基于衍射的诊断设备制造技术

一种生物传感器，其包括一种基底，在基底上具有受体物质层。该受体物质对所关注的分析物是特异的。通过掩模处理方法，限定了受体物质层上的活性与去活区域。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及到介质中分析物的检测，同时尤其涉及到对分析物特异的基于衍射的诊断传感器的制备方法，通过这个方法来指示介质中分析物的存在。背景许多系统和设备可用于检测不同介质中的各种分析物。然而，很多先前的系统和设备相对昂贵，而且需要熟练的技工来操作测试。人们认识到，有必要对生物传感器在技术上进行改造，使其变得简单而且成本低廉，同时，其对分析物的检测结果可靠且灵敏。涉及到的参考文献，例如，专利U.S.Pat Nos.5,922,550、6,060,256、和6,221,579 B1. 生物传感器的工业生产已经取得了多方面进展。例如，Kumar等人的专利U.S.Pat No.5,512,131，描述了一种设备，其包括一种带有金属涂层的聚合体基底。在这个带涂层的基底上，印刷了分析物特异受体层。当分析物附着到这个设备上时，其衍射图样就产生了。用可视设备，比如光谱仪，就可以检测到衍射图案的存在。然而，这类设备的缺点是其衍射图案不能被肉眼辨别，于是，需要一种复杂的视觉设备来观察衍射图案。而且，对于那些不能产生明显衍射图案的较小分析物，这种设备通常不能检测。Bogart等人的专利U.S.Pat.No.5,482,830描述了一种设备，其包括一种基底，在基底之上接枝了一层光活性表面，该表面对光响应初始颜色。该初始颜色被定义为发射光源的光谱分布。基底还能呈现一种不同于初始颜色的第二颜色。分析物出现在基底表面上时，用同样的光照射就能产生第二颜色。这种从一种颜色到另一种颜色的变化可以用仪器或者肉眼来检测。然而，这种设备的缺点是，其成本相对较高，而且在基底薄片上接枝各种层的操作存在问题。接触印刷技术已经被开发用以生产带有自装配单分子层的生物传感器。专利U.S.Pat.No.5,922,550描述了一种带有金属薄膜的生物传感器，其金属膜上印刷(接触印刷)了分析物特异受体的特殊预定图案。这种对某种特殊的分析物或某类分析物有效的受体物质被绑定在自装配单分子层上。附着的目标分析物能散射光线到部分印有受体的金属化塑料膜的选择性区域，从而导致透射光或反射光的衍射行为。产生的衍射图案能轻易地用肉眼或者任何传感器观察到。专利U.S.Pat.No.6,060,256描述了一种类似的带有金属膜的设备，在其金属膜上印有一种特殊预定的分析物特异受体层。该专利不仅仅局限于自装配单分子层，任何能够与表面进行化学结合的受体都被认为是可以采用的。该专利的专利技术通过利用微生物粘合剂的衍生物将单分子层组成图案，再用接触印刷法印刷。其衍生物的一个例子是硫醇。期望的绑定作用物有可能是烃硫基抗体或抗体碎片、蛋白质、核酸、糖、碳水化合物、或其它凡能绑定分析物的物质。衍生物，例如硫醇，通过化学键合到金属表面比如金属聚合体膜上。关于上述用于生产衍射生物传感器的接触印刷技术，一个潜在的问题是印刷过程中，可能存在来自于印刷表面(压印表面)的污染。而且，在此过程中受压力、接触差异以及表面能量不同等因素影响，有可能使物质涂抹不均匀。本专利技术涉及到一种制造简单而且价格低廉的生物传感系统，该系统能可靠灵敏地检测分析物，同时能避免常规微接触印刷技术中可能存在的缺点。专利技术概述本专利技术的目的和优势将部分陈述于下文，或通过描述将显而易见，或者通过对本专利技术的实践而了解。本专利技术提供了一种相对廉价并且灵敏的生物传感器，以及一种制备这种生物传感器的方法，同时提供了检测介质中存在的被关注分析物的检测方法。这种生物传感器包括一种基底，其基底组件的整个表面被受体物质层均匀覆盖。基底可以是大量适宜物质中的任何一种，包括塑料、镀金属的塑料和玻璃、功能化塑料和玻璃、硅晶片、金属薄片、玻璃等等。理想的基底是柔韧的，例如聚合体膜，这是为了使生产过程容易。受体物质层的涂抹可使用任何已知技术，包括浸渍、喷雾、碾压、旋转涂抹，或者任何其它能将受体物质均匀覆盖在基底测试表面的技术。本专利技术还包括了实施涂层的接触印刷方法，本方法防止了初始涂抹过程中出现的涂抹不均匀和接触污染问题。在基底上放置掩模，然后用足以使未被掩模保护的受体物去活的能源照射基底，于是，受体物质层可以用活性的和非活性的图案来分辨。受体物质去活化到一定程度，即发生降解并再不能与包括所关注的分析物的共扼配合体结合。掩模可包括所有期望的图案，后者为被保护或被掩盖区域以及暴露区域(例如空白的、透明的、或半透明的区域，以及孔或掩模空隙)。掩模的暴露区域勾画确定了受体非活性部分的图案，并且被掩模掩盖或保护的区域即为活性受体物质区域图案。因此掩模起到了这样的作用，掩盖或保护了受体物质层的一个区域，同时又使得至少一个与之相邻的区域暴露在照射能源下。值得注意的是，本专利技术不仅仅局限于由掩模限定了一种特殊图案。事实上，图案可能由许多暴露带与空隙组合构成。在具体的实施方案中，在基底测试表面上图案由大约10微米直径的像素构成，其像素之间的间隔大约为5微米。选择特定的能源照射受体物质层，使一些特殊类型的受体物质失活。本专利技术不限于一种特殊能源。例如，能源可以是一种光源，比如紫外光源、电子束、一种辐射源等等。然后，把生物传感器暴露于含有一种被关注分析物的介质中，分析物会在活性区域与受体物质结合。生物传感器会使透射光发生衍射，生成与活性区域一致的衍射图案。产生的衍射图案能轻易的用肉眼或者任选的传感设备观察到。在分析物很小或者其折射率较之周围介质无显著差异时，分析物就不能散射可见光，这时可以采用衍射增强元件，比如聚合物微颗粒。这些微颗粒被涂上了结合物或者受体物质，并与分析物结合。通过把成对的分析物与受体物质层中已图案化的生物分子以及微颗粒结合，可以得到衍射图案，该图案能轻易的用肉眼或者任选的传感设备观察到。所谓“衍射”是指，当波传输时被障碍物阻断，绕过障碍物达到其几何阴影部分的现象。当障碍物的大小与波长在同一个数量级时，衍射的效果很显著。本专利技术中，障碍物是分析物(附着或没有附着微颗粒)，波是光波。本专利技术的另一实施方案，一类特定微生物的营养物质可以包含在受体物质层中。通过这种方式，先将本专利技术中生物传感器与营养物质接触，再将生物传感器放在适合其上绑定的微生物生长的环境中培养，这样可以检测到浓度非常低的微生物。微生物要生长达到足够的有机体以形成衍射图案。本专利技术提供了一种低成本、可任意使用的生物传感器，这种传感器可以大量生产。本专利技术中的生物传感器可以制成检测某种分析物的单一测试传感器，也可以制成多功能测试设备。本专利技术中的生物传感器其用途包括但不局限于，检测衣物上的化学或生物污染，如尿布；检测预包装食品如果汁或其它饮料中微生物的污染；本专利技术的生物传感器还可应用于健康诊断，比如作为抗原、微生物以及血液组分的诊断工具包。需要注意的是本专利技术不局限于任何一种特殊用途或应用。关于本专利技术的所有特点和优点在下述公开的实施方案中将更加透彻。附图简述附图说明图1是根据本专利技术利用掩模过程制备生物传感器方法的示意说明。图2是依照本专利技术获得的生物传感器上活性抗-C-反应性蛋白质抗体的反相图象，图中六角形直径为10微米，六角形中心间距为15微米。详述现在，通过参照具体实施方案对本专利技术进行详细描述。这些实施方案是用来解释本专利技术，而并不意味着本专利技术仅限于此方案。例如，在一个方案中描述或阐述的部分特征，可能用于另一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括：基底组件；受体物质层，通常均匀的覆盖在基底组件的一侧，所述受体物质对所关注的分析物是特异的；所述受体物质的活性和非活性区图案，所述受体物质限定在所述层上，所述活性和非活性区通过掩模方法形成，其特征在于，掩模放在所述基底上，通过所述掩模，暴露区定义为所述图案的所述受体物质的非活性区，保护区定义为所述图案的所述受体物质的活性区；以及其中当所述传感器暴露在含有相关分析物质的介质中时，被分析物键合所述活性区中的所述受体物质，并且进而在对应的所述活性区衍射图案中，有助于发射光或反射光的衍射。

【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：D科亨，R凯洛，C塞尔，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]