分子探测器装置制造方法及图纸

一种用于探测分析物分子，特别是蛋白质的存在的探测器组件，协同使用表面增强拉曼散射（ＳＥＲＳ）和表面等离子体子共振（ＳＰＲ）。用于ＳＥＲＳ的激励激光从位于导电表面附近的报告染料散射，其中该报告染料附着有分析物分子。同时，以临界角向导电表面提供第二激光。该第二激光在分析物区域内产生一个场从而提高拉曼散射效应。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子探测器，用于分子探测器的载架(carrier)，更特别地，涉及由载架和探测器组成的使用表面增强拉曼散射的分子探测器组件。
技术介绍
目前已经有许多用于探测分析物分子的活动和存在的技术。其中一种技术利用拉曼散射(RS)效应。入射到分子上的光线被散射，作为能量转移的结果，散射光的频率以及波长发生偏移。导致该非弹性散射的过程被称作拉曼效应。频率偏移对于分析物分子是唯一的。然而，RS效应非常微弱，因此已经熟知利用优选地使用胶体的技术来增强该效应。位于金属表面，例如银、金、铜或者其它该类金属，数埃距离内的分析物分子能够通过各种机制从金属表面转移能量。这被称作表面增强拉曼散射(SERS)，并能够用传统的分光探测器加以测量。我们对如下问题进行了评估，也就是即使使用了表面增强拉曼散射(SERS)，拉曼散射效应与通常的散射相比也只能提供少量的拉曼散射辐射(信噪比非常低)。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定，并请参考之。本专利技术的实施例利用表面增强拉曼散射(SERS)探测位于该表面附近区域内的分析物的存在，用第一激光源照射该区域，并用第二激光照射某个表面以形成一个场从而进一步增强该SERS效应。由第二激光在该区域内产生的场用于增强拉曼散射效应。入射到该表面上的第二激光还优选地用于表面等离子体共振探测(SPR)，从而能够同时使用SERS和SPR两种探测技术。因此，SPR激光在提供SPR功能的同时，还能够增强SERS效应。附图说明现在，通过参考附图说明本专利技术的实施例，但只是作为实例，其中图1显示了拉曼散射的能级；图2显示了使用表面增强拉曼散射原理的探测器的示意图；图3显示了使用表面等离子体共振原理的探测器的示意图；图4显示了根据本专利技术组合使用表面增强拉曼散射和表面等离子体共振原理的探测器的示意图；图5显示了根据本专利技术第一优选实施例的由分析物载架和探测器共同组成的探测器组件；图6显示了根据本专利技术第二实施例的分析物载架；和图7显示了根据本专利技术第三实施例的分析物载架。具体实施例方式本文说明的实施例协同利用表面增强拉曼光谱(SERS)和表面等离子体子共振(SPR)。我们意识到，这些技术能够共同利用SPR激光入射辐射，以便增强SERS效应。本实施例包括两个主要部件分析物载架，其提供用于支持待分析分子的分析物区域；和探测器，其向载架上的分析物区域提供激光辐射，并具有传感器以探测从分析物区域接收的辐射。分析物载架与探测器共同形成探测器组件。探测器本身能够由各种形式的激光源和传感器构成，如下文所述。适合于探测器的分析物载架的实施例能够采取各种形式。优选实施例是微流芯片(microfluidic chip)，但是其他的实施例也可以包括被适当修改的微量滴定板(microtiter plate)或者棱镜装置，如下文所述。因此，分析物载架被称作“芯片上实验室”。在说明实施例之前，首先作为背景知识先说明SERS和SPR效应。当光线从分子散射时，大多数光子被弹性散射。散射光子的大多数具有与入射光子相同的能量(从而具有相同的频率和波长)。然而，有少量的(107个光子中有大约1个)散射光线的频率与入射光子不同，通常比入射光子低，如图1所示。当散射光子损失能量到分子上时，其波长比入射光子长(称作斯托克散射)。相反，当它获得能量时，其波长变短(称作反斯托克散射)。导致该非弹性散射的过程被称作拉曼效应，以C.V.Raman爵士命名，他于1928年发现该现象。随着能量从光子转移到分子，其通常作为热量散失掉，分子的振动、转动或者电子能量发生改变。热能也可以被转移给散射光子，从而减小其波长。在经典理论(classical terms)中，该相互作用可以看作分子电场的扰动，其不仅取决于分子的特殊化学结构，而且取决于它精确的构型和环境。入射光子与拉曼散射光子之间的能量差等于散射分子的振动状态能，以量子化的能值引发散射光子。散射光的强度对能量(波长)差的曲线图称作拉曼光谱。图1显示了不同能量状态的解析。图2显示的是，为什么从距离金属表面数十纳米距离内的化合物或者离子的拉曼散射会比在溶液中大103-106倍。表面增强拉曼散射(SERS)在银上最强，但在金和铜上也同样容易观察到。最近的研究已经显示，多种过度元素也能够提供有用的SERS增强作用。SERS效应主要是由于分子与金属表面附近的电磁场之间的能量转移引起的，该电磁场由金属中的电子产生。这里不需要说明利用SERS增强拉曼散射的精确机制，并且分析物分子与金属中电子的各种模型，例如图像耦合(coupling of an image)，对于本领域技术人员而言是熟知的。实际上，金属层6中的电子向分子提供能量，借此增强拉曼效应。特殊分子的存在利用SERS通过检测散射辐射的波长而加以探测，散射辐射如散射波束4所示。散射不是定向的，因此传感器(未显示)可以位于任何适当的位置捕获散射辐射，测量散射辐射的波长以及能量变化。能量变化与分子状态的能带隙有关，因此能够确定特殊分子的存在。典型地，待分析的分子10与报告分子8键合以便进行分析。用于测量分子存在的另一种技术称作表面等离子体子(surfaceplasmon)共振(SPR)，如图3所示。激励激光波束12的电矢量包括金属层16表面上的偶极子。来自正极化电荷的回复力使该激励以共振频率振荡电磁场。在瑞利极限下，共振主要由金属层16表面上的自由电子(“等离子体子”(plasmon))密度、金属的介电常数及其环境决定，其中金属层16表面上的自由电子密度确定所谓的“等离子体波长”。吸附在层16表面上或者附近的分析物中的分子经受异常大的电磁场，其中垂直于表面的振动模式被最大强化。这就是表面等离子体子共振(SPR)效应，其实现了金属层16中的等离子体子与表面附近的分子8之间的跨空间(through-space)能量转移。然后可以用传统的分光探测器(未显示)测量散射光子。SPR的强度取决于许多因素，包括入射光的波长和金属表面的形态，因为入射光的波长应当使其能量与金属等离子体波长的能量相匹配。SPR能够用胶体金属粒子或者金属薄膜实现。对于5μm的银粒子，等离子体波长为大约382nm，但是对于更大的椭圆体银粒子，等离子体波长可以高达600nm。对于铜和金粒子，等离子体波长达到650nm的红光，这两种金属在350-1000nm的波长区域内显示SERS。表面等离子体共振激励的最佳形态是小粒子(＜100nm)或者金属薄膜(接近50nm)上的原子粗糙表面(atomically rough surface)。如图3所示，对于SPR，使平面偏振光的激励激光波束12以接近临界角的角度照射金属表面16。该临界角由金属的折射系数决定。SPR效应产生渐逝波(evanescent wave)17和电磁场，该电磁场从金属表面延伸大约400nm。该场与分析物分子之间的能量转移导致层16的有效折射系数改变，使得临界角改变，从而使折射光14改变，其能够用传统的分光设备加以探测。RS和SPR都是有力的工具，被常规地用于跟踪分子的相互作用或者对极低浓度的分子进行定量。本专利技术实施例的工作原理如图4所示。该实施例的关键特征是，通过用附加的入射激光源增强用于探测分子存在的SERS效应，优选地，该附加入射激光源也用于SPR探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测分析物中某种分子存在的探测器组件，包括：一个分析物载架，其具有用于在表面的分析区域内接收分析物的导电表面；第一激光辐射源，其用于在使用时提供被导向到分析区域以产生拉曼散射的辐射；第一传感器，其用于探测来自 第一激光辐射源的辐射从而探测分子的存在，该来自第一激光辐射源的辐射通过拉曼散射从分析区域散射；第二激光辐射源，其用于在使用时以一定的角度向导电表面提供辐射，从而在分析区域内产生一个场；其中第一和第二激光辐射源被设置成使得由第 二激光源产生的场引起第一激光源辐射的增强的拉曼散射效应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：理查德吉尔伯特，周晓峰，布赖恩P艾伦，
申请(专利权)人：E二V技术英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]