在反射模式下工作的发光传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种发光传感器（１０），例如发光生物传感器或发光化学传感器，其包括具有第一横向尺寸和第二横向尺寸的至少一个孔（１），所述第一横向尺寸大于激发辐射（３）在填充至少一个孔（１）的介质中的衍射极限，所述第二横向尺寸小于激发辐射（３）在填充至少一个孔（１）的介质中的衍射极限。本发明专利技术还涉及用于检测由至少一个孔（１）中的至少一个光学可变分子（２）如荧光体产生的发光辐射（５）如荧光辐射的方法。优选地，使激发辐射（３）偏振以抑制孔（１）中的激发辐射（３）。根据本发明专利技术的发光传感器（１０）能够检测相对低浓度的光学可变分子（２），例如荧光体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在反射模式下工作的发光传感器本专利技术涉及定性和域定量的发光传感器，例如在反射模式下工作的发 光生物传感器或发光化学传感器。更具体地，本专利技术涉及包括至少一个填 充有介质的孔的发光传感器。本专利技术还涉及用于检测由一个或多个发光体 产生的发光辐射的方法，其中所述一个或多个发光体位于这种发光传感器 中的孔或狭缝结构中。传感器广泛用于测量物理特性或物理事件。它们输出该测量的功能读 数作为电信号、光信号或数字信号。该信号是可以由其它装置转换成信息 的数据。传感器的具体例子是生物传感器。生物传感器是在诸如血液、血 清、血浆、唾液……的流体中检测目标分子是否存在(即定性)或测量其 特定量(即定量)的装置，所述目标分子例如为蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、 RNA等，但不限于此。目标分子还被称为 "分析物"。在几乎所有的情况下，生物传感器都使用包括用于捕获分析物 的特定识别元件的表面。因此，传感器装置的表面可以由特异性结合材料 形成或者可以通过将特定分子附着到其上来修饰，所述特定分子适合于结 合存在于流体中的目标分子。对于分析物与特定分子的最佳结合效率而言，大表面面积和短扩散长 度是非常有利的。因此，已经有人提议将微米或纳米多孔衬底(膜)作为 生物传感器衬底，其将大面积与快速结合动力学相结合。尤其是在分析物 浓度很低(例如低于lnM或低于lpM)时，扩散动力学在生物传感器化验 的总性能方面起着重要的作用。所结合的分析物的量可以通过发光例如荧光来检测。在这种情况下， 分析物本身可能携有发光(例如荧光)标记，或者可以利用被发光标识(例 如被荧光标识)的第二识别元件进行附加温育。检测所结合的分析物的量会受到几个因素的妨碍，如发光体的散射、 变白、衬底的背景发光以及激发光的不完全去除。此外，为了能够在被结 合的标记和溶液中的标记之间进行区分，必须进行一次或多次清洗步骤， 以除去未被结合的标记。在具有子衍射受限(sub-diffraction-limited)空间分辨率的在流体内操 作的发光传感器中，光在子衍射受限孔或狭缝上反射。这在孔或狭缝内产 生渐逝场(evanescent field),其可以用于激发存在于此的发光体。用来自 传感器的第一侧的激发辐射照射发光传感器。产生的发光可能在与第一侧 相反的一侧，即与照射传感器的那一侧相反的一侧，射出传感器的孔或狭 缝，并且可以在此对其进行检测，以这种方式分离激发和发光辐射。或者， 由发光体产生的发光可能在第一侧，即在与照射传感器相同的一侧，射出 孔或狭缝，然后可以在此对其进行检测。US 2003/0174992 Al描述了如何在生物传感器中使用子衍射受限孔。 孔的横向尺寸在激发光的衍射极限之下，这意味着激发光不能穿过这些孔。 这在孔内产生渐逝场。在与照射传感器相同的一侧上检测荧光辐射。然而， 该渐逝场的穿透深度与孔的横向尺寸的结合导致非常小的激发体积 (excitationvolume)。鉴于孔的受限横向尺寸，荧光体进入孔的机会很低。 结果，通常在激发体积内至多有一个荧光体，甚至在孔的外部具有相对高 的荧光体浓度。对于孔中的荧光体的数量的限制使得难以测量相对低浓度 的荧光体。本专利技术的目的是提供包括孔或狭缝结构的改进的定性或定量的发光传 感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器，以及用于检测由存在于这 种发光传感器中的至少一个孔或狭缝结构中的一个或多个光学可变分子 (例如发光体)产生的发光辐射的方法。本专利技术的优点是能够测量相对低 浓度的光学可变分子，例如荧光体。更具体地，本专利技术涉及包括至少一个孔的发光传感器，所述至少一个 孔具有第一横向尺寸，其大于激发辐射在填充至少一个孔的介质中的衍射 极限。所述孔还具有第二横向尺寸，其小于激发辐射在填充至少一个孔的 介质中的衍射极限。本专利技术的特别和优选的方案在独立权利要求和从属权利要求中体现。 来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征组合并且和其它从属权利要求的特征进行适当组合，而不仅仅如权利要求所明确述的那样。在本专利技术的第一方案中，提供一种发光传感器例，例如发光生物传感器或发光化学传感器。该发光传感器包括 -至少一个孔，用于被介质填充； -存在于至少一个孔中的至少一个光学可变分子；-激发辐射源，用于用激发辐射照射至少一个孔，所述激发辐射用于激 发至少一个光学可变分子；以及-检测器，用于检测由至少一个光学可变分子产生的发光辐射，其中所述至少一个孔具有第一横向尺寸和第二横向尺寸，所述第一横 向尺寸大于激发辐射在介质中的衍射极限，所述第二横向尺寸小于激发辐 射在介质中的衍射极限，并且其中所述激发辐射源和检测器位于传感器的 同一侧。根据本专利技术的实施例，至少一个孔例如可以是狭缝或椭圆形孔或者可 以是具有第一横向尺寸和第二横向尺寸的任何其它孔，其中所述第一横向 尺寸大于激发辐射在填充至少一个孔的介质中的衍射极限，所述第二横向 尺寸小于激发辐射在填充至少一个孔的介质中的衍射极限。光学可变分子可以是用其标识分析物分子的分子，并且其在被照射束 照射时总在发光。被结合的光学可变分子被显现，而未被结合的光学可变 分子被洗掉。或者，光学可变分子可以是用其标识分析物分子的标记分子， 并且其只在与附着到衬底上的分子结合时才发光。这形成施主-受主对。使 用清洗来获得严格性。松散结合的分子被清洗掉。在另一实施例中，在分 析物分子与它们结合时附着到衬底上的分子发光。使用清洗来获得严格性。 松散结合的分子被清洗掉。或者，要被检测的分析物分子在用激发辐射如激发光照射时可以自身 发光，例如发荧光。在这种情况下，不需要标记，并且分析物分子自身用 作光学可变分子。检测器例如可以是CCD或CMOS检测器。根据本专利技术的实施例，发光 传感器可以是发光生物传感器，例如荧光生物传感器。根据本专利技术，激发辐射源和用于检测发光(例如荧光)辐射的检测器 位于传感器的同一侧。这意味着根据本专利技术的传感器在反射模式下工作。在反射模式下工作的传感器相对于在透射模式下工作的传感器具有以下优 点可以收集更多的发光辐射，例如荧光辐射。而且，通过使用具有如上 所述的尺寸的孔，根据本专利技术的传感器可以用于检测相对低浓度的发光体。因此，根据本专利技术的发光传感器具有比现有技术生物传感器高很多的 效率，即所检测到的发光(例如荧光)辐射的功率与用于存在于孔中的光 学可变分子如发光体(例如荧光体)的激发辐射(例如光)的功率之间的 比。根据本专利技术的实施例，孔的第二横向尺寸可以小于激发辐射(例如光)在填充至少一个孔的介质中的波长的50%。更优选地，孔的第二横向尺寸 可以小于激发辐射(例如光)在填充至少一个孔的介质中的波长的40%。 后者与激发辐射(例如光)在填充至少一个孔的介质中的衍射极限的80% 相对应，因此，优选地，孔的第二横向尺寸可以小于激发辐射(例如光) 在填充至少一个孔的介质中的衍射极限的80%。根据本专利技术的实施例，激发辐射(例如光)可具有波长，并且第一横 向尺寸可以大于激发辐射(例如光)在填充孔的介质中的衍射极限，但是 同时也可以小于激发辐射(例如光)的波长。在本专利技术的实施例中，第一横向尺寸可以大于从光学可变分子发射的 辐射的波长，即大于发光(例如荧光)辐射的波长。根据本专利技术的实施例，孔包括内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光传感器（１０），包括：　用于被介质填充的至少一个孔（１）；　存在于所述至少一个孔（１）中的至少一个光学可变分子（２）；　激发辐射源，用于利用激发辐射（３）照射所述至少一个孔（１），以激发所述至少一个光学可变分子（２）；以及　用于检测由所述至少一个光学可变分子（２）产生的发光辐射（５）的检测器（１２），　其中所述至少一个孔（１）具有第一横向尺寸和第二横向尺寸，所述第一横向尺寸大于所述激发辐射（３）在所述介质中的衍射极限，所述第二横向尺寸小于所述激发辐射（３）在所述介质中的衍射极限，并且其中所述激发辐射源和所述检测器（１２）位于所述传感器（１０）的同一侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MMJW范赫佩恩，DJW克隆德，HR施塔伯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]