通过喷墨印刷生产基于衍射的生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于检测并定量测定存在于一种介质中的分析物的廉价、并且灵敏的装置和方法。该装置包括一个金属化的薄膜，在该薄膜上通过喷墨印刷印刷了一种特殊的、预定图案的粘接剂，如抗体。在目标分析物与印刷了所述粘接剂的塑料薄膜上的特定区域结合之后，通过物理特性产生了透射和／或反射光的衍射，并且确定所述分析物的精确位置。产生了一种衍射图像，这种图像可以用肉眼方便地观察或者选择性地用传感装置观察。（*该技术在2021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】
本专利技术总体上涉及检测介质中分析物的领域，更具体地讲，本专利技术涉及用于指示所述分析物在一种介质中存在的传感装置。
技术介绍
现有很多种用于检测各种介质中的多种分析物的系统和装置。大多数系统和装置的价格比较昂贵，并且需要熟练的技术人员来进行检测。在很多场合下，如果能够快速而又低成本地确定是否存在一种分析物，那将是有利的。需要的是这样一种生物传感器系统，它的生产简单，成本低廉，并且能够可靠地、灵敏地检测分析物，包括较小的分析物。另外，需要一种制备所述生物传感器的简单而又灵活的方法，该方法可以进行最佳的大规模加工。Sandstrom等，24 Applied Optics 472，1985披露了利用具有一层硅一氧化物和一个硅层的硅光学基质作为介电薄膜。它们证实薄膜厚度的改变会改变这种光学基质的特性，从而产生与薄膜厚度相关的不同的颜色。薄膜的厚度与所观察到的颜色相关，并且，在光学基质表面所提供的一种薄膜，可以产生一种可见的颜色变化。以上作者指出，可以用一种数学模型对颜色变化进行定量，并且“用计算机模型进行的计算，证实了利用多层结构可以获得的光学性能的增加非常少…但是，在该表面上的一个生物层对该结构反射能力的改变非常小，因为光学特性主要是由所述多层结构内部的界面所决定的。用于检测生物层的最灵敏的系统是一层涂层，而在大多数其他用途中，可以通过其他介电层提供性能。”Sandstrom等进一步指出，由金属上的金属氧化物所制成的载玻片具有某些缺陷，并且，金属离子的存在在很多生物化学应用中还可能是有害的。它们指出，理想的表面介电薄膜是厚度为2-3纳米的二氧化硅，该薄膜是当一氧化硅层在环境大气中沉积时自动形成的，并且还可将70-95纳米的二氧化硅层，用在玻璃或塑料基质上的40-60纳米的一氧化硅层上。它们还披露了通过选择性地蚀刻所述一氧化硅层形成一氧化硅刻痕，用二氯二甲基甲硅烷处理二氧化硅表面，并涂上一个抗原和抗体的生物层。它们通过该刻痕结构，能够用椭圆对称测定仪测定薄膜的厚度，并且发现“最大对比出现在65纳米范围内，其中，干扰颜色从紫色变成兰色”。他们指出，这种系统的灵敏度足以通过固定化抗体进行蛋白抗原的检测。他们的结论是“所提供的设计对多种用途来说是足够灵敏的”。所述材料，即玻璃、硅和二氧化硅在化学上是稳定的，并且不会影响所研究的生物化学反应。采用上述计算方法，可以设计出对不同用途来说都是优化过的载玻片。可以用工业方法生产所述载玻片，并且确保其品质，并且，现在市场上有两种设计出售。授于Kumar等的美国专利5512131披露了一种包括一个具有金属涂层的聚合物基质的装置。将抗体结合的蛋白层印在所述包衣的基质上。该装置被用于印刷工艺中或用作开关。当一种分析物与该装置结合时就产生了一种衍射图案。然后用一台诸如光谱仪的观察装置确定所述衍射图案的存在。不过，由Kumar等所披露的装置具有若干缺陷。一个缺陷是需要额外的观察装置来观察任何衍射图案。由于需要一台观察装置，Kumar等的装置不能检测大量的样品。因为它不可能通过使用肉眼确定一种分析物的存在。授予Bogart等的美国专利5982830披露了一种包括一种基质的装置，该基质具有一种光学活性表面，它在光线照射到它上面时出现第一种颜色。所述第一种颜色被确定为发射光线的光谱分布。所述基质还具有不同于第一种颜色的第二种颜色(具有不同于存在于第一种颜色中的组合的光波长的组合，或者具有不同的光谱分布，或者具有不同于第一种颜色中所存在的所述一种或多种波长的强度)。所述第二种颜色是在所述分析物出现在该表面上时在相同的光照条件下出现的。一种颜色向另一种颜色的变化可以利用仪器或通过肉眼检测。这种灵敏的检测是上文所述Sandstrom和Nygren所披露的装置的一种改进，并且可以以商业上有活力，并且有竞争力的方式使用该装置。不过，Bogart等的专利中所披露的方法和装置具有若干缺陷。一个缺陷是该装置的成本高。该装置的另一个问题是难于控制设置在所述薄片上的各种层，以便获得可靠的读数。现有技术还包括应用在某些用途中的喷射技术。例如，授予Hayes等的美国专利4877745披露了一种用于分析一种分析物的方法和装置。该方法和装置包括一个用于将精确数量的诊断试剂和流体样品分配到一种基质上的喷射腔。将所述诊断试剂或流体样品中的一种喷射到一种基质上。然后喷射所述诊断试剂或流体样品中的另一种，以便它能与首先喷射的流体起反应。该方法采用机电装置交替喷射所述诊断液体和样品，直到将所需数量的流体分配到一种基质上。该方法包括将一种基质相对一个喷射腔进行定位，并通过采用电脉冲将一种诊断液体以预定的方式喷射到所述基质上。所述诊断试剂被装在一个可收缩的容器中，该容器在所述装置的使用过程中能改变体积。不过，由于该方法对分析物专一性受体材料和待检测的样品都进行了印刷，该方法难于操作，并且需要复杂的电机装置。因此，需要一种容易制造并且造价低廉的生物传感器装置，并且该装置能可靠地并且灵敏地检测待检测的分析物。专利技术概述本专利技术提供了一种用于检测存在于介质中的分析物的廉价而又灵敏的装置和方法。该装置包括一个具有一种基质的生物传感装置，如金属化的聚合物薄膜，在它上面喷墨印刷了一种粘接剂的特殊的预定图案，所述粘接剂包括抗体或硫醇化的抗体或DNA。或者，可以喷墨印刷诸如蛋白A或蛋白G的结合抗体的蛋白。然后接触对所述需要的分析物专一的抗体，导致形成该抗体的图案形式的沉积。总体上讲，这是一种模式化生产方案，可以生产出大量的有图案的蛋白，以便用于不同的分析物。然后，根据需要，通过接触必需的抗体生产最终的产品。在将一种能够散射光线的靶分析物结合到在它上面具有形成图案的蛋白和/或抗体的聚合物薄膜上的特定部位上时，通过物理特征出现了透射和/或反射光线的衍射，并且确定该分析物的精确位置。产生了一种衍射图像，可以用肉眼或者选择性地用一种传感装置方便地观察该图像。本专利技术采用了喷墨印刷有图案的粘接剂的方法。所述粘接剂可以是抗体或蛋白。如果使用蛋白的话，这些蛋白与抗体结合，在所述表面上形成图案，并且保持对受体抗体的最佳取向。所述受体抗体对一种特定的分析物或特定类型的分析物具有专一性，这取决于所使用的蛋白。形成图案的抗体会导致分析物形成图案的沉积或结合在它上面。因此，所生产的本专利技术的生物传感装置，可以根据分析物的大小以两种方式中的一种使用。对于诸如微生物的能够由它本身导致衍射的分析物来说，该系统是以如下方式使用的首先让该生物传感装置接触含有所述选择的分析物的介质，在经过合适的培养时间之后，让诸如激光的光线透射通过所述薄膜，或者使光线从该薄膜上反射出去。如果在所述介质中存在所述分析物，并且与形成图案的抗体层结合的话，所述光线就以能产生可见图像的方式衍射。对于诸如蛋白或DNA的很小的分析物来说，该系统可以选择性地使用“衍射增强因子”，该因子能够与靶分析物结合，并且与所述生物传感器结合，并且能够使高度和/或折射指数发生显著改变，从而增加生物传感器的衍射效率，并允许检测较小的分析物。使用时，靶分析物要么与所述衍射增强因子结合，然后再与所述生物传感器结合，要么直接与在它上面有形成图案的抗体的聚合物薄膜的特定部位结合。然后通过物理特征发生透射和/或反射光线的衍射，并且确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括：一种聚合物薄膜；和通过喷墨印刷以一种图案形式印刷在所述聚合物薄膜上的粘接剂层，其中，所述粘接剂层含有对一种分析物专一的抗体。

【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：RM凯勒，CO奇德贝卢埃泽，AB乔伊，
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]