用于确定分析物的纳米传感器方法和装置制造方法及图纸

技术编号:24334946 阅读:59 留言:0更新日期:2020-05-29 21:51
本发明专利技术一般而言涉及用于例如经由表面等离子共振、电共振、磁共振、颜色变化等确定分子和其它特征的纳米传感器。这些物品和方法可以例如被用于样品检测。在本发明专利技术的一些方面中描述的物品包括微孔阵列和纳米传感器阵列。纳米传感器阵列可以利用定位在纳米结构上的能够与被怀疑包含分析物的样品(诸如单个细胞)相互作用的纳米颗粒。纳米颗粒与样品之间的相互作用可以通过施加的能量的变化来检测,诸如由于入射可见光的表面等离子共振和/或其它类型的共振引起的更改的电磁辐射。电磁辐射可以被施加到微孔阵列和纳米传感器,并且当纳米传感器与被怀疑包含分析物的样品相互作用时,施加的电磁辐射可以被更改。

Nano sensor method and device for determination of analyte

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定分析物的纳米传感器方法和装置相关申请本申请要求Quan等人于2017年9月8日提交的名称为“NanosensorMethodsandApparatusesforDeterminationofAnalytes”的美国临时专利申请序列No.62/556,186的权益,该美国临时专利申请通过引用整体并入本文。
在一些方面,本专利技术一般而言涉及与用于例如经由表面等离子共振、颜色变化等确定分子和其它特征的纳米传感器有关的物品和方法。
技术介绍
免疫测定(Immunoassay)已被广泛用于疾病诊断。由于大量测量得自荧光标记分子或酶促反应的荧光或比色信号,常规免疫测定(例如,酶联免疫吸附测定、蛋白质印迹法(westernblot))具有通常在100pg/ml及以上的有限检测灵敏度。此外,当前的免疫测定只能在大量细胞上执行。现有的单细胞技术包括流式细胞术,其受到抗体的选择的限制,因为典型的流式细胞术方法仅与10%的可用抗体兼容。当前可用的技术都不能够以高度复用的形式在单细胞水平检测细胞内分子。因此,需要针对疾病预后和药物开发改善检测极限。
技术实现思路
在一些方面,本专利技术一般而言涉及与用于例如经由表面等离子共振、电偶极共振或磁偶极共振、颜色变化等确定分子和其它特征的纳米传感器有关的物品和方法。在一些情况下,本专利技术的主题涉及相互关联的产品、针对特定问题的替代解决方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。在一方面,本专利技术一般而言涉及一种物品。在一组实施例中,物品包括微孔阵列(microwellarray),该微孔阵列包括孔(well),该孔包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与入射光相互作用。根据另一组实施例,物品包括:微孔阵列,该微孔阵列包括孔;以及纳米传感器阵列,该纳米传感器阵列包括远侧定位在被包含在孔内的纳米结构的端部上的纳米颗粒,其中纳米颗粒的尺寸被调整为经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与入射可见光相互作用,以更改入射可见光。在另一方面,本专利技术一般而言涉及一种方法。在另一组实施例中,描述了组装物品的方法。该方法包括相对于包括纳米结构阵列的第二基底固定包括微孔阵列的第一基底,该微孔阵列包括孔,使得纳米结构被定位在孔内,纳米结构中的至少一些包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒。在一组实施例中,该方法包括:向远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒施加电磁辐射,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与电磁辐射相互作用以更改电磁辐射;以及确定更改的电磁辐射。根据另一组实施例,该方法包括将细胞定位在微孔阵列的孔内,其中孔还包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒和至少部分地涂覆在纳米颗粒上的反应实体。在另一组实施例中,该方法还包括:在孔内裂解细胞以释放被怀疑能够结合反应实体的分析物;以及向纳米颗粒施加电磁辐射,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与电磁辐射相互作用以更改电磁辐射;以及确定更改的电磁辐射以确定分析物。又一组实施例涉及一种方法,该方法包括:获取基底上的纳米结构的阵列的第一光学图像,其中纳米结构具有小于700nm的与获取第一光学图像的方向正交的截面维度(dimension),并且其中纳米结构被至少部分地涂覆有反应实体。在另一组实施例中,该方法还包括:引起反应实体和分析物之间的相互作用;获取纳米结构的阵列的第二光学彩色图像;以及确定第一光学图像和第二光学图像之间的颜色变化,其中颜色变化是由反应实体和分析物之间的相互作用引起的。在一组实施例中,该方法包括:将样品定位在微孔阵列的孔中,其中孔还包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒;以及向纳米颗粒施加电磁辐射,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与电磁辐射相互作用以更改电磁辐射;以及确定更改的电磁辐射。另一组实施例是一种方法,该方法包括将被怀疑包含分析物的样品添加到微孔阵列的孔,其中孔还包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒,纳米颗粒被至少部分地涂覆有反应实体。在另一组实施例中,该方法包括向纳米颗粒施加电磁辐射,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与入射光相互作用以更改电磁辐射;以及确定更改的电磁辐射以确定反应实体与分析物的相互作用。在另一组实施例中,一种方法包括将被怀疑包含分析物的溶液暴露于远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒,其中纳米结构还包括能够与分析物相互作用的反应实体;向纳米颗粒施加电磁辐射,其中纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与电磁辐射相互作用以更改电磁辐射;以及确定更改的电磁辐射。根据另一组实施例,该方法包括:获取基底上的纳米结构的阵列的第一光学彩色图像和第二光学彩色图像,其中纳米结构具有400nm和700nm之间的截面维度;以及确定第一光学彩色图像和第二光学彩色图像之间的颜色变化。当结合附图考虑时,本专利技术的其它优点和新颖特征将从以下对本专利技术的各种非限制性实施例的详细描述变得清楚。附图说明将参考附图通过示例的方式描述本专利技术的非限制性实施例,这些附图是示意性的并且不意图按比例绘制。在附图中,图示的每个相同或几乎相同的部件通常由单个数字表示。为了清楚起见,并非在每个图中都标记了每个部件,也没有在不必图示来使本领域普通技术人员理解本专利技术的地方示出本专利技术的每个实施例的每个部件。在附图中:图1示出了根据一些实施例的纳米传感器与分析物之间的相互作用的图示,该相互作用更改了入射电磁辐射。图2A-图2B示出了根据一些实施例的由纳米传感器在结合分析物时产生的可见光的变化。图3示出了根据一些实施例的具有半透膜的微孔阵列,该微孔阵列包括纳米传感器和各种浓度的分析物,它们产生可见光。图4示出了根据一些实施例的微孔阵列的图示。图5示出了以约70%的单细胞捕获效率捕获HEK293细胞的示例性表示。图6示出了硅纳米棒纳米传感器的示例性表示。图7A-图7B示出了在暗场图像下硅纳米棒的颜色的示例性表示。图8A-图8D示出了根据一些实施例的多种形式的硅纳米传感器,包括纳米锥、纳米针、纳米线和纳米颗粒。图9A-图9D示出了在BSA蛋白质的浓度增加时纳米传感器的颜色色调偏移的示例性表示。图10A-图10C示出了在链霉亲和素的浓度增加时纳米传感器的颜色色调偏移的示例性表示。图11A-图11C示出了在链霉亲和素的浓度增加时具有各种直径的纳米传感器的颜色色调偏移的示例性表示。图12示出了根据一些实施例的具有~100nm直径和~400nm间距的纳米棒。图13A-图13C示出了在蛋白质吸附到超表面(meta-surface)上时具有各种浓度的BSA蛋白质的~100nm直径的纳米棒的颜色色调偏移的示例性表示。图14示出了根据一些实施例的具有~180nm直径和~420nm间距的纳米棒。图15A-图15C示出了在蛋白质吸附到超表面上时具有各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物品,包括:/n微孔阵列,所述微孔阵列包括孔,所述孔包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒,其中所述纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与入射光相互作用。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170908 US 62/556,1861.一种物品,包括:
微孔阵列,所述微孔阵列包括孔,所述孔包括远侧定位在纳米结构的端部上的纳米颗粒,其中所述纳米颗粒经由表面等离子共振、电共振和/或磁共振与入射光相互作用。


2.如权利要求1所述的物品,还包括相对于所述纳米颗粒固定的反应实体。


3.如权利要求2所述的物品,其中分析物与所述反应实体的结合引起从所述纳米颗粒折射的光的变化。


4.如权利要求2或3中的任一项所述的物品,其中所述反应实体包括抗体。


5.如权利要求2-4中的任一项所述的物品,其中所述反应实体包括适体。


6.如权利要求2-5中的任一项所述的物品,其中所述反应实体包括蛋白质。


7.如权利要求2-6中的任一项所述的物品,其中所述反应实体包括寡核苷酸。


8.如权利要求1-7中的任一项所述的物品,还包括检测器,所述检测器被定位成检测从所述纳米颗粒折射的光。


9.如权利要求8所述的物品,其中所述检测器是光谱检测器。


10.如权利要求1-9中的任一项所述的物品,其中所述入射光是平面偏振的。


11.如权利要求1-10中的任一项所述的物品,其中所述入射光包括可见光。


12.如权利要求1-11中的任一项所述的物品,还包括光源,所述光源被定位成将所述入射光引导到所述纳米颗粒处。


13.如权利要求12所述的物品,其中所述光源包括激光器。


14.如权利要求13所述的物品,其中所述激光器是He-Ne激光器。


15.如权利要求1-14中的任一项所述的物品,其中仅一个纳米颗粒被附接到所述纳米结构。


16.如权利要求1-15中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒包括金属。


17.如权利要求1-16中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒包括金。


18.如权利要求1-16中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒包括银。


19.如权利要求1-16中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒包括量子点。


20.如权利要求1-19中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒具有小于约3nm的平均直径。


21.如权利要求1-19中的任一项所述的物品,其中所述纳米颗粒具有至少约0.5nm的平均直径。


22.如权利要求1-21中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构包括硅。


23.如权利要求1-22中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是基本上竖直对准的。


24.如权利要求1-23中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是纳米针。


25.如权利要求1-23中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是纳米线。


26.如权利要求1-23中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是纳米棒。


27.如权利要求1-23中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是纳米锥。


28.如权利要求1-23中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构是纳米柱。


29.如权利要求1-28中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构具有小于约5微米的长度。


30.如权利要求1-29中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构具有至少约0.1微米的长度。


31.如权利要求1-30中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构具有至少约50nm的平均截面直径。


32.如权利要求1-31中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构具有小于约500nm的平均截面直径。


33.如权利要求1-32中的任一项所述的物品,其中所述微阵列阵列包括玻璃。


34.如权利要求1-33中的任一项所述的物品,其中所述微阵列阵列包括硅。


35.如权利要求1-34中的任一项所述的物品,其中所述微孔阵列是使用光蚀刻法来制造的。


36.如权利要求1-35中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构包括半导体。


37.如权利要求1-36中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构包括硅。


38.如权利要求1-37中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构和所述微孔阵列具有基本相同的组成。


39.如权利要求1-38中的任一项所述的物品,其中所述纳米结构和所述微孔阵列限定单一材料。


40.如权利要求1-39中的任一项所述的物品,其中所述孔具有小于50微米的直径。


41.如权利要求1-40中的任一项所述的物品,其中所述孔具有至少20微米的深度。


42.如权利要求1-41中的任一项所述的物品,其中所述微孔阵列包括多个孔,每个...

【专利技术属性】
技术研发人员:权奇敏梁峰
申请(专利权)人:哈佛学院院长及董事
类型:发明
国别省市:美国;US

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