s-)是使用 具有一个的半胱氨酸残基的硫氢基基团(包括一个多肽)以及另一个含有硫氢基基团的分 子来制备的、或是通过将一种含有二硫化物的化合物中的一个硫氢基部分与另一个硫氢基 部分进行交换来制备的。如在此所使用的，“酰胼”是指一种有机部分，该部分包含一种-C(O) N (Rpe) -N (Rpe) -、-C (0) N (Rpe) -NH-, -C (0) NH-N (Rpe) 2_ 或-C (0) NH (Rpe) NH2，其中这些 Rkp 独立 地是-H、一种保护基团或一种有机部分，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或 任选地取代的烃基基团。典型地，腙衍生物类包括一种有机部分，该部分包含1-50个碳原 子、1至20个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、 Si)，典型地是0-2个，通过一种合适的结构(如，-C (O)NH-NH-或-C (O)N (Rpk) NH)键合，例 如有机部分-C (0) NH-NH-, -C (0) NH-NH(有机部分)、-C (0) NH-NH(有机部分)2，其中有机部 分是独立选择的并且如在此针对酯所说明的，烃基或任选地取代的烃基基团，并且其中Rpk 是以上所说明的。酰胼还包括酰胼部分，例如聚合物-C(O)NH-NH-、-C(O)NH-NH-聚合物或多肽-C (0) NH-NH-0典型地，腙类是通过将一种酰胼与一种实体或包含一种羧酸衍生物的分 子(例如，一种酰基氯或一种活化羧酸酯)进行缩合而形成的。如在此所使用的，“腙”是指一种有机部分，该部分包含一种> C = N-N(Rpk)2、> C =N-N(Rpe)(任选地取代的烃基)、> C = N-N(任选地取代的烃基)2或> C = N-N-的结 构，其中> C表示一个碳原子以及-H取代基或两个相连接的其他碳原子取代基，并且其中 Rep以及任选地取代的烃基是独立选择的，并且这些Rpk独立地是-H、一种保护基团或一种 有机部分，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基团。典型 地，腙衍生物类包括一种有机部分，该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8碳原子 以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，通过一种合适的 结构(如，-C( = N-N(Rpk))-或> C = N-N-)连接，例如有机部分-C( = N-NH2)-或〉C = N-NH-有机部分，其中该有机部分是如在此针对酯所说明的、烃基或任选地取代的烃基基 团。腙还包括腙部分，例如>((0川!^!1-多肽或>C(0)NH-NH-聚合物。有时，腙类是通过 将一种醛或一种酮与一种分子进行缩合来制备的，该分子包含一种酰胼或具有> C-NHNH2 或> C(O)NH-NH2结构的酰胼，其中> C经常表示具有两个相连接的碳原子的一个碳原子， 或通过在两个包含不同腙的分子之间的羧基部分的交换来制备。有时，一种醛被引入到一 种多肽中并且与一种胼或含酰胼的分子进行缩合以形成一种腙。如在此所使用的，“酰基基团”或“酰基”是指一个部分，当该部分连接到一个杂原 子(例如，S或0)上时，它包括一种-C(O)-基团。在一些实施方案中，该酰基部分是有机 部分-C(O)-。如在此所使用的，“硫代酰基”是指针对酯所说明的一种有机部分，该部分当连接 的一个杂原子(例如，S或0)上时包括一种-C(S)-基团。在某些实施方案中，该-C(S)-是 有机部分-C (S)-，其中该有机部分是如针对酯所说明的，任选地取代的烃基或烃基基团。在此所使用的，“碳酸酯”是指一个部分，该部分包含一种-O-C (0) -0-结构。典型 地，在此所使用的碳酸酯基团包括一种有机部分，该部分包含1-50个碳原子、1-20个碳原 子或1-8个碳原子以及0-10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个， 通过-O-C(O)-O-结构键合，例如有机部分-O-C(0)-0。碳酸酯还包括碳酸酯部分，例如多 肽-O-C (0) -0-或聚合物-O-C (0) -0-。如在此所使用的，“氨基甲酸酯”或“尿烷”是指一种有机部分，该部分包含一 种-O-C(O)N(Rpk)-、-O-C(O)N(Rpk)2、-O-C(O)NH(任选地取代的烃基)或 C(0)N(任选地取 代的烃基)2-的结构，其中Rpk以及任选地取代的烃基是独立选择的，并且这些Rpk独立地 是-H、一种保护基团或如在此针对酯说明的一种有机部分、烃基或任选地取代的烃基。典型 地，在此所使用的氨基甲酸酯基团包括一种有机部分，该部分包含约1-50个碳原子、1-20 个碳原子或1-8个碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地 是0-2个，通过-O-C (0) -NRpe-结构键合，例如有机部分-O-C (0) -NRpe-或-O-C (0) -NRpe-有 机部分。氨基甲酸酯还包括氨基甲酸酯部分，例如多肽-O-C(0)-NRPK-、-O-C(O)-NRpk多肽、 聚合物-O-C (0) -NRpe-或-O-C (0) -NRpe 聚合物。如在此所使用的，“脲”是指一种有机部分，该部分包含一 个-N(Rpk)-C(O)-N(Rpk)-、-N(任选地取代的烃基)-C(0)-N(任选地取代的烃 基)-、-NH-C(O)N(任选地取代的烃基)2_、-N(任选地取代的烃基)-C(O)N(任选地取代的烃基)2_的结构，其中Rpk以及任选地取代的烃基是独立选择的，并且这些Rpk独立地是-H、 一种保护基团或如针对酯所说明的一种有机部分、烃基或任选地取代的烃基。典型地，在此 所使用的脲基团包括一种有机部分，该部分包含约1-50个碳原子、1-20个碳原子或1-8个 碳原子以及0至10个独立选择的杂原子(例如，0、S、N、P、Si)，典型地是0-2个，通过一个 合适的结构(例如，-NH-C(O)-NRpk-结构)键合，例如有机部分-NH-C(0)-NRPK-。脲类还包 括脲部分，例如多肽-NH-C (0) -NRpe-以及聚合物-NH-C (0) -NRPK-。如在此使用的，“螺环取代基”是指环状结构，这些结构通常是3、4、5、6、7或8元 环，例如它们3、4-、5-、6-、7_或8-边的环。螺结构还可以由一种环状缩酮、硫缩酮、内酯或 原酸酯进行定义。如在此所使用的，“单糖”是指一种具有经验化学式(CH2O)n的多元羟基醛或酮，其 中η是3、4、5、6、7或8。典型地，如在此使用的单糖将包含3、4、5、6、7或8个碳原子。单 糖包括开放的链以及闭合的链形式，但通常会是闭合的链形式。单糖包括六呋喃以及五呋 喃糖的糖，例如2'脱氧核糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、它们的2'-脱氧以及3'-脱氧衍生 物以及它们的2' ,3' _ 二脱氧衍生物。单糖还包括核糖的2' ,3' 二脱氧二脱氢衍生物。 单糖包括葡萄糖的D型、L型以及DL型异构体、果糖、甘露糖、艾杜糖、半乳糖、阿洛糖、古洛 糖、阿卓糖、塔罗糖、海藻糖、赤藓糖、苏糖、来苏糖、赤藓酮糖、核酮糖、木酮糖、核糖、阿拉伯 糖、木糖、阿洛酮糖、山梨糖、塔格糖、甘油醛、二羟基丙酮以及他们的单脱氧物(monodeoxy) 或其他衍生物，例如鼠李糖以及葡糖醛酸或葡糖醛酸的一种盐。单糖类可任选地受到保护 或部分受保护。示例性的单糖包括以下
R37O OR37 R37O OR37R37O OR37
O—(O—(O~(
OR37C(O)R38CH2R39其中R37独立地是氢、一种保护基团、乙酰氨基(-NH-Ac)，任选地取代的烃基 (例如，甲基或乙基)、或一种酯(例如，乙酸酯或丙酸酯(proprionate))，R38是氢、羟 基、-NH2、-NHRPK，任选地取代的烃基(例如，甲基或乙基)、或一种阳离子(例如NH4+、Na+或 K+)，并且R39是氢，羟基、乙酸酯、丙酸酯、任选地取代的烃基(例如，甲基、乙基、甲氧基或乙
氧基)。任选地取代的“单糖”包括任何C3-C7糖，D-、L-或DL-构型，例如赤藓糖、甘油、 核糖、脱氧核糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、海藻糖、甘露糖、葡糖胺、N-乙酰神经氨 酸、N-乙酰葡糖胺、N-乙酰半乳糖胺，它在一个或多个羟基基团或氢或碳原子上被任选地 取代。合适的取代是正如以上针对取代的烃基部分所说明的，并且包括独立地选择的氢、羟 基、受保护的羟基、羧基、叠氮基、氰基、-O-Ch烃基、-S-Cp6烃基、-o-c2_6链烯基、-s-c2_6链 烯基、酯(例如，乙酸酯或丙酸酯)、任选地受保护的胺、任选地受保护的羧基、卤素、硫醇或 受保护的硫醇。任选地取代的“低聚糖”包括任何C3-C7糖中的两个、三个、四个或多个，它们彼此 共价地连接。这些连接的糖可以具有D-、L-或DL-构型。合适的糖类和取代是如针对单 糖所说明。包括该低聚糖的单糖之间的连接是α或β。相邻的单糖可以通过例如1 — 2、
231 — 3、1 — 4、和/或1 — 6糖苷键来连接。低聚糖还包括低聚糖部分，典型地发现于一种 抗体(例如，一种IgG抗体)的Fc区域上。在一些实施方案中，一种抗体通过其碳水化合 物部分被固定到一种生物聚合物材料上(如在本说明书中其他地方所说明)来提供一种光 学传感器。如在此所使用的，“聚合物”是指通过处于一种规则模式的更小的单体单元的连 接而形成的、或者是一种分子，该分子具有一种或多种类型的单体单元的重复安排。聚合 物类包括生物相容的合成的有机聚合物，例如聚乙二醇(“PEG”)、聚乙二醇醚类、泊洛 扎林类、聚羟烷基聚合物类、泊洛沙姆类或乙氧基化的/丙氧基化的嵌段聚合物。PEG是 指一种乙二醇聚合物，该聚合物包含2-50个或更多连接的乙二醇单体。PEG平均分子量 可以是约 80、100、200、300、400、500、600、1000、1200、1500、2000、8000、10，000、20，000 或30，000，并且它们的混合物包括例如PEG100和PEG200、PEG200和PEG300、PEG100和 PEG300、PEG100和PEG400、或PEG200和PEG400。PEG聚合物包括甲基醚或烷基醚(例 如，H(OCH2HC2)n-OH, H(OCH2HC2)n-CH3, H(OCH2HC2)n-ORra)以及包含硫醇、胺、叠氮基(作为 胺的代替物)以及羧酸基团的类似物，以及它们受保护的衍生物，例如CH3(OCH2HC2)n-SH、 CH3 (OCH2HC2) n-S-S- (CH2CH2O) n_CH3、H (OCH2HC2) n_N3、H (OCH2HC2) n_C00RPK。PEG 聚合物还包括均 双官能的以及杂合双官能的、具有硫醇、胺、以及羧酸官能团的PEG衍生物以及它们的受保 护的衍生物，例如 HOOC-CH2CH2-(0CH2CH2)n-S-S-CH2CH2C00H、H(OCH2HC2)n-0CH2CH2C00RPE, HOOC-CH2CH2- (OCH2CH2) n0-CH2CH2C00H、NH2-CH2CH2- (OCH2CH2) n_NHRPK、HS- (CH2CH2O) n_C00H、 HOOC-CH2CH2- (OCH2CH2) n_0CH2CH2NHRPK，其中Rpk是一种保护基团并且η或η的平均值是约2、 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、25、30、35、40、45 或 50。可以获得处于单分散形式 的含有高达28个单体单元的更低分子量的PEG聚合物。不同的单分散、均双官能的以及 杂合双官能的PEG聚合物可以获自CreativeBiochem，Winston Salem, NC。杂合双官能的 PEG聚合的制备以及它们在连接蛋白中的用途披露在US 20070238656 (Harder, et al.)、US 20050176896 (Bentley)以及US 7217845 (Rosen)中。不同的杂合双官能的PEG披露于本说 明书的其他地方，特别是表4中。泊洛沙姆类典型地具有一种、两种、或多种以下的平均分子量约1000、2000、 4000,5000,6000,8000,10, 000、12，000、14，000、15，000 和 / 或 16，000，具有以下结构，例如
HO (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b- (CH2CH2O) C_H、RpeHN- (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b- (CH2CH2O) C-H、HS (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b- (CH2CH2O) C-H 或 RpeO (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b-(CH2CH2O)e-H,其中Rpk是一种保护基团并且η或b的平均值是至少约15或20，并且a+c 按该分子的重量计从约20%至约90%变化，例如a和/或c是约5、7、10、15、20、25、30、35、 40、45、50、55、60、65、70、75和/或80。示例性的泊洛沙姆类包括普流尼克L62LF (其中a是 约7、b是约30、并且c是约7)，普流尼克F68 (其中a是约75、b是约30、并且c是约75)， 以及普流尼克LlOl (其中a是约7、b是约54、并且c是约7)。示例性的泊洛扎林类包括以 下结构，例如 HO (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b- (CH2CH2O) C-H 或 RpkO (CH2CH2O) a- (CH (CH3) CH2OH) b- (CH2CH2O)。-H，其中Rpk是一种保护基团，并且a的平均值是约12，b是约34，并且c是约12 或平均分子量是约3000。聚合物类还包括这些分子中任何一种的衍生物，其中一个或两个 末端羟基和/或一个、两个、三个或更多中间的羟基基团是衍生的，例如衍生成独立选自的 部分，如-C (0) -ORpe,-C (0) -OH,-C (S) -OH、-SH、-SRPK、-C (0) -SH,-C (0) -SRpe^-NH2、-NHRpe,-N (
24Rpk) 2、-C (0) NH2, -C (0) NHRpe, -C (0) N (Rpe) 2或一种盐，其中这些Rpk独立地是或一起是一种保 护基团或C1-C8任选地取代的烃基。如在此使用的，“生物聚合物”是指一种类型的聚合物，该类聚合物包括了由在生 物起源的聚合物中发现的单体单元。生物聚合物的例子见于多糖、核酸聚合物类(例如， DNA、RNA)、以及多肽类，它们对应地包括了单糖、核酸以及氨基酸单体单元。生物聚合物还 包括脂类(lipid)，这些生物起源的脂类具有亚甲基(-CH2-)作为一个重复的单体单元基 团并且可以包含一个或多个链烯基部分(即，-C = C-)。一种生物聚合物可以衍生自一个 生物来源或合成地制备。合成的生物聚合物可以包括天然的、或非天然的、或两者结合的单 体单元或由其组成。因此，一种多肽生物聚合物可以包含天然的或非天然的氨基酸，如在本 说明书的其他地方针对多肽所说明，并且一种多糖可以包含天然的或非天然的单糖或两者 的组合，它正如在本说明书的其他地方针对单糖所说明。类似地，一种合成的脂类生物聚合 物具有亚甲基(-CH2-)作为一个重复的单体单元基团并且可以包含一个或多个链烯基部分 (即，-C = C-)、或炔基部分、或其他不饱和的基于碳的部分。在一个实施方案中，一种生物 聚合物包含多个亚甲基单体单元以及至少一个基于不饱和碳的部分，该部分能够交联到位 于一个物理相邻的生物聚合物中的另一个基于不饱和碳的部分上。这个能够交联到另一个 这样的部分上的基于不饱和碳的部分被称为一个聚合单元。一种脂类生物聚合物通常会包含一个官能团作为头基。此类生物聚合物官能团头 基的例子是(通过举例并不限于)一种羧酸、羟基、氨基、硫氢基、酮或醛的基团，或者是游 离的或者处于受保护的形式。有时，一种脂类生物聚合物将包含一种替代头基，该头基可以 在这些脂类生物聚合物组装之后被合成地或酶促地转化成以上给出的这些生物聚合物官 能团头基之一，从而提供一种生物聚合物材料。典型地，一种合成的脂类生物聚合物包括一个头基、2-50个亚甲基单体单元以及 一个聚合单元，该聚合单元允许这些脂类聚合物进行交联以提供一种生物聚合物材料。有 时，该聚合单元包括两个相邻的炔基部分(被称为一个二乙炔部分(即，-CC-CC-))或由其 组成，并且位于一条具有从15-25或20-30个碳原子长度的聚合物链上。含有作为该聚合 单元的一个二乙炔部分的生物聚合物被称为DA-单体。在一个实施方案中，一种DA-单体 具有一个二乙炔部分以及一个脂类头基，其中该二乙炔部分在该DA-单体的聚合物链上位 于从该脂类头基的位置18-20至位置3-5之间。在另一个实施方案中，该二乙炔部分是在 位置10-12至位置4-6之间。在又一个实施方案中，这些二乙炔基团位于在约5-7位置上。 具有一个羧酸头基的示例性DA-单体包括但不限于5，7- 二十二碳二炔二酸(5，7-DCDA)， 5，7-二十五碳二炔二酸(5，7-PCA)或10，12-二十五碳二炔二酸(10，12-PCA)。灵敏度的 变化(即，对于随后将一种生物标记连接到其所固定的生物标记受体上的一种生物聚合物 在光学特性上可观查到的最大变化)有时可以观察到，它们取决于该聚合单元在这种脂类 生物聚合物的碳链上的位置。改变一个聚合物单元(例如，一个二乙炔部分)的位置以获 得针对一种基于此类聚合单元的光学传感器的最大感光度是在本领域的普通技术人员的 能力之内。“生物聚合物材料”是指由聚合化的生物聚合物形成的材料。一种生物聚合物材料 可以具有一个物理形式，包括但不限于薄膜(film)、囊、脂质体、管、编结的组件、层状组 件、螺旋的组件、多层、聚集体、膜(membrane)、以及溶剂化的聚合物聚集体例如溶剂中的杆
25和线圈。一种生物聚合材料可以进一步包含不是该聚合化的生物聚合物基质(matrix)的 一部分的分子(即，并非聚合化的分子)。在一个实施方案中，该生物聚合物材料是处于囊 或脂质体的形式。在另一个实施方案中，该生物聚合物材料是处于薄膜的形式。薄膜包括 单层、双层、以及多层。在此背景下，单层和薄膜是固体状态的材料，这些材料由一种基础性 (underlying)底物(即，一种生物聚合物支持体)支持。此类单层和薄膜除其他之外已经 在Ulman(1991)和Gaines(1966)中进行综述。与薄膜和单层相比，脂质体是封装了一个水 性空间的三维的囊。这些材料除其他之外说明在New(1989)和Rosoff (1996)中。脂质体可 以进行构建使它们陷入它们的水性隔区的材料之中。薄膜和单层不会封装一个水性空间。在一个实施方案中，一种生物聚合物薄膜是通过将自我组装的有机单体在支持 体上成层来制备。在某些实施方案中，该支持体是一种标准的朗缪尔-布洛尔杰特槽 (Langmuir-Blodgett trough)，并且这些自我组装的有机单体是在一个水性表面上成层 的生物聚合物，该水性表面通过用一种水溶液装满该槽而产生。然后，该生物聚合物被压 缩并且聚合以形成一种生物聚合物薄膜。所生产的薄膜被称为朗缪尔-布洛尔杰特薄膜 (Langmuir-Blodgett film)。在一个实施方案中，该压缩是在一个标准的朗缪尔-布洛尔 杰特槽中使用可移动的隔板来压缩这些生物聚合物来进行的。进行压缩直到形成一个紧密 充满的生物聚合物层，然后将其聚合。在一些实施方案中，包括了二乙炔部分(即，一个二 乙炔单体)的脂类生物聚合物被用作自我组装的单体。使用紫外辐射将这些二乙炔单体聚 合以产生一种聚二乙炔(PDA)生物聚合物薄膜。在一些实施方案中，从一种脂类生物聚合 物单体(例如，一种DA-单体)所制备的一种朗缪尔_布洛尔杰特薄膜(LB薄膜)被转化 成一种疏水的生物聚合物支持体(它在本说明书中的其他地方进行了说明)，这样这些脂 类头基暴露于薄膜周围的界面上(Charych 1993)。一种生物聚合物材料可以从具有一个常见聚合单元的一种或多种不同生物聚合 物单体的聚合反应来制备。经常，两种或多种生物聚合物(典型地是两种)将具有不同的头 基，其中至少一个头基将提供会允许共价结合一个生物标记受体的一个活性官能基团(或 它们的一种代替物)，并且将它们按一个比例进行混合来提供一种令人希望的每个头基的 密度。直接地或在进一步的化学操作(即，该活性官能团的一个代替物)之后提供该活性 官能团的头基的密度将是一项重要的考虑，并且取决于有待固定的生物标记受体的大小、 头基的类型以及该生物聚合物材料的物理形式。例如，在掺入DA-单体的朗缪尔-布洛尔 杰特薄膜(LB薄膜)的制备中，可以使用的、具有在形成该薄膜所要求的条件下带电荷的头 基(例如，一个羧酸头基)的一种DA-单体的最大比例将低于若使用一种具有不带电荷的、 亲水头基的DA-单体(例如，一种酯)这是由于静电排斥的缘故。此外，对于将更多空间要 求的生物标记受体固定到一种PDA-生物聚合物薄膜(例如，一种生物受体，包括了多种多 肽)，与若使用具有一种单一多肽的生物受体相比，更低密度的生物标记受体是可以实现的 并且因此充当针对相对量的、具有有待使用的活性官能团(或它的一种代替物)的DA-单 体的指导。作为在形成一种PDA-生物聚合物材料之后将一种生物标记进行固定的一个替代 方案是使用一种DA-单体，其中已经连接了该生物标记受体。另一个替代方案是将一种生 物标记受体连接到一种疏水的聚合物上，该聚合物可以用一组DA-单体进行自我组装，这 些单体当聚合形成一种LB薄膜时产生了带有该生物标记受体的聚合物的夹带。实质上，这种带有生物标记受体的聚合物在该LB薄膜的形成中充当一种掺杂剂，从而产生一种生物 标记受体与一种生物标记材料的非共价的连接(即，固定)。作为一个总体的指导，制备最 佳的生物聚合物材料将典型地具有生物标记受体的5% -15%的理论最大密度，或者从它 们掺入到DA-单体中或者作为一种带有生物标记受体的掺杂剂，该掺杂剂被掺入到有待聚 合成一种生物聚合物材料的一组生物聚合物中。脂质体是通过将两亲的分子分散到一种水性介质中进行制备，并且保持在液相 中。脂质体存在于同质的水性悬浮液中，并且可以按照不同的形状(例如，球形、椭圆形、方 形、矩形以及管形)来产生。因此，一种脂质体的表面是仅与液体(主要是水)进行接触的。 在一些方面，脂质体类似于天然的细胞膜的三维结构。从DA-单体制备朗缪尔-布洛尔杰特薄膜、脂质体以及溶胶凝胶的方法在以 下给出美国专利申请2003/0129618 (Moronne)以及美国专利6，395，561、6，468，759、 6，485，987,6, 180，135,6, 183，772,6, 103，217,6, 080，423,6, 001，556 以及 6，022，748。如在此所使用的，“生物聚合物底物”或“生物聚合物支持体”是指一种固体物体 或表面，一种生物聚合物材料或光学传感器被固定在该物体或表面上并且可以包括了一种 刚性或柔性的材料。生物支持体包括塑料(例如，聚苯乙烯或聚乙烯、云母、滤纸(例如，尼 龙、纤维素、以及硝基纤维素)、玻璃珠以及载玻片、金以及所有的分离介质(例如，硅胶或 交联葡萄糖)、以及其他色谱介质。在一些实施方案中，使用溶胶_凝胶法将一种生物聚合 物材料固定到硅石玻璃上。在一个实施方案中，该生物聚合物支持体是刚性的，或者与有待 固定到该生物聚合物支持体上的一种生物聚合物材料或一种光学传感器相比在更大程度 上耐受变形。有时，对有待用作一种生物聚合物支持体的一种惰性材料进行化学处理以提 供一种具有疏水基团(即，疏水化)的生物聚合物支持体，这些疏水基团将通过疏水性相互 作用来固定一种生物聚合物材料。如此化学处理的一种材料被称为疏水化的生物聚合物支 持体。在一些实施方案中，一种生物聚合物支持体是由一种玻璃、石英或一种塑料或具 有一种厚度的任何其他材料形成的，该厚度提供了变形所必要的耐受性并且仍能够允许 检测由一种传感器所发出的光学能量，该传感器包括生物聚合物底物以及该生物聚合物材 料。因此，其上固定了一种生物聚合物材料的一种生物聚合物支持体将提供针对该生物聚 合物材料的物理支持体并且对于一个第一波长范围是透明的，该范围涵盖了由一种生物 聚合物材料在掺入该生物聚合物材料以便提供一种光学传感器时所发出的光学能量的波 长。典型地，一种生物聚合物材料将被固定到一种生物聚合物支持体的表面(被称为一种 生物聚合物支持体表面)上，这是在该生物聚合物材料的一个表面(被称为一种生物聚合 物材料表面)上进行的，它可以将对一种生物标记与一种生物标记受体相结合的干扰最小 化，该生物标记受体被固定或将被固定到该生物聚合物材料上。在一个实施方案中，该生 物聚合物材料是一种聚-二 -乙炔(PDA)的生物聚合物薄膜，该薄膜从该PDA-生物聚合 物薄膜的相对表面(该生物标记受体被固定或将被固定在其上)上固定到一种生物聚合 物底物上。在另一个实施方案中，一种生物聚合物底物是一种玻璃载玻片，其中该玻璃载 玻片包括但不限于石英或硼硅玻璃载玻片。为了将一种生物聚合物材料固定到玻璃或石 英支持体上，该支持体的一个表面通常用具有一个活性官能团的一种甲硅烷基化试剂进行 衍生，该官能团随后被用来共价地结合一个疏水分子。在一个实施方案中，用来衍生一种
27玻璃支持体的一种硅烷化试剂具有一个氨基基团(即，一种氨基硅烷化试剂)作为这种 活性官能团。在一个实施方案中，该氨基硅烷化试剂是3-氨基丙基三乙氧基硅烷。使用 具有其他活性基团的氨基硅烷化试剂以及硅烷试剂的玻璃的硅烷化作用说明于美国专利 4, 024, 235 (Weetall)以及 3，519，538 (Messing)中。该生物聚合物支持体的主要功能是为该生物聚合物材料提供物理支持。该生物聚 合物支持体还可以充当一个第二目的，由此由一种生物聚合物材料或如此支持的光学材料 所产生的光学特性是由该生物聚合物材料操纵的。操纵一种光学特性的第二个目的包括但 不限于聚焦、重新定向、过滤或放大。在一个实施方案中，针对一种生物聚合物或一种光学传感器的一种生物聚合物支 持体是一种玻璃小瓶，包括但不限于一种石英或硼硅玻璃小瓶。在另一个实施方案中，针对 一种生物聚合物材料或一种光学传感器的生物聚合物支持体包括一个微量滴定板的孔的 内部底表面或一个小槽的壁的内表面，其中该小槽的壁能够接受入射光并且允许检测由该 小槽所支撑的生物聚合物材料的一种光学特性的一种可检测的变化。为一种生物聚合物材 料或一种光学传感器薄膜提供支持体的微量滴定板包括但不限于96孔板、384孔板、1536 孔板，它们具有方形或圆形的孔侧面以及平的、V型或圆形的底。较低密度的微量滴定板 (例如，24孔板或48孔板)可以用来提供增加的感光度，但却要求较大体积的怀疑具有有 待检测的一种生物标记的生物来源流体。优选作为旨在用于一种自动生物传感器装置的光 学传感器的支持体的微量滴定板符合ANSI-SBS标准。适合用作针对光学传感器的支持体 的微量滴定板具有孔，这些孔是由塑料(包括但不限于聚乙烯基、聚丙烯、聚苯乙烯)形成 的、或是由硼硅玻璃或石英形成的，或具有底表面，这些底表面是由塑料、硼硅玻璃或石英 形成的。微量滴定板形式的适当选择将取决于感光度、通过量、样品体积以及有待检测的光 学特性的要求，并且对于本领域的普通技术人员而言是有待最佳化的熟悉的参数。例如，一 个具有平底的孔的微量滴定板提供了低背景的吸光度，一个具有圆底的孔的微量滴定板在 荧光应用中提供了增强的感光度，并且具有塑料孔的微量滴定板用于对一种疏水的生物聚 合物材料的固定，该材料具有以可见光谱内的一个波长有待测量的一种光学特性。为一种 生物聚合物材料提供一个表面的其他生物聚合物底物进一步包括一种吸光流式细胞或一 种荧光流式细胞。如在此所使用的，“多肽”是指一个单一的肽或两个、三个、四个或更多具有相同或 不同氨基酸序列的多肽的一个复合物(例如，肿瘤坏死因子(TNF)是三个相同的多肽的一 种复合物，一种同型三聚体)。一种细胞受体或配体经常是一种天然的多肽，然后该多肽被 修饰并且被固定在一种生物聚合物材料上以便包括一种光学传感器，并接着成为一种生物 标记受体。有时，该细胞受体或配体其特征在于具有在约IOkDa与约50kDa之间的分子量， 并且有时在约15kDa与约35kDa之间有时，该细胞受体或配体是一种天然多肽的片段，其中 该片段有时是该多肽或它的一个部分的结构域。一个多肽片段是该多肽的一个部分，它表 现了该多肽的一种功能(例如，连接一个配体或配体片段的细胞受体结构域，或者连接一 个细胞受体或细胞受体部分的配体结构域)。一个多肽片段可以包括一种天然多肽的非结 构域区域以及一个结构域的一部分，并且有时长度为约20个与约200个氨基酸之间，并且 经常长度是在约50个与约100个氨基酸之间。有时，该细胞受体或配体是一种多肽模拟物， 它包括非天然的氨基酸和/或非氨基酸部分，它们的例子在本领域内是已知的并且在以下进行说明。对于多肽分子，可以使用标准的分子生物学技术或肽合成技术将一个氨基酸序列 或单一的氨基酸删除、插入或置换。用于制备多肽中的酰胺键的方法额外地在酰胺的定义 中进行提供。在一种分子受体、一种生物标记受体、配体或生物标记中任何氨基酸可以被置 换或删除，或者可以将一个插入物(insert)引入到任何位置，并且一种置换可以由其他19 种自然发生的氨基酸之一或一种非经典的或非天然的氨基酸进行。氨基酸置换可以在这 些残基的极性、带电荷、溶解度、疏水性、亲水性、和/或两亲性质方面的相似性的基础上进 行，只要保留了得到的多肽或肽的一种降低的功能。例如，带负电荷的氨基酸包括天冬氨酸 以及谷氨酸；带正电荷的氨基酸包括赖氨酸以及精氨酸；并且具有中度亲水值的、具有不 带电荷的极性头基的氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、天冬酰胺、谷 酰胺、丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、以及酪氨酸。氨基酸修饰经常是使用标准的方法来进行的 (例如 CurrentProtocols In Molecular Biology Ausubel, F. Μ. , et al. , eds. (2000)以 Μ. Sambrook et al. ,"Molecular Cloning :Α Laboratory Manual,“ 2nd ed. (1989))。例如，保守性置换可以根据表A来进行。在第二栏的相同框中以及在第三栏的相 同行中的氨基酸可以在一次保守性置换中彼此取代。有时，保守性置换是通过将对应于在 第二栏的一个框的一排第三栏中的一种氨基酸用来自在第二栏的同一框内的第三栏的另 一行的一种氨基酸进行替换。在某些实施方案中，同源置换可以发生，它是相似氨基酸的一个置换或替换，例如 像，碱性氨基酸对碱性氨基酸、酸性氨基酸对酸性氨基酸、极性氨基酸对极性氨基酸。还可 以发生非同源置换，即，从一类残基到另一类、或可替代地涉及夹杂非天然的氨基酸例如鸟 氨酸的(以下称为ζ)、二氨基丁酸鸟氨酸(以下称为B)、正亮氨酸鸟氨酸(以下称为0)、吡 啶基丙氨酸、噻吩基丙氨酸、萘基丙氨酸以及苯基甘氨酸。有时，对氨基酸置换进行选择以 便增强这种变体肽的疏水性、一种变体肽的两亲性质，并且以便增强或降低一种变体肽形 成一种α-螺旋结构或亚结构的可能性。表A在一种肽中保守的氨基酸替换
脂肪族的非极性的GAPILV极性的-不带电CSTMNQ极性的带电DEKR芳香族的HFWY一种细胞受体或配体的变体多肽序列通常是与一种天然配体或细胞受体多肽 序列基本上一致的。有时，该变体的氨基酸序列是与一种天然的配体或受体氨基酸序列
50%或更多、51%或更多......60%或更多、61%或更多......70%或更多、71%或更
多......80%或更多、81%或更多......85%或更多......89%或更多、90%或更多、
91%或更多、92%或更多......95%或更多......97%或更多、98%或更多、或99%或更
多地类似。有时，在一个天然配体或细胞受体蛋白多肽或蛋白中自然发生的氨基酸用非天然
29的或非经典的氨基酸置换，它们包括但不限于鸟氨酸(以下称为Z)，二氨基丁酸(以下 称为B)，正亮氨酸(以下称为0)，吡啶基丙氨酸、噻吩基丙氨酸、萘基丙氨酸以及苯基甘氨 酸。非自然发生的氨基酸以及非经典的氨基酸替换物的其他例子是α*以及α-双取代 的*氨基酸、N-烷基氨基酸*、乳酸*、天然氨基酸的卤化物衍生物(例如，三氟酪氨酸*、 P-Cl-苯丙氨酸*、p-Br-苯丙氨酸*、p-I_苯丙氨酸*、L-烯丙基-甘氨酸*、β -丙氨酸*、 L-α-氨基丁酸*、L- γ -氨基丁酸*、L- α -氨基异丁酸*、L- ε -氨基己酸#、7_氨基庚酸 *、L-甲硫氨酸砜*、L-正亮氨酸*、L-正缬氨酸*、ρ-硝基-L-苯丙氨酸*、L-羟基脯氨酸 #、L-硫代脯氨酸*)、苯丙氨酸(Phe)的甲基衍生物(例如，4-甲基-Phe*、五甲基-Phe*、 L-Phe (4-氨基)#、L-Tyr (甲基)*、L-Phe (4-异丙基)*、L_Tic (1，2，3，4-四氢异喹啉-3-羧 酸)*、L-二氨基丙酸、L-Phe (4-苄基)*)、2，4-二氨基丁酸、4-氨基丁酸(Y_Abu)、2_氨 基丁酸(α "Abu)、6_氨基己酸(ε -Ahx)、2_氨基异丁酸(Aib)、3_氨基丙酸、鸟氨酸、正亮 氨酸、正缬氨酸、羟基脯氨酸、肌氨酸、瓜氨酸、高瓜氨酸(homocitrulline)、磺基丙氨酸、叔 丁基甘氨酸、叔丁基丙氨酸、苯基甘氨酸、环己基丙氨酸、氟代氨基酸、设计出的氨基酸(例 如，β -甲基氨基酸、Ca-甲基氨基酸、Na-甲基氨基酸、萘基丙氨酸、以及类似物)。记号* 表示一种具有疏水特征的衍生物，#表示一种具有亲水特性的衍生物，并且#*表示一种具 有两亲特征的衍生物。有时，变体氨基酸序列包括插入该序列的任何两个氨基酸残基之间的合适的间隔 基基团，除了氨基酸间隔基(例如，甘氨酸或丙氨酸残基)还包括烃基基团，例如甲基、 乙基、或丙基的基团。同样，肽和多肽可以包括类胨或由其组成。术语“类胨”是指变体氨基 酸结构，其中α-碳取代基基团是在主链氮原子上而不是α-碳上。用于制备处于类胨形式 的肽类的方法在本领域内是已知的(参见Simon et al.，PNAS 89(20) :9367_9371 (1992) 以及 Horwel 1，Trends Biotechnol. 13(4) 132-134 (1995))。一种细胞受体、生物标记受体、配体或生物标记所包括的或由其组成的多肽类以 及它们的变体经常是通过已知的重组分子生物学操作来制备的(例如Mullis et al., Methods Enzymol. 155 335-50(1987)以 及 Ausubelet al. , Current Protocols in Molecular Biology，例如页3. 17. 1-10) 0可替代地，该多肽有时是使用化学合成过程来合 成的或在某些实施方案中是从一种生物来源来纯化。一些纯化的酶是可商购的。一种多肽可以通过肽连接法来合成(参见，例如Dawson et al. , Science266 776-9 (1994)以及 Coligan et al. , Native chemical ligation ofpolypeptides, Wiley 18.4. 1-21(2000))。该方法允许天然的骨架蛋白从完全受保护的多肽构造单元中进行组 装。为了促进这些连接反应，N-端多肽片段的α-羧酸酯基团被温和地活化为一个芳基硫 代酯，并且C-端多肽片段包含一个氨基端的半胱氨酸。该反应通常是在一种水性缓冲液中 在约中性的PH下进行的。该起始步骤是一种可逆的反式硫代酯化反应，涉及N-端Cys-多 肽(C-端片段)的硫醇基团以及N-端多肽片段的α-硫代酯部分。这种中间产物经历了 一个自发的重排以便在连接位点形成一种自然的肽键。化学方法的一个优点是将非天然的 氨基酸以及翻译后修饰位点特异性地掺入该目标分子中。具有约50个氨基酸或更少的多 肽片段、以及模拟物以及它们的变体，有时是通过在本领域中已知的标准的化学合成方法 来生产的(例如，来自Applied Biosystems的可商购的肽合成器)。多肽类以及它们的变体(其中包括一种细胞受体、生物标记受体、配体或生物标记或由其组成)是使用标准的纯化操作来分离的。一种“分离的”或“纯化的”肽、多肽或 蛋白当进行化学合成时基本上没有细胞材料、或来自衍生出该蛋白的细胞或组织的其他污 染蛋白、或基本上没有化学前体或其他化学物。“基本上没有，，是指制备一种配体、受体、或 肽，多肽或它们的蛋白变体(它们具有小于约30%、20%、10%并且更优选5% (基于干重) 的非受体或配体多肽类(在此还被称为“污染蛋白”)、或化学前体或非受体或配体化学物。 当该多肽或它们的一种生物活性的部分重组地生产时，它经常是基本没有培养基的，确切 地说，其中培养基代表小于约20%、有时小于约10%、并且经常是该多肽制备品的小于约 5%的体积。有时，分离的或纯化的多肽制备物按干重计是0.01毫克或更多或0. 1毫克或 更多，并且通常是1. 0毫克或更多以及10毫克或更多。如在此所使用的，“受体”是指一种分子，它与一种配体通过以一个Kd与该配体 相结合而与该配体相互作用，该Kd在2(^ E-06M至IX E-15M或更低之间的Kd范围内，并 且其中该受体当与该配体结合时传送一种生物化学或生理化学信号，该信号表明了这种受 体-配体相互作用。生物起源或衍生的受体被称为细胞受体。一种细胞受体固定在一种 生物聚合物上以形成一种光学传感器，这被称为一种细胞生物标记受体并且是一种生物标 记受体的例子。与一种生物标记受体相结合的一种细胞受体的一个配体是一种生物标记 的例子。在一个实施方案中，该细胞生物标记受体当该细胞受体的配体与该细胞受体所固 定到的一种生物聚合物材料相结合时会发送一种信号。在另一个实施方案中，Kd的范围是 在10X10E-06M至IX 10E-12M之间。在又另一个实施方案中，Kd的范围是在IX 10E-06至 IX 10E-10或0. IX 10E-06至IX 10E-9之间。在另一个实施方案中，该生物受体是一个细 胞受体片段，其中该细胞受体片段包括该完整细胞受体的结合域或由其组成。因此，该细胞 受体片段是一种多肽，该多肽包括该细胞受体并且表现该细胞受体的功能。在一个实施方 案中，该细胞受体片段对于一种生物标记具有一个Kd，该Kd在20X E-06M至IX E-15MU0X 10E-06M 至 IX 10E-12MUX 10E-06 至 1X10E-10、或 0. IX 10E-06 至 IX 10E-9 的 Kd 范围内。有时，该细胞受体可以结合到一种细胞系统(例如，细胞团或一种哺乳动物的组 织)、细菌或一种病毒的包膜中的一种生物膜上，或在一种细胞、细菌或病毒的一种中断的 膜或包膜中。在另一个实施方案中，该细胞受体或细胞受体片段没有结合到一个无细胞的 系统中或通过一种直接的共价结合、一种间接的共价结合或通过直接或间接的非共价结合 (如在此所定义的)到一种生物聚合物上来固定到一种生物聚合物上以便提供一种光学传 感器。有时，一种细胞受体位于该膜的膜区域或在该膜的表面上(例如，受体蛋白激酶、 受体蛋白磷酸酶、细胞因子受体、G-蛋白偶联受体以及整联蛋白)。有时，该细胞受体位于 细胞的细胞内区域，并且包括核受体。在一个实施方案中，一种细胞受体或细胞受体片段是 通过直接共价结合、间接共价结合或一个非共价的结合(如在此所定义的)到一种生物聚 合物上来固定到一种生物聚合物材料上以便提供一种光学传感器。因此，这种有待固定的 细胞受体或它的片段被称为一种细胞生物标记受体。细胞因子受体细胞因子受体分成四个家族。类别I细胞因子受体家族包括细胞 因子结合的受体，它们在免疫和造血系统中发挥作用。此外，这家族还包括针对生长激素和 催乳素的受体。在细胞外结构域中存在着保受的氨基酸序列基序，它们具有4位置保受的 半胱氨酸残基(CCCC)以及一个保受的Trp-Ser-Xaa-Trp-Ser序列(SEQ ID 1)，其中Xaa是
31一个非保受的氨基酸。这些受体由2条多肽链组成，并且是一个细胞因子特异性亚基以及 一个信号转导亚基，该信号转导的亚基对于该细胞因子配体通常是非特异性的。在少数几 种情况下，这些受体是三聚物。这种信号转导亚基是高亲和力结合该细胞因子配体所要求 的。类别I细胞因子受体家族进一步分成多个亚家族，其中在一个亚家族中的所有受 体都具有一种相同的信号转导亚基。GM-CSF亚家族包括针对IL-3、IL-5、以及GM-CSF的 受体，并且其特征在于低亲和力、细胞因子特异性受体α亚基。所有三种低亲和力的α亚 基与一个共同的信号转导β亚基非共价地相关联以便形成一种二聚物受体，该受体表现 出对于该细胞因子的增加的亲和力并且在细胞因子结合之后转导了一个跨过该膜的信号。 IL-6亚家族包括针对IL-6、IL-11、以及IL-12的受体，这些受体其特征在于一个共同的信 号转导亚基(gpl30)，该亚基与一种或两种不同的细胞因子特异性亚基(显示出重叠的生 物活性)相关联。IL-2亚家族包括针对IL-2、IL-4、IL_7、IL-9、以及IL-15的受体。IL-2 受体和IL-15受体是三聚物，它们具有一条细胞因子特异链和负责信号转导的两个链(β 和Y)。IL-2受体γ链是在该亚家族的那些成员中的信号转导亚基，它们是二聚物。类别II细胞因子受体家族(也称为干扰素受体家族)包括针对三种干扰素 (INF-α、β、以及γ)的受体。这些受体具有多个保受的半胱氨酸基序，但却缺少类别I细 胞因子受体的WSXWS基序特征。TNF 受体家族包括 55kDa 的 TNF 受体(TNF-RI)以及 75kDa 的 TNF 受体(TNF-RII)、 连同CD40以及Fas。它们在细胞外的氨基末端具有约40个氨基酸的富集半胱氨酸的重复。 该家族的一些成员还显示出在它们的细胞质区域中的序列相似性。LT和TNF-α均结合到 P55受体和p75受体上。TNF-α的杀死作用是通过ρ55受体介导的。ρ55受体包含一种保 守的序列基序(被称为“死亡结构域”，叫做TRADD)，它参与了凋亡。ρ75受体包含一个结构 域，该结构域定义了一种具有被称为TNF-受体结合因子(TRAF)的分子的蛋白质家族。它 们的过量表达激活了转录因子NF κ B,并且还应激激活了调节转录因子AP-I的蛋白激酶途 径。结构同源性在未显示一种相当程度的重复的细胞因子之间进行部分地区分，这样 它们可以分成以下四种类型四个α-螺旋束家族，其成员细胞因子具有带着四个α-螺旋 束的三维结构。该家族进而被分成三个亚家族1)IL_2亚家族、2)干扰素(IFN)亚家族以 及3) IL-10亚家族。这三个亚家族中的第一个包含几种非免疫学细胞因子，包括促红细胞 生成素(EPO)以及血小板生成素(THPO)。可替代地，四种α螺旋束细胞因子可以被分组为 长链和短链的细胞因子。IL-I家族主要包括IL-I和IL-18。IL-17家族成员细胞因子具有 一种促进引起细胞毒性作用的T-细胞增殖的特异性作用。这些第四家族的成员是趋化因 子，它们连同趋化因子受体一起在以下进行讨论。一种不同的分类将免疫学细胞因子分成 促进T-细胞的增殖的那些细胞因子以及发挥辅助T-细胞的功能的那些细胞因子，对应地 为类型 1 (IFN- γ 等)和类型 2 (IL-4、IL-10、IL-13、TGF- β 等)。可溶的细胞因子受体可以在血液以及细胞外流体中找到。这些可溶的受体由结合 细胞的细胞因子受体的细胞外结构域的酶促裂解而产生。这些释放的可溶片段可以结合细 胞因子分子，从而将它们的活性中和。可溶的IL-2受体(SIL-2R)在慢性T细胞激活之后 被释放。这种脱落的受体可以结合IL-2，并且防止它与膜结合的IL-2R的相互作用。
32
这些趋化因子受体家族膜是G蛋白偶联受体，这些受体具有对于确定配体结合 特异性而言关键的趋化因子受体的N-端部分。趋化因子受体是结构相关的，并且可以分 成特异的(仅结合一种已知的配体，例如CXCR1/IL8RA和CXCR4/融合素/LESTR)、共享的 (shared) (CXCR2/IL8RB、CXCR3、CCCR1-CCCR5)、混杂的(结合到多种趋化因子配体上,或者 是CXC亦或CC类型)、以及病毒性的(共享受体(sharedrec印tor)，这些受体在演化过程 中已经被转导到病毒基因组中，例如鼠猴疱疹病毒以及巨细胞病毒)。趋化因子是一种结构相关的糖蛋白家族，具有有力的白细胞激活和/或趋化活 性。它们的长度为70至90个氨基酸，并且分子量为大约8至lOkDa。它们中的大部分分成 具有四个半胱氨酸残基的两个亚家族。这些亚家族是基于这两个氨基端半胱氨酸残基是立 即相邻的或是由一个氨基酸分开的。α趋化因子(也被称为CXC趋化因子)在该第一以及 第二半胱氨酸残基之间包含一个单一的氨基酸；β (或CC)趋化因子具有多个相邻的半胱 氨酸残基。大多数CXC趋化因子是嗜中性细胞的化学吸引物，而CC趋化因子总体上吸引单 核细胞、淋巴细胞、嗜碱性细胞、以及嗜酸性细胞。还存在着其他2个小的亚组。C组具有一 个成员(淋巴细胞趋化因子)。它缺少在这种四个半胱氨酸基序中这些半胱氨酸之一，但是 在它的羧基末端与这些C-C趋化因子上共享同源性。第四亚组是C-X3-C亚组。C-X3-C趋 化因子(人神经趋化蛋白/神经趋化蛋白)在前两个半胱氨酸之间具有三个氨基酸残基。 它经由一个长的粘蛋白柄直接缚到细胞膜上，并且诱导了白细胞的粘附和迁移。细胞因子受体、细胞受体配体以及它们的结构信息(例如，肽序列)的例子是 由"http://apresslp. gvpi. net/apcyto/lpext.dll ？ f = templates&fn = main-h. htm&2. 0” (由 Elsevier，B. V. the Netherlands 维护)提供、并且由 C0PE(细胞因子与 细胞在线探索百科全书(Cytokines and Cells Online PathfinderEncyclopedia)) 在"http://www. copewithcytokines. de/cope. cgi.，，提供、并且在"The Cytokine Handbook，，2nd ed. ,Thomson Α. Ed. Academic Press 1994 中提供。在一个实施方案中，一种 细胞因子受体或一种细胞因子被固定在一种生物聚合物材料上以便提供一种光学传感器， 并且这种细胞因子受体或有待固定的细胞因子被称为一种细胞因子生物标记受体。结合到 一个细胞因子生物标记受体上的一种细胞因子或趋化因子被称为一种细胞因子生物标记。G蛋白偶联受体G蛋白偶联受体(GPCR)是具有7个跨膜结构域的蛋白的一个超 家族，并且包括针对感觉信号调节物的受体(例如，光以及嗅觉的刺激分子)；腺苷、蛙皮 素、缓激肽、内皮素、y-氨基丁酸(GABA)、肝细胞生长因子、黑皮质素、神经肽Y、阿片样物质 肽、视蛋白、生长抑素、速激肽、作用于血管的肠多肽家族、以及加压素；生物胺(例如，多巴 胺、肾上腺素以及去甲肾上腺素、组胺、谷氨酸酯(促代谢作用)、高血糖素、乙酰胆碱(毒蕈 碱的作用)、以及5-羟色胺)；趋化因子；炎症的脂类调节物(例如，前列腺素以及类前列腺 素、血小板活化因子、以及白细胞三烯)；以及肽激素(例如，降钙素、C5a过敏毒素、促滤泡 激素(FSH)、促性腺激素释放激素(GnRH)、神经激肽、以及促甲状腺素释放激素(TRH)、以及 催产素)。作为针对仍然有待鉴定的刺激物的受体的GPCR被称为孤儿受体。GPCR基于序列同源性以及功能相似性被分为五个类别。类别A(视紫红质样物 质)、类别B (胰泌素样物质)、类别C(促代谢型/外激素)、类别D (真菌外激素)、类别 E (cAMP受体)、以及类别F (卷曲的/光滑的)。类别A进一步分成19个亚组(A1-A19)。GPCR 分类的进一步说明在以下给出:Foord, et al. "International union of pharmacologyXLVI :Gprotein-coupled receptor list"Pharm. Rev. 2005,57279 288 以 R Joost, Genome Biol. 2002,3(11) :research0063. 1-0063. 16。GPCR的例子以及它们的结构信息(例如，它们的肽序列)由http://WWW. gpcr. org/7tm/(由GPCRDB (G蛋白偶联数据库)协会维护)提供、由http://WWW· expasy. org/ cgi-bin/lists ？ 7tmrlist. txt (由 the SwissInstitute of Bioinfomatics 维护)提 供、并且在"The G-Protein LinkedReceptor Facts Book，，，Watson, S ；Arkinstall, S, Academic Press 1994中提供。在一个实施方案中，在一种生物膜中GPCR是通过一种直 接的共价结合、一种间接的共价结合、或一种非共价的结合、通过这种GPCR多肽或通过这 种GPCR所在的生物膜来固定到一种生物聚合物材料上以便提供一种光学传感器。有待固 定的GPCR被称为一种GPCR生物标记受体。在另一个实施方案中，结合了一种肽能G-蛋 白偶联受体的一种多肽配体或它的一个片段被固定到一种生物聚合物材料上以提供一种 光学传感器。由一种有待固定的肽能GPCR配体所衍生的多肽目前被称为一种肽能GPCR 生物标记。GPCR的例子以及它们的结构信息(例如，它们的多肽序列)由G印petti， Ed. In "Peptidergic G protein-coupled receptors，，NATO Science series. Series A: Life Sciences, Vol. 307, IOS Press，1999 提供。整联蛋白整联蛋白是一个细胞表面蛋白超家族，这些细胞表面蛋白是细胞表面 受体，它们在多个细胞向其他多个细胞的粘附以及一个细胞向一个组织的物质部分(该组 织不是任何一种细胞的一部分(细胞外基质))的粘附中发挥作用。整联蛋白还在信号转 导中发挥作用(信号转导是一个过程，通过该过程一个细胞将一种信号或刺激转化成另一 种细胞)，并且定义了细胞的形状、流动性、并且调节了细胞周期。整联蛋白是完整的膜蛋 白，这些蛋白通过约40-70个氨基酸的一个单跨膜螺旋粘附于细胞膜上。例外是β4亚基， 它具有一个1088个氨基酸的胞质域。大多数整联蛋白是具有一个95kDa的α亚基的异源 二聚体(该亚基在该超家族中保守的)、以及一个更可变的150-170kDa的β亚基。贝塔(β)亚基具有四个富集半胱氨酸的重复的序列，并且直接地参与了对整联 蛋白所结合的这些配体中的至少一些进行整合，而α亚基可以稳定这种蛋白的折叠。此 外，这些亚基中有一些的变体是通过差别剪接而形成的，例如存在着β ！亚基的4个变体。 整联蛋白包括成纤维细胞的纤连蛋白以及玻连蛋白的受体，它们在该配体蛋白中结合了一 个RGD (Arg-Gly-Asp)序列、血小板Ilb/IIIa表面糖蛋白(纤连蛋白以及纤维蛋白原受 体)，LFA-I类别的白细胞表面蛋白以及VLA表面蛋白。对于该配体中RGD序列的要求不是 不变的。这些α亚基之间的结构是非常相似的。所有亚基在它们的细胞外结构域中都包 含7个具有30-40个氨基酸的同源重复，这些重复被多个20-30个氨基酸的段隔开。这三个 或四个重复主要是细胞外的，并且包含具有阳离子结合特性的序列。这些序列被认为参与 了配体的结合，因为整联蛋白与它们的配体的相互作用是阳离子依赖的。所有这些α亚基 共享5个氨基酸基序GFFKR，它直接地位于该跨膜区域之下。这些α亚基基于一些结构差 异被再分成两个组。第一组是由α -1、α -2、α -L、α _M以及α -X形成的。第一组的成员 都包含一个所谓的插入结构域(I-结构域)。这种具有约180个氨基酸的结构域位于该第 二重复与第三重复之间，并且可参与配体结合。第二组是由α-3、α-5、α-6、α-7、α-8、 α-lib、α-V以及α-IEL形成的。这个组的成员都共享将它们的前体变为一条重链和一条轻链的的一种翻译后裂解。该轻链是由该胞质域、该跨膜域以及该细胞外结构域的一部 分形成的(约25kDa)，而该重链包含该细胞外结构域上的剩余部分(约120kDa)。在哺乳动物中，19个α亚基以及8个β亚基已经得到表征并且被指定如下。 α -亚基ITGAl(CD49a)、ITGA2(CD49b)、ITGA2B(CD41)、ITGA3(CD49c)、ITGA4 (CD49d)、 ITGA5(CD49e)、ITGA6(CD49f)、ITGA7、ITGA8、ITGA9、ITGA10、ITGAlU ITGAD(CDlld), ITGAE(CD103)、ITGAL(CDlla)、ITGAM(CDllb)、ITGAV(CD51)、ITGAff 以及 ITGAX(CDllc)也 被对应地称为 α ” α 2、α 3、α 4、α 5、α 6、α 7、α 8、α 9、
α ο、α η、α d> α Ε、α L、α Μ、α ν、α w
和 α χ ; β _ 亚基ITGBl (CD29)、ITGB2 (CD 18)、ITGB3 (CD61)、ITGB4 (CD 104)、ITGB5、ITGB6、 ITGB7以及ITGB8也被称为β ” β 2、β 3、β 4、β 5、β 6、β 7以及β 8。通过这些α禾口 β亚 基的不同组合，大概24个独特的整联蛋白得以产生并且包括α力ρ α 2β ρ α 4 β : (VLA-4)、 α5β” aL32(LFA-l)、α Μβ 2 (Mac-I) > α IIb β 3> α6β4°整联蛋白的例子以及它们的结构信息(例如，整联蛋白以及它们的配体的肽序 歹[J )由 “The Integrin Page” 在 “http //www· geocities. com/CapeCanaveral/9629/” ^ 供。在一个实施方案中，一种整联蛋白或它的一个β亚基是通过整联蛋白或整联蛋白亚基 的一种多肽、或通过该多肽所在的生物膜、通过一种直接共价结合、一种间接共价结合或一 种非共价结合来固定到一种生物聚合物材料上。有待固定以提供一种光学传感器的一种整 联蛋白或它的亚基或片段被称为一种整联蛋白生物标记受体，并且结合到该整联蛋白上的 配体或它的一个片段被称为一种整联蛋白生物标记。核受体核受体(NR)是一类细胞内蛋白，这些细胞内蛋白负责测知激素以及某些 其他分子的存在。响应于激动剂(典型地是一种激素或一种小的亲脂性分子)结合，一种核 受体在一个被称为它的核受体应答元件(NRE)的位点上直接与DNA相结合，并且随后调节 了相邻基因的表达。根据序列同源性所分类的这些已知的48种人类核受体作为亚家族在 以下示出名称；组名称(内源性配体，若对于整个组是共用的)；成员名称(缩写，NRNC 符号，基因)(内源性配体)。亚家族1:甲状腺激素受体样物质；组A 甲状腺激素受体(甲状腺激素)；(1) 甲状腺激素受体-a (TRa ；NR1A1、THRA)、(2)甲状腺激素受体-β (TR^ ；NR1A2、THRB)； 组B 视黄酸受体(维生素A以及相关化合物)(1)视黄酸受体-a (RARa ；NRlBU RARA)、
(2)视黄酸受体-β(RAR^ ；NR1B2、RARB)、(3)视黄酸受体-Y (RARy ；NR1B3、RARG)；组 C:过氧化物酶体增殖物激活的受体(1)过氧化物酶体增殖物激活的受体-a (PPARa ； NRlCl、PPARA)、(2)过氧化物酶体增殖物激活的受体_ β / δ (PPAR^/ δ ；NR1C2、PPARD)、
(3)过氧化物酶体增殖物激活的受体-Y(PPAR γ ；NR1C3、PPARG)；组D =Rev-ErbA(I) Rev-ErbA a (Rev-ErbA α ；NR1D1)、(2) Rev-ErbA β (Rev-ErbA β ；NR1D2)组 F :RAR-相关 的孤儿受体⑴RAR-相关的孤儿受体-a (RORa ；NRlFl、R0RA) (2)RAR-相关的孤儿受 体-β (R0R β ;殿讣2、1 01 )、(3)1^1 --相关的孤儿受体-￥0 01^ ；NR1F3、R0RC)；组 H:肝 X 受体样物质(3)肝 X 受体-a (LXRa ；NR1H3)、(2)肝 X 受体-β (LXRβ ；NR1H2)、(4)法 尼醇X受体(FXR ；NR1H4)；组I 维生素D受体样物质(1)维生素D受体(VDR ；NRlIUVDR) (维生素D)、⑵孕烷X受体(PXR ；NRl 12)、(3)组成型雄烷受体(CAR ；NRl 13)。亚家族2 类视黄醇X受体样物质；组A 肝细胞核因子_4 (HNF4) (1)肝细胞核因 子-4- a (HNF4 α ；NR2A1、HNF4A)、(2)肝细胞核因子 _4_ y (HNF4 γ ；NR2A2、HNF4G)；组 B
35类视黄醇X受体(RXR α) (1)类视黄醇X受体_ α (RXR α ；NR2B1、RXRA)、(2)类视黄醇X受 体-β (RXR β ；NR2B2、RXRB)、(3)类视黄醇 X 受体-Y (RXRy ； NR2B3、RXRG)；组 C:睾丸受 体(1)睾丸受体 2(TR2 ；NR2C1)、(2)睾丸受体 4(TR4 ；NR2C2)；组 E(TLX/PNR) (1)果蝇无尾 基因的人类同系物(TLX ；NR2E1), (3)感光细胞-特异性核受体(PNR ；NR2E3)；组F:C0UP/ EAR(I)鸡卵白蛋白上游启动子-转录因子I(C0UP-TFI ；NR2F1)、(2)鸡卵白蛋白上游启动 子 _ 转录因子 II (C0UP-TFII ；NR2F2)、(6) V-erbA-相关的(EAR-2 ；NR2F6)。亚家族3 雌激素受体样物质；组A 雌激素受体(1)雌激素受体-a (ERa ；NR3A1、 ESR1)、(2)雌激素受体-β (ERi3 ；NR3A2、ESR2)，组B 雌激素相关受体(1)雌激素相关受 体-a (ERRa ；NR3B1、ESRRA)、(2)雌激素相关受体-β (ERR3 ；NR3B2、ESRRB)、(3)雌激 素相关受体-Y (ERRy ；NR3B3、ESRRG)；组C :3_酮类固醇受体(1)糖皮质激素受体(GR ； NR3C1)(氢化可的松)、⑵盐皮质激素受体(MR;NR3C2)(醛甾酮)、(3)孕酮受体(PR; NR3C3.PGR) (4)雄激素受体(AR ；NR3C4.AR)。亚家族4 神经生长因子IB样物质；组A :NGFIB/NURR1/N0R1(1)神经生长因子 IB (NGFIB ；NR4A1)、(2)核受体相关1 (NURR1 ；NR4A2)，(3)神经元衍生的孤儿受体1 (N0R1 ； NR4A3)。亚家族5 类固醇生成因子样物质；组A:SF1/LRH1(1)类固醇生成因子1 (SFl ； NR5A1)，(2)肝受体同系物-1(LRH-1 ;NR5A2)。亚家族6 生殖细胞核因子样物质；组A GCNF) (1)生殖细胞核因子(GCNF ；NR6A1)。亚家族0 各种组B :DAX/SHP(1)DAX1、剂量敏感 的性反转、肾上腺发育不全的关键区域，在染色体X、基因I(NROBl)上，(2)小异源二聚体配 偶体(SHP ；NR0B2)；组C 具有两个DNA结合域的核受体(2DBD-NR))。核受体在结构上是成模块的，并且包含以下结构域=(A-B)N端调节结构域包含 激活功能1 (AF-I)，其作用不依赖于配体的存在。AF-I的转录激活在正常情况下是非常弱， 但是它不会与AF-2 (参见以下)协同发挥作用以产生一种更为坚实的基因表达的上调。A-B 结构域在序列方面在不同的核受体之间是高度变化的。(C)DNA结合域(DBD)高度保守的， 并且包含两个锌指，它们与被称为激素应答元件(HRE)的DNA的特异性序列相结合。⑶ 绞链区柔性结构域，它们将DBD与LBD连接在一起并且影响了细胞内运输以及亚细胞分 布。(E)配体结合域(LBD)在序列方面适当保守的并且在结构方面在不同的核受体之间高 度保受的。LBD的结构被称为一种α螺旋夹心折叠，其中三个反平行的α螺旋(“夹心填 充”)的侧翼在一侧有两个α螺旋并且在另一侧有三个(“面包”)。这个配体结合腔是在 LBD的内部，并且正好在三个反平行的α螺旋夹心“填充”之下。与DBD—起，LBD为该受 体的二聚作用界面作出贡献，并且此外结合了共激活剂以及辅抑制物蛋白。这种配体结合 域包含活化功能2 (AF-2)，它的作用在正常情况下是取决于所结合的配体的存在。(F) C端 结构域在序列方面在不同的核受体之间可变化。提供一种光学传感器的核受体或它的一个结构域或片段被称为一种核生物标记 受体，并且如此固定的核受体的配体成为一种提及的生物标记并且被称为一种NR生物标 记。一个核受体片段是一种多肽，它表现出该天然核受体的多个结合功能中的至少一种。核受体命名法以及归类在以下给出Zhang Ζ, et al 〃 Genomic analysisof the nuclear receptor family :New insights into structure, regulation, andevolution from the rat genome " . Genome Res 2004,14(4) 580~90 ；NuclearReceptors Nomenclature Committee" A unified nomenclature system for thenuclear receptor
36superfamily" Cell 1999,97(2) :161_3。在一个实施方案中，一种雄激素(AR)或雌激素(Era或ERb)受体被固定到一种生 物聚合物材料上来提供一种光线传感器以便检测一种生物标记，该生物标记具有一个雄烯 二醇、雄烷或雌激素留醇细胞核。在另一个实施方案中，包括一个ARE或ERE或由其组成的 DNA序列被固定到一种生物聚合物材料上以便提供一种光学传感器来检测一种生物标记， 该生物标记包括了一种激活的雄激素或雌激素受体。酶类-如在此所使用的，“酶”是指一种多肽，它催化了一种分子的化学转化。由这 种酶如此转化的一种分子被称为一种酶底物，而防止这种酶底物转化的另一种分子被称为 一种酶抑制剂并且其本身还可以是一种酶底物(即，被反作用)。抑制一种酶的酶底物(通 过对这种酶的活性位点的一个氨基酸残基进行共价修饰)被称为一种自杀抑制剂。在一个 实施方案中，该生物标记受体是一种酶或它的一个片段，其中该酶片段包括这种酶的催化 结构域或由其组成。因此，该酶片段是一种多肽，它包括这种酶并且通过与这种完整的酶的 天然酶底物相结合来表现这种细胞受体的功能。该片段不需要催化这种酶底物的转化，除 非那种活性是在该酶片段所固定的一种生物聚合物的光学特性的变化所要求的。有待固定 来提供一种光学传感器的酶或它的片段被称为一种酶生物标记受体，并且如此固定的酶的 底物被称为一种酶生物标记。细胞受体以及细胞生物标记受体还包括酶类以及酶生物标记受体。酶类的例子 (通过说明但并非限制地)包括蛋白激酶类、蛋白磷酸酶类、蛋白酶类、水解酶类、酯酶类以 及胆碱酯酶类。在一个实施方案中，该生物标记受体是一种酶或它的片段，其中该酶或酶片段是 通过一种直接共价的、间接共价的或非共价的结合而固定到一种生物聚合物材料上以提供 一种光学传感器。这种有待固定的酶或酶片段被称为一种酶生物标记受体。如此固定的这 种酶的一种配体或底物被称为一种酶生物标记。在另一个实施方案中，该酶生物标记是一 种酶底物或酶抑制剂。在又一个实施方案中，已经由一种自杀抑制剂修饰的酶成为了针对 一种生物标记受体的生物标记。在一个实施方案中，这种固定的酶是一种蛋白激酶或一种蛋白磷酸酶。将一个磷 酸基团加入到一个多肽中的酶(这种多肽可以是在这种酶(自动催化)中的一种多肽或一 种不同的多肽，并且提供了一种磷酸肽)被称为一种蛋白激酶。将一种多肽上的一个磷酸 基团去除的酶被称为蛋白磷酸酶。有待固定到一种生物聚合物材料上以提供一种光学传感 器的蛋白激酶或蛋白磷酸酶被称为一种蛋白激酶或磷酸酶生物标记受体。在一个实施方案 中，一种生物标记是一种磷酸肽。在另一个实施方案中，一种磷酸肽被固定到一种生物聚合 物材料上以提供一种光学传感器。如此固定的这种磷酸肽现在是一种生物标记受体，并且 被称为一种磷酸肽生物标记受体。有时，一种生物标记受体包括一种结合域或由其组成，该结合域来自一种蛋白激 酶或一种蛋白磷酸酶。在一个实施方案中，该结合域衍生自一种酪氨酸受体激酶或一种丝 氨酸、苏氨酸或酪氨酸的细胞内激酶。来自蛋白激酶的结合域的例子包括SRC-同源区2和 3结构域(SH2和SH3结构域)、普列克底物蛋白(Pleckstrin)同源性结构域(PH结构域)、 Dbl同源性结构域(DH结构域)、通用接入结构域(CD结构域)域以及RAS结合域(RBD)。 通过举例但并非限制，一种生物标记是(1) 一种含有磷酸酪氨酸的配体，该配体与一种生
37物标记受体(包括了一种SH2结构域)相互作用，(2) —种含有聚脯氨酸(PP)的配体，该 配体与一种生物标记受体(包括了一种SH3结构域)相互作用，(3) 一种含有磷脂的配体， 该配体与一种生物标记(包括了一种PH结构域)相互作用，或(4)含有来自RAS的一个氨 基酸区域的一种配体，该配体与一种生物标记受体(包括了一种RBD)相互作用，其中该相 互作用引起了这种SH2、SH3、PH结构域或RAS区域固定到的一种生物聚合物材料中的一种 可检测的光学变化。在一个实施方案中，一种生物标记受体是一种多肽，该多肽被固定到一种生物聚 合物上，其中该多肽是针对一种蛋白激酶的底物。通过这种激酶将一个磷酸基团加到这种 固定的多肽中提供了一种固定的磷酸肽，并且产生了该生物聚合物材料的一种可检测的光 学特性方面的变化。在另一个实施方案中，一种磷酸肽所固定到的一种生物聚合物材料的 一种光学特性的可检测的变化在来自另一种多肽的一个SH2结构域与这种固定的磷酸肽 相互作用之后发生。蛋白激酶包括蛋白-丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶、蛋白酪氨酸特异性激酶以 及双特异性激酶。其他蛋白激酶包括蛋白_半胱氨酸特异性激酶、蛋白_组氨酸特异性激 酶、蛋白-赖氨酸特异性激酶、蛋白_门冬氨酸特异性激酶以及蛋白-谷氨酸特异性激酶。通过举例但并非限制，蛋白激酶或它们的结合域包括AFK、Akt、AMP-PK、Aurora激 酶、β -ARK、Abl、ATM、Auro 激酶、ATR、CAK, Cam-II, Cam-Ill、CCD、Cdc2、Cdc28_d印、CDK, Fit、Fms、Hck、CKI、CKII、Met、DnaK, DNA-PK, Ds-DNA、EGF-R、ERA、ERK, ERT, FAK, FES、FGR、 FGF-R、Fyn、Gag-fps、GRK、GRK2、GRK5、GSK、H4-PK-1、IGF-R、IKK、INS-R、JAK,KDR、Kit、Lck、 MAPK、MAPKKK、MAPKAP2、MEK、MEK、MFPK、MHCK、MLCK、pl35tyk2、p37、p38、p70S6、p74Raf-l、 PDGF-R、PD、PhK、PI3K、PKA, PKC, PKG, Raf、PhK、RS、SAPK, Src、Tie_2、m_T0R、TrkA, VEGF-R、 YES、或 ZAP-70。在具体的实施方案中，该激酶是 Akt、Abl、CAK、Cdc2、Fms、Met、EGF-R、ERKl、 ERK2、FAK、Fyn、IGF-R、Lck、p70S6、PDGF-R、PI3K、PKA, PKC, Raf、Src、Tie-2 或 VEGF-R。蛋白激酶底物包括但不限于针对以下蛋白激酶的底物，例如Akt、Abl、CAK、Cdc2、 Fms、Met、EGF-R、ERKl、ERK2、FAK、Fyn、IGF-R、Lck、p70S6、PDGF-R、PI3K、PKA、PKC、Raf、Src、 Tie-2以及VEGF-R。在一个实施方案中，包括一种多肽激酶底物的多肽被固定到一种生物 聚合物材料上以提供一种光学生物传感器，并且因此该多肽成为一种生物标记受体。蛋白 激酶、蛋白激酶结合域以及对其进行编码的核苷酸序列的信息见于蛋白激酶资源(位于 "http://www. kinasenet. com，，并且由 theUniversity of California 维护)、KinBase (位 于"http://www· kinase, com 并且由 the Salk Institute 维护)或者通过 ffoodgett, Ed. in "Protein Kinases”， IRL Press，1994。抗体如在此所使用的，“抗体”是指Y型的蛋白，这些蛋白出于通过使用一种生物标 记作为一种抗原来制备一种生物标记受体的目的，有时是通过一种哺乳动物的免疫系统来 产生的。如此生产的一种抗体的基本功能单元是一种免疫球蛋白(Ig)单体，该单体包括了 两条相同的重链以及两条相同的轻链，它们通过二硫键而连接。抗体额外地包括了连接到 这些抗体氨基酸残基中的一些残基上的碳水化合物。存在着五种类型的哺乳动物Ig重链，它们定义了抗体同种型并且用希腊字母α、 δ、ε、γ和μ表示并且对应地在IgA、IgD、IgE、IgG以及IgM抗体中发现。在人类和小 鼠中，存在着一种四个Y-重链亚的型，在人类为h、Y2a> Y2b> Y3，并且h、Y2、 y3、 Y4。这些α和Y重链含有大约450个氨基酸，而μ和ε具有约550个氨基酸。在人类中，存 在着两种α _亚型α工和α 2。由这些重链亚型所定义的这四种IgG同种型提供了大多数 的基于抗体的免疫性。IgG在B细胞的表面上并且以一种分泌的形式表达，并且具有针对产 生这种免疫反应的抗原的最高亲和力。IgM在存在着足够的IgG之前存在于B细胞介导的 免疫性的早期。每条重链和轻链是由含有约70-110个氨基酸的结构域形成的，并且被分成两个 不同的类别可变结构域(IgV)和恒定结构域(IgC)。恒定结构域(IgC)在相同的同种型 的所有抗体中是一致的，但是在不同的同种型的抗体中存在差异。Ig结构域具有一个免疫 球蛋白折叠特征，其中两个β片通过在多个保守的半胱氨酸之间形成的结构域内的二硫 键以及与多个带电的氨基酸的相互作用一起产生了“夹心”形状。重链Υ、α和δ具有一 个恒定区，该恒定区是由三个串联的Ig结构域(一个可变(Vh)结构域之后跟随一个恒定结 构域(CHl)、一个铰链区)、以及另外两个恒定(CH2和CH3)结构域形成的，而重链μ和ε 具有一个恒定区，该恒定区是由四个免疫球蛋白结构域形成。在哺乳动物中，仅存在着两种 类型的配体链，莱姆达(λ)以及卡巴(κ)。一条轻链具有两个串联的结构域，一个恒定结 构域以及一个可变结构域(VJ。一条轻链的近似长度是211个至217个氨基酸。每种抗体 包含两条相同的轻链，并且在哺乳动物中仅有一种类型的轻链(κ或λ)在一种给定的抗 体中存在。抗体结构可以进一步根据从一个具体的蛋白酶酶解所产生的片段进行分类。胃蛋 白酶酶解在作为该重链内的二硫连接的C-端的绞链区中将该抗体切割以形成一种F(ab’) 片段，该片段包含两个共价连接的F(ab’)片段。木瓜蛋白酶酶解在作为该重链内的二硫连 接的N-端的绞链区中将该抗体切割以产生两个相同的Fab片段以及一个Fc片段。Fab (片 段，抗原结合)包含结合抗原(互补位)的位点，并且是由来自该抗体的每条重链和轻链的 一个恒定结构以及一个可变结构域形成的。该互补位(抗原结合位点)位于该Fab片段的 氨基末端，并且由来自重链和轻链的可变结构域成形。Fc(片段，可结晶的)区域在调整免 疫细胞活性中发挥作用，并且是由两条重链形成的，这些重链产生了两个或三个恒定结构 域，这取决于该抗体的类别。通过将特异性蛋白与Fc域相结合确保了每种抗体产生了针对 一种给定抗原的一个适当免疫反应。Fc域还结合了不同的细胞受体，例如Fc受体，以及其 他免疫分子，例如补体蛋白，并且通过这样做介导了不同的生理作用，包括调理作用、细胞 溶解以及肥大细胞、嗜碱性细胞以及嗜酸性细胞的脱粒作用。一个B细胞的抗体同种型在该细胞发育和活化的过程中发生变化。未成熟的B细 胞(它从来没有被暴露到一种抗原)被称为幼稚B细胞，并且仅以一种细胞表面结合的形 式表达这种IgM同种型。B细胞开始表达这两种IgM和IgD (当它们成熟时)，并且这些免 疫球蛋白同种型中这二者的共同表达使B细胞“成熟”并且很容易响应于抗原。B细胞活化 遵循着这种细胞结合的抗体分子(被称为B细胞受体(BCR))与一种抗原的接合，从而引起 该细胞分成并且分化为一种产生抗体的细胞(被称为浆细胞)。在这种激活形式中，B细胞 开始以一种分泌的形式而不是膜结合的形式来产生抗体。这些激活的B细胞的一些子细胞 (daughter cell)经历了同种型转换，一种引起产生抗体以便将IgM或IgD变为其他抗体同 种型(IgE、IgA或IgG)的机理。抗体在体内通过一组基因区段的随机组合(被称为体细胞突变，它编码了不同的
39抗原结合位点(或互补位))、之后跟随在该抗体基因的这个区域中的随机突变(它产生另 外的多样性)而产生。免疫球蛋白的体细胞重组(也被称为V(D)J重组)涉及一个独特的 免疫球蛋白变量区域的产生。每个免疫球蛋白重链或轻链的可变区分为若干片(被称为基 因区段)进行编码。这些区段被称为可变(V)、差异⑶以及连接(J)区段。V、D和J区 段在Ig重链中发现，但是仅有V和J区段在Ig轻链中发现。V、D和J基因区段的多个拷 贝存在，并且在哺乳动物的基因组中是串联安排的。在骨髓中，每个发育的B细胞将通过随 机选择并且将一个V、一个D以及一个J基因区段(或在该轻链中一个V以及一个J片段) 结合而组装一个免疫球蛋白可变区。因为存在着每个类型的基因区段的多个拷贝，并且基 因区段的不可组合可以用来产生每个免疫球蛋白可变区，这个过程产生了相当大数目的抗 体，每个抗体均具有不同的互补位以及由此的不同抗原特异性。抗体基因还在一种被称为 类别转换的方法中再次识别，这种类别转换将该重链的碱基变成另一个，从而产生了该抗 体的一个不同的同种型，它保留了这个抗原特异性可变区。类别转换在该重链基因基因座中通过一种被称为类别转换重组(CSR)的机制来 发生。该机制依靠保受的核苷酸基序(被称为转变(S)区，在每个恒定区基因(δ-链除 外)的DNA上游发现)。该DNA链是通过一系列酶在两个经选择的S-区的活性而断裂的。 这个可变结构域外显子是通过一种被称为非同源基连接(NHEJ)的方法再次连接到所希望 的恒定域(Υ、α或O。这种方法产生了一种免疫球蛋白基因，该基因编码了一种不同的 同种型的抗体。在一个实施方案中，该生物标记受体是一种抗体或抗体片段，其中该抗体或它的 片段识别(即，结合了)一种抗原或生物标记。有待固定到一种生物聚合物材料上来提供 一种光学传感器的抗体或抗体片段被称为一种抗体生物标记受体。由该抗体或它的一个片 段所识别的生物标记被称为一种抗体生物标记。有时，该生物标记是一种抗原。在一个实 施方案中，一种抗体生物标记受体识别了在一种哺乳动物中由于一种疾病状态所产生的分 子，或者它是在该哺乳动物中在该疾病状态的确立或发展过程中所产生的。在另一个实施 方案中，该抗体生物标记受体检测了一种分子，该分子由一种哺乳动物所接收的化学或生 物损伤所产生。在一个实施方案中，所识别的分子是一种肽，这种肽已经通过一种化学或生 物试剂进行修饰，该试剂是或怀疑是对该化学或生物损伤负责的。在另一个实施方案中，所 识别的分子是在一种哺乳动物之内(即，体内)的一种多肽，该多肽已经通过一种协同的化 合物、生物试剂或一种环境毒素的作用进行修饰。在又另一个实施方案中，一种抗体生物标 记受体识别了一种多肽，这种多肽位于一种哺乳动物的身体外部(即，体外)，其中这种多 肽与一种多肽相同或不同，该多肽是或被怀疑是通过将一种哺乳动物暴露于一种化学或生 物试剂中来进行修饰的并且充当一种用于暴露于所述试剂的替代物(即，作为一个模型)。 通过举例但并非限制，在以上所说明的每个实施方案中这种协同的化合物包括一种有机磷 酸酯化合物，例如一种杀虫剂或神经毒气试剂。如在此使用的，“高可变结构域”是指互补决定区(⑶R)，并且是指这种免疫球蛋 白分子的区域，它们包含在这种抗体结合位点中所涉及的残基中的大多数。这些CDR包含 一种抗体的高可变环，这些环位于Vh和\结构域。在Vh中这三种可变环被称为HI、H2、 以及H3，而在\中的那些是Li、L2、以及L3。用于对一种抗体中的⑶R进行定位的操作在 以下给出Epitome :database of structure inferred antigenic epitopes"Nuc 1. Acid
如在此所使用的，“抗体片段”是指一种免疫球蛋白的片段，它包括一种完整抗体 的一个或多个可变结构域，这样该片段能够识别该完整抗体所能识别的同一抗原。抗体片 段包括(通过举例但并非限制汗油1(油，)21油，1^以及scFv免疫球蛋白片段，它们在 随后的段落中进行进一步说明。因此，术语“抗体片段”涵盖了以上提及的免疫球蛋白片段 以及具有一个高可变结构域的其他片段。术语“抗体”还涵盖了术语“抗体片段”，除非清楚 地指示或通过上下文指示。包括一个抗体片段的不同的可变结构域可以在相同的或不同的多肽链上，这些链 衍生自这种完整抗体的重链或轻链。这些不同的多肽链可以由二硫键共价地连接或全部通 过非共价的相互作用结合在一起。因此，一个抗体片段包括Fab和F(ab’)2免疫球蛋白片 段，它们衍生自一种抗体的蛋白酶酶解。F(ab’)2可以在温和的条件下被还原以破坏绞链 区的二硫键，由此将这种(Fab' )2 二聚体转化成一种Fab'单体。这种Fab'单体实质上 是一种Fab，它含有该铰链区的一部分。尽管就一种完整抗体的酶解而言对于不同的抗体片 段进行了定义，本领域的普通技术人员会理解此类片段可以被从头合成，或者通过化学方 法或通过利用重组DNA方法。抗体片段还包括Fv片段，这些片段仅包含可变的轻结构域以及可变的重(Vh) 结构域，并且是与含有该可变结构域以及该恒定结构域的一部分的Fab片段相反的。抗体 片段还包括单链抗体，例如单链Fv抗体(scFv)，其中一条可变的重链与一条可变的轻链结 合在一起(直接地或通过一种肽连接物)以形成一种连续多肽。这种单链Fv抗体是一种共 价连接的异源二聚体，该异源二聚体可以由一种核酸进行表达，该核酸包括直接连接 或通过一种肽编码的连接物而连接WVh-和Vf编码序列，如在Huston，et al. (1988) Proc. Nat. Acad. Sci. USA，85 =5879-5883中所说明。尽管这种Vh和Vl彼此相连作为一条单一的 多肽链，Vh和\结构域是非共价地关联的。有待在丝状噬菌体的表面上表达的这种第一功 能抗体分子是单链Fv' S(ScFv),然而可替代的表达策略也已经是成功的。例如，Fab分子 可以展示在噬菌体上，如果这些链(重或轻)中之一与g3衣壳蛋白以及作为一种可溶分子 输出到该外周胞质的互补链相融合。这两条链可以在相同或不同的复制子上进行编码；关 键点是在每个Fab分子的翻译后组装中的两条抗体链，并且该二聚物是经由这些链之一的 连接到(例如g3p)而掺入到该噬菌体颗粒上(参见例如，美国专利号5，733，743)。将自然 聚集的、但却是化学分离的轻多肽链和重多肽链从一个抗体V区转化成折叠为一种三维结 构、基本上与一种抗原结合位点的结构相类似的一种分子的scFv抗体以及多种其他结构 对于本领域的普通技术人员而言是已知的(参见例如，美国专利号5，091，513,5, 132，405、 以及 4，956，778)。该抗体或抗体片段可以是动物起源的，例如通过举例但并不限于小鼠或大鼠或 人类起源，或者可以是嵌合的(参见，例如Morrison et al. , 1984, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 81,6851-6855)或人源化的(参见，例如 Jones et al.，1986，Nature 321,522-525)。 用于生产适合在本发明中使用的抗体的方法对于本领域的普通技术人员而言是熟知的， 并且可以发现在诸如 Harlow&Lane, Antibodies :A Laboratory Manual, Cold Spring HarborLaboratory, 1988的公开物中进行了说明。对这些抗体链进行编码的基因可以在 cDNA中或以基因组的形式通过本领域的普通技术人员所已知的任何克隆操作进行克隆
41(参见，例如 Maniatis et al. , Molecular Cloning :ALaboratory Manual, Cold Spring Harbor laboratory,1982))。特异性抗体是通过将一种抗原注射到一种哺乳动物(例如，对于较小量的抗体 是小鼠、大鼠或兔，或者对于较大量的抗体是山羊、绵羊，或马)中进行生产的。从这些动 物中分离出的血液包含多克隆抗体，它们是在血清中结合了同一抗原的多种抗体的集合 (被称为抗血清)。抗原还被注射到鸡中用于在蛋黄中产生多克隆抗体(参见Tini M, et al. (2002). “ Generation and application of chicken egg-yolk antibodies" . Comp. Biochem. Physiol. , Part A Mol. Integr. Physiol. 131 (3) :569_74)。为了获得对一种抗原 的一个单一表位特异性的抗体，将分泌抗体的淋巴细胞从这种动物中分离出并且通过将它 们与一种癌细胞系进行融合而使其永生。这些融合的细胞被称为杂交瘤，并且将在培养中 持续生长并分泌抗体。单个的杂交瘤细胞是通过稀释克隆来进行分离以产生细胞克隆，这 些克隆都产生了相同的抗体；这些抗体被称为单克隆抗体。用于制备抗体的操作在“实例” ΦT^odj :H￡irlow&L￡me(1988)， Antibodies :A LaboratoryManual, Cold Spring Harbor Laboratory, Chapters 6-8, pp 139-318andGolding, Monoclonal Antibodies Principles and Practice,2ed. , (1986)Academic Press。如在此所使用的，“有机磷酸酯化合物”是指一种分子，该分子具有带有一个四面 体、五价磷原子的一个结构，该结构与四个取代基相连接，在这些取代基中一个是=O或 =S，一个是一个离去基团(Z)，并且其中的两个是基团X和Y，并且有时在排版时被写成 XYP (O)Z或XYP(S)Z,其中这些括号表示针对氧或硫的一个π键。典型地，X和Y独立地是 烷氧基、烷基硫代酯、胺、以及类似物。经常，X和Y独立地是甲氧基或乙氧基，并且Z =苯氧 基、取代的苯氧基或另一个良好的离去基团。有时，X和Y中的一个可以是一种有机部分，该 部分具有一个直接连接到该磷原子上的碳原子，并且另一个X和Y中是如以上所定义。当 一种多肽与一种有机磷酸酯化合物或它的一种代谢产物相互作用时，取代基Z被一个基于 氧或基于氮的部分替换以提供一种有机磷酸酯生物标记，该部分对应地衍生自该蛋白或多 肽的一个羟基或一个氨基基团。有机磷酸酯化合物(0Ρ-化合物)包括有机磷酰基杀虫剂(0Ρ-杀虫剂)、反应性 有机磷酰基化合物以及高反应性有机磷酰基化合物。典型地，一种OP杀虫剂包含一个P =S部分(即，具有结构XYP(S)Ζ)，该部分提供了水解的以及环境的稳定性、一个较高的 IogP (更具亲脂性，以便穿透昆虫的外骨骼)，具有对于丝氨酸水解酶的低反应性(例如，无 毒的)，以及优越的存储、分散以及喷洒的特性。一种具有XYP(O)Z这一结构的反应性有机 磷酰基化合物不要求代谢加工以便有效地产生一种生物标记(形成了带有一种蛋白或多 肽的一种共价加合物，而不要求预先的代谢激活)。包含一个P = S取代基(即，一种有机 磷酰基杀虫剂)的一种OP-杀虫剂在该有机磷酰基杀虫剂代谢激活成一种反应性有机磷酰 基化合物(通常称为该杀虫剂的磷氧化物(P = 0)形式)之后更容易与一种多肽进行反应。 在昆虫中，正如在人类中，这种P = S形式被氧化成P = 0，但是这种代谢转化在昆虫中是 显著地更快的。正是这种磷氧化物形式主要负责一种杀虫剂作为乙酰胆碱酯酶(AChE)以 及其他丝氨酸水解酶的一种自杀抑制剂的活性。在由化学式XYP(S)Z所代表的杀虫剂中，X 和Y经常独立地是C1-6烷氧基基团，例如MeO-或Eto-。因此，当一种有机硫代磷酰基杀虫 剂被代谢激活时，如此产生的磷氧化物形式与一种丝氨酸水解酶(例如，一种乙酰胆碱酯
42酶(AChE))相互作用，产生了一种共价加合物或生物标记，由此将一个含磷部分(例如像， 一个(MeO) (MeO)P = 0或(EtO) (EtO)P = 0)沉积到该水解酶的活性位点中的催化性丝氨 酸上。因此，除非另有清楚地说明或通过上下文说明，术语有机磷酸酯化合物将包括有机硫 代磷酰基化合物以及它们的代谢产物。其他生物标记也可以通过一种有机硫代磷酰基化合 物的磷氧化物形式与其他蛋白或多肽的相互作用来产生。仍有其他生物标记是由于一种初 始形成的生物标记的随后的水解和_或氧化作用而形成的。有机磷酰基杀虫剂类分成不同的类别和子类别，包括有机磷酸酯杀虫剂类、有机 硫代磷酸酯杀虫剂类、脂肪族硫代磷酸酯杀虫剂类、脂肪族胺硫代磷酸酯杀虫剂类、肟硫代 磷酸酯杀虫剂类、杂环的硫代磷酸酯杀虫剂类(它们包括苯并噻喃、苯并三嗪、异吲哚、异 噁唑、吡唑并嘧啶、嘧啶、喹喔啉、噻二唑、以及三唑硫代磷酸酯杀虫剂)、苯基硫代磷酸酯杀 虫剂类、膦酸酯杀虫剂类、硫代磷酸酯杀虫剂类(例如，苯基乙基硫代磷酸酯以及苯基苯基 硫代磷酸酯杀虫剂类)、氨基磷酸酯杀虫剂类、氨基硫代磷酸酯杀虫剂类以及磷二酰胺杀虫 剂类。有机磷酰基杀虫剂的具体例子通过说明但并非限制地在表1中给出。“一种有机磷酰基化合物的代谢产物”、“一种有机磷酰基杀虫剂的代谢产物”以及 类似术语是指一种有机磷酰基化合物或杀虫剂，它们在体内已经进行了生物化学地转化， 这样使得其中所包含的P = S部分被转化成一个P = O部分，它们在体内已经通过氧化作 用进行了生物化学转化，这样使得其中所包含的一个磷原子的氧化态已经改变+1或+2，或 者在体内已经通过水解作用同时地或酶促地进行转化，这样使得一个-SRpk或一个-ORpk取 代包含在其中的一个磷原子被一个-OH基团或它的一种盐替换。“有机磷酰基化合物杂质”、“有机磷酰基杀虫剂杂质”或类似术语是指在这种有机 磷酰基化合物或杀虫剂以及由其衍生的物质中的杂质，其中在其中所包含的P = S部分被P =0替换，或者其中在其中所包含的磷原子的氧化态由于空气氧化已经通过掺入一个氧原 子而改变+1或+2、或经历了水解，这样使得一个-SRpk或一个-ORpk取代包含在其中的一个 磷原子被一个-OH基团或它的一种盐替换。表1
通用名IUPAC或CAS名称结构类别/子类别溴苯烯磷(EZ)-2-溴-1-(2,4- 二氯苯基)乙烯基二乙基磷酸酯有机磷酸酯氯芬磷(EZ)-2-氯-1-(2,4-二氯苯基)乙烯基二乙基磷酸酯有机磷酸酯丁烯磷(RS)-I-苯基乙基3-( 二甲氧基膦酰基氧基)异巴豆酸酯有机磷酸酯敌敌畏2，2-二氯乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯百治磷(E)-2-二甲基氨基甲酰基-1-甲基乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯甲基毒虫畏(Z) -2-氯-1-(2,4-二氯苯基)乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯福司吡酯二甲基3，5，6-三氯-2-吡啶基磷酸酯有机磷酸酯
43庚烯磷7-氯二环[3. 2. 0]庚-2，6- 二烯-6-基二甲基磷酸酯有机磷酸酯杀虫乙烯磷(E)-2-(N-甲氧基-N-甲基氨基甲酰基)-1-甲基乙烯基二甲基磷 酸酯有机磷酸酯速灭磷(EZ)-2-甲氧基羰基-1-甲基乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯久效磷二甲基(E)-I-甲基-2-(甲基氨基甲酰基)乙烯基磷酸酯有机磷酸酯二溴磷(RS)-I, 2- 二溴-2,2- 二氯乙基二甲基磷酸酯有机磷酸酯萘肽磷二乙基萘基亚胺基氧基膦酸酯有机磷酸酯对氧磷二乙基4-硝基苯基磷酸酯有机磷酸酯磷胺(EZ)-2-氯-2- 二乙基氨基甲酰基-1-甲基乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯丙虫磷4-(甲基硫)苯基二丙基磷酸酯有机磷酸酯TEPP四乙基焦磷酸酯有机磷酸酯司替罗磷(Z)-2-氯-l-(2，4，5-三氯苯基)乙烯基二甲基磷酸酯有机磷酸酯蔬果磷(RS)-2-甲氧基-4Η-1，3，2λ5-苯并二氧杂磷 (benzodioxaphosphinine) 2- 硫化物有机硫代磷酸酯表1(续)
4权利要求
一种光学传感器，包括一种生物聚合物材料以及多种抗体，其中该生物聚合物材料是PDA生物聚合物材料。
2.如权利要求1所述的光学传感器，其中该生物聚合物材料是一种薄膜。
3.如权利要求1所述的光学传感器，其中该抗体是一种单克隆抗体。
4.如权利要求1所述的光学传感器，其中该抗体是一种单克隆抗体。
5.如权利要求4所述的光学传感器，其中这些抗体特异性地结合了一种多肽，该多肽 包括 SEQ ID 2、SEQ ID3、SEQ ID 4、SEQ ID5、SEQID 6、SEQ ID 7、SEQ ID 8、SEQ ID 9、SEQ ID 10,SEQ ID IUSEQ ID12、或SED ID 13以及一个磷连接部分，其中该磷连接部分是连接 到该多肽的内部丝氨酸残基的氧原子上的。
6.如权利要求5所述的光学传感器，其中该磷连接部分是衍生自表1或表2中的一种 有机磷酸酯化合物。
7.如权利要求5所述的光学传感器，其中该磷连接部分是衍生自一种有机磷酸酯化合 物、或一种有机磷酰基化合物，它具有la、lb或2的结构。
8.如权利要求5所述的光学传感器，其中这些抗体特异性地结合了一种具有以下结构 的抗原
9.如权利要求8所述的光学传感器，其中X是_0Η、(ν6烃基或Cp6烷氧基并且Y是C^6 烷氧基或-N(Rpk) 2，其中这些Rpk独立地是-H或CV6烃基。
10.一种单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，它特异性地结合了一种多肽，该多 月太包括 SEQ ID 2、SEQ ID 3、SEQ ID 4、SEQ ID 5、SEQ ID 6、SEQ ID 7、SEQ ID 8、SEQ ID 9、SEQ ID 10、SEQ ID 11、SEQ ID 12、或SED ID 13以及连接到该多肽的内部丝氨酸残基 的氧原子上的一个磷连接部分，其中该磷连接部分是连接到该多肽的内部丝氨酸残基的氧 原子上的。
11.如权利要求10所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，其中该磷连接部 分是衍生自表1或表2中的一种有机磷酸酯化合物。
12.如权利要求10所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，其中该磷连接部 分是衍生自一种有机磷酸酯化合物、或一种有机磷酰基化合物，它具有la、lb或2的结构。
13.如权利要求10所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，它特异性地结合 了一种具有以下结构的抗原
14.如权利要求13所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，其中A是-0-，W是 0，X是-OH、C1^6烃基、或Cp6烷氧基，并且Y是Cp6烷氧基或CV6烃基。
15.如权利要求10所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，它特异性地结合 了一种具有以下结构的抗原
16.如权利要求15所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，其中W是0;X 是-OH、C1^6烃基、或。烷氧基，并且Y是CV6烷氧基或-N(Rpk)2，其中这些Rpk独立地是-H 或Cp6烃基。
17.如权利要求10所述的单克隆抗体、多克隆抗体或它的一个片段，它特异性地结合 了一种具有以下结构的抗原
18.一种多肽，包括 SEQ ID 2、SEQ ID 3、SEQ ID 4、SEQ ID 5、SEQID 6、SEQ ID 7、SEQ ID 8,SEQ ID 9,SEQ ID 10,SEQ ID IUSEQ ID12、或 SED ID 13 以及连接到该多肽的内部 丝氨酸残基的氧原子上的一个磷连接部分，其中该磷连接部分是连接到该多肽的内部丝氨 酸残基的氧原子上的。
19.如权利要求18所述的多肽，其中该磷连接部分是衍生自表1或表2中的一种有机 磷酸酯化合物。
20.如权利要求18所述的多肽，其中该磷连接部分是衍生自一种有机磷酸酯化合物、 或一种有机磷酰基化合物，它具有la、lb或2的结构。
21.如权利要求18所述的多肽，具有以下结构
22.如权利要求21所述的多肽，其中A是-O-或-CH2-；W是O ;X是_0Η、(ν6烃基或C1^烷氧基；Y是。烷氧基或-N(Rpk) 2，其中这些Rpk独立地是-H或C^6烃基。
23.一种光学传感器模块，包括一种生物聚合物支持体以及如权利要求1-9中任一项 所述的一种光学传感器，该光学传感器通过非共价结合被固定到该支持体上。
24.一种机器可寻址的光学传感器模块的阵列，该阵列包括如权利要求1-9中任一项 所述的相同或不同的光学传感器以及相同或不同的生物聚合物支持体，其中这些光学传感 器模块通过非共价的连接被固定到它们的生物聚合物支持体上。
25.如权利要求14所述的机器可寻址的阵列，其中这些生物聚合物支持体是由一种单 一的微量滴定板的孔形成的。
全文摘要
在此提供了生产用于检测哺乳动物暴露于有机磷酸酯化合物的生物标记指示的方法、组合物以及物品。这种有机磷酸酯化合物包括杀虫剂类、它们的代谢产物、以及高反应性有机磷酰基化合物。在本发明的一个方面中，这种生物标记产生于该有机磷酸酯化合物与一种多肽(例如，一种包括乙酰胆碱酯酶的丝氨酸水解酶)的相互作用。一种如此衍生的生物标记与一种光学传感器(包括与一种生物聚合物相结合的受体)的相互作用产生了一个光学读出，它报告了该生物标记的存在。在本发明的一个方面中，结合到一种生物聚合物(例如，一种聚二乙炔聚合物)上的受体是一种选择性地识别该生物标记的抗体。
文档编号G01N30/74GK101939339SQ200880123835
公开日2011年1月5日 申请日期2008年5月15日 优先权日2007年11月14日
发明者容·O·纳基, 查尔斯·M·汤普森 申请人:阿特瑞斯技术有限公司;查尔斯·M·汤普森;容·O·纳基