广谱光学传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种检测化学、生物、生物化学或者其他环境刺激物的传感器，包括大量的胶质粒子，在其表面上具有特异性吸附的化学受体，当刺激物同吸附的化学受体相遇时，凝胶化阵列膨胀或者收缩，以改变晶格常数，因此衍射光图谱发生可测量的改变，故目标刺激物的出现可以用分光计检测到。大量的胶质粒由具有第一介电常数的材料组成，以及凝胶和具有第二介电常数的周围的介质。胶质粒子可以被聚集，用全息光学镊子和聚合作用以制造一个整个状态的传感器阵列，这个阵列可以用可检测到的特征性的方式将光线衍射。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种广谱传感器及其制造方法，这种传感器可以检测到化学的、生物的、生物化学的或者是其他环境刺激，原理是急于这些物质对传感器材料的机械光学性质的影响。
技术介绍
化学传感器是将胶质粒子的晶体域植入凝胶矩阵中。适当的制备凝胶，如水凝胶，可以增大或者联系物理化学环境下的反馈。被植入胶质晶体的晶格常数随着溶胶的膨胀而增大，而且它的光学衍生性质也之变化，这些变化都可以被检测到。这些相应可以用特异性的刺激物来优化，通过将功能性基团引入凝胶当中，该凝胶可以与刺激物反应，并且减低想得到的对凝胶的结构上的变化。这种技术的实施例中，已经将必要的功能性基团直接整合到凝胶做组成的聚合体当中(see Asher，U.S.Patent No.6,544,800，and Asher etal.，U.S.Patent Nos.5,187,599，5,854,078，and 5,898,004-hereafterthe″Asher patents″)。一旦凝胶用这种方法使其功能化，它将响应特异性的刺激物而膨胀，而且已经植入的胶质粒子将被做为机械状态或者功能化的水凝胶膨胀程度的被动跟踪者(标记)。如Asher在其专利中所述，凝集的膨胀程度用测量植入凝胶的胶质晶体的光学特性来监控。晶格常数的变化将会使胶质晶体衍射图发生可测量的变化。特别的，如Asher在其专利中所述，均一大小胶质球体可以字聚集成晶体状，然后已经被整合为浓缩的取代性功能集团的水凝胶将会聚合在成型的晶体周围。一旦成形，这种功能性的凝胶晶体将被用做刺激物的定量传感器，其中功能性基团的响应可以用光学分光计监测其衍射情况。将不同功能性基团同不同的凝胶整合，将导致传感器材料对不同特异性环境刺激的敏感性的不同，都对一种特异性的刺激性有敏感性。但是，如Asher在其专利中所述的上述方法，只对在同一时间检测一种刺激物的时候有效，它并不能轻易的按比例提高对潜在刺激的光谱的监测。进一步的是，将几个传感器晶体组合到一个系统中，将给检测和分辨不同的刺激源造成巨大的困难，因此而需要设置综合系统，而这个步骤将成为一个很困难的步骤。然而，在现有的方法中，于相近的领域，没有在凝胶中合成清楚的功能性域的方法。更进一步的是，如Asher在其专利中所述的，允许胶质球体自凝集成胶质凝胶，然后形成凝胶围绕在晶格周围的情况，将所不希望出现的变化引入了最中传感器的光学性质中，以上两点是因为自凝集的胶质晶体有构造上的缺点，而且还因为晶体的晶格常数只有很小的控制性，仅仅稍微超过对其对成性的控制。最后，如果自凝集的个体不容易分辨的或不可预知的光学特性，在一个传感器阵列中，对不同刺激物的不同响应的检测将需要定位敏感性检测，这将有很大的花费。具有特征性光学信号传感器域，将大大减少开支，不过难于做到，但是在胶质晶体化过程中进行控制是非常困难，而且有可能是不能达到的。因此，需要一种传感器，它可以同时检测和监测大量不同的环境刺激，而且容易操作造价低廉。专利技术概述本专利技术涉及一种检测化学、生物、生物化学或者其他环境刺激的传感器，这种传感器包括大量的表面具附着化学受体的胶质粒子，其中所述大量的胶质粒子由含有第一介电常数的原料组成，而且，其中所述粒子组成一维、二维或者三维的晶格结构。这种晶格结构被凝胶矩阵所围绕，这种凝胶矩阵具有一种第二介电常数并且该矩阵可以根据本地环境的特殊变化而膨胀或者浓缩。当一个目标刺激物直接针对传感器的时候，更明确的说，是直接针对化学受体的时候，凝胶矩阵将会压缩或者膨胀，这些将会改变晶格常数，因此将会使衍射图发生可测量的图谱，依次，分光计可以检测到目标刺激物的存在。在本专利技术的另外一个实施例中，将大量胶质粒子用全息光学镊子组合并且使其聚合而成整合状态的传感器阵列，其衍射光以一种特征性的状态存在，这种特征状态为每一种一维、二维或者三维空间结构的粒子晶体域或每一种粒子的二维晶体域通过在特异性的方向衍射出不同的颜色。在本专利技术的另一个实施例中，单分子层和薄的三维空间传感器允许目标刺激物容易的进入并且改善凝胶传感器上晶体域的敏感性。在本专利技术的另外一个实施例中，特征性的传感器域可以被三三维结构中一个一个的堆放，以检测和矫正因环境因子而发生偏差的传感器域的晶格常数，而且，可以被用于分辨相似相关的刺激物。在一维、二维或者三维分布中，没有被功能化的和难于功能化的域遗依然可以被用于达到相同的效果。在本专利技术的另一个实施例中，两重或者多重探测技术，其中传感器将是首先被暴露于可能的刺激物中，随后检测刺激物，也可以达到同样的效果。在本专利技术的另外一个实施例中，凝胶化传感器阵列可以被置于光学纤维的末端以便用纤维分光计用光学方法读出，而且将上述整合入一种轻便的系统，以用于对化学、生物、生物化学或者是其他环境刺激物的检测。在本专利技术的另外一个实施例中，凝胶化传感器可以作成束状或者是一种“刷子”，可以使操作人员通过在目标域横扫传感器束或传感器刷以检测大面积域。刷子的分布提供了传感器元件和原位目标的联系，而不用将样品传输的芯片当中。在本专利技术的另外一个实施例中，用珠子代替凝胶化传感器阵列来对特异性的目标刺激物响应，这种珠子可以被处理可以被排列刷子的每个光学纤维的末端，以提供对目标刺激物的响应。在本专利技术的实施例中，可以在刷子的周围设置一个套管，以提供足够的硬度结构，将传感器插入一个宽松的填充材料。进一步的说，一个硬化的有浸透性的屏幕可以设置在刷子的光学纤维的顶端，如此，使凝胶化传感器阵列在使用时不会被磨损。在本专利技术的另一个实施例中，可以将目标刺激物引入凝胶化传感器阵列，目标刺激物可以同在球面的功能性基团相互反应，以至使特异性功能化的球体附着在一起。在此之后，凝胶可以通过化学环境温度的变化发生非特异性的膨胀。通过刺激物反应而附着在一起的球面将不能因为膨胀而分离，因此，晶体域的衍射特性不会改变。相比较而言，不同的功能化球体不会因不会依照刺激物的反应，而将因为凝胶的膨胀而分离，从而造成衍射特性的改变。在本实施例中，目标刺激物的检测不包括凝胶膨胀时造成的颜色的变化。这个方法十分有用，例如，可以通过抗原附着球体的能力使相关的抗体功能化，以对抗原进行特异性的检测。如上所述，本专利技术的一些特征将在说明书部分中详细描述，可以更容易理解，并且，对现有技术的贡献表示感谢。再次，本专利技术的发附加技术特征将在下面描述，并且将作为从属权利要求的主题。与其相关的是，在详细描述本专利技术的至少一个实施例之前，要声明的是，本专利技术如下说明书和附图说明中的具体结构和成分的排列。本专利技术的方法和设备可以用于其他的是实施例而且可以在不同的方法中实施。此外，还要声明的是，这里所用的措词和术语，同样也包括摘要当中的，仅为描述专利技术所用，不应当理解为对本专利技术的限定。至此，本领域技术人员将接受，在本专利技术中没有公开的概念，将可以容易的被应用于设计其他的结构、方法和系统以实施本专利技术觉的几个不同的专利技术目的。非常重要的是，权利要求可以认为包括其范围内的等同物，不能脱离本专利技术所要保护的方法和设备的保护范围。附图说明图1.根据本专利技术中一个实施例中的功能化胶质粒子的图示。图2.根据本专利技术中一个实施例中的功能化胶质粒子的胶质晶体的单细胞晶格的图示。图3.根据本专利技术中一个实施例中的凝胶化传感器晶体的图示。图4.通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括：大量的胶质粒子，有一个特异性的化学受体吸附于所述粒子之上，并且这种粒子被功能化以便同目标刺激物反应；所述粒子被整合在阵列中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫G格里尔，刘易斯格鲁伯，
申请(专利权)人：艾瑞克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]