用于检测测试材料中有机分子的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于检测测测试材料中有机分子，特别是生物分子和聚合物的装置。发明专利技术的装置包括一个测试系统（３００），该测试系统包括：一个测试位点（Ｔ）阵列，测试材料可以供给至该阵列上，每个测试位点都具有特异的探针分子（３２０）；一个照明系统（１００），用于用光照明测试位点（Ｔ）的一个子阵列；和一个检测系统（４００），用于识别探针分子（３２０）与待检测的分子（３５０）相互作用的那些测试位点（Ｔ），照明系统（１００）包括一个独立可寻址的照明光源（Ｂ）的阵列，这些照明光源以这样排列，以使子阵列的每个测试位点（Ｔ）都分配至少一个照明光源（Ｂ），该照明光源（Ｂ）基本上只照明上述测试位点。（*该技术在2021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用于检测测试材料中有机分子，特别是生物分子和聚合物的装置和方法。生物芯片通常包括一个具有有机分子(探针)区域的二维阵列，这些有机分子固定在表面上，并且可以特别地与包含在测试材料中的化学物质(靶)起反应。此处的目的是平行检测探针和靶之间的许多相互作用。当照明时，光敏生物芯片显示一种物理反应，该物理反应特异地取决于探针和靶之间的相互作用。这些相互作用的检测可例如通过光学方法、放射自显影法、质谱法、或电学方法进行。在这样做时，必需在空间上对阵列上的各种探针进行寻址。尤其是，迄今为止对这群光敏生物芯片的光学(发光)和电学检测方法是已知的。对这些芯片来说，寻址可以通过空间受限的光学激发来实现。迄今为止，激光扫描器或共聚焦显微镜已经应用于光学激发。此处关键的参数是跨过芯片的整个空间读出区的均匀度和可再现性。由于这些要求，所以由Minsky(US 3,013,467)所提出的原始共聚焦结构常常用作读出装置的基础，例如象在US 5,631,734和US 5,578,832中所介绍的。它包括一个可以在共聚焦显微镜下面移动的XYZ平移台。在JP 11094747中，用一旋转台代替平移台。在这些方法中，生物芯片必须经受台子正在进行的加速作用。这最终决定了芯片在其中可以读出的时间间隔。例如，在10μm分辨率情况下，对22×60mm扫描区的读出过程花大约半小时。另一些光学读出系统，如在WO 09947964A1中所介绍的那种，是基于活动的光学元件，这使得造价昂贵和/或易受到干扰。用电读出光敏生物芯片的特种读出系统迄今未知。所有已知的扫描系统的缺点是，它们容易受机械损伤、形体较大和价格昂贵。按照本专利技术，这个目的通过按照独立权利要求1所述的装置和按照独立权利要求12所述的方法解决。各优选实施例是从属权利要求的内容。本专利技术的装置包括一个测试系统、一个照明系统和一个检测系统，上述测试系统包括测试位点阵列，测试材料可以加到该测试位点阵列。测试系统在本说明书中，术语“生物芯片”用于一个测试系统，该测试系统包括一个二维测试位点阵列，其中每个测试位点都具有特异的探针分子。探针分子固定在一个表面上，并可以特异地与包含在测试材料中的化学物质(靶)反应。此处的目的是平行检测探针和靶之间的许多相互作用。术语“探针分子”特别包括生物分子、聚合物及它们与其它化学物质特别是生物分子、聚合物、染料、金属及氧化还原活性物质的络合物。探针分子优选地包含DNA、RNA或PNA片段(DNA-脱氧核糖核酸，RNA-核糖核酸，PNA-肽核酸合成的DNA或RNA，其中磷酸糖部分被氨基酸取代)。在这些情况下，对应的生物芯片称为DNA芯片。包含蛋白质(相应的生物芯片术语蛋白质芯片)或葡萄糖化合物(葡萄糖芯片)的探针分子同样是优选的。而且，探针分子特别地可以包括标记物质，特别是染料或氧化还原活性物质，和连接体(用来连接或附接分子部分的分子团)。“靶”指的是测试材料中的有机分子，特别是可特异性地与探针分子相互作用的生物分子、聚合物、药物或其它活性物质。在本专利技术的范围内，如果特异地取决于探针和靶之间相互作用的物理反应是由空间可限制的照明引起，并且阵列单元(测试位点)的光学寻址是可能的，则把生物芯片称作是光敏性的芯片。为了能把测试材料供给到生物芯片上，应用一个供给装置。独立的供给装置，特别是注射器、移液管、管子、套管、管道及漏斗，和与测试系统连接的装置，二者都可以考虑。后者可被结合到测试系统的外壳，并可以有效的保护测试系统免受干扰因素如杂质、机械应力、温差和蒸发的影响，且有助于测试材料的节约使用。照明系统在本专利技术的范围内，“照明系统”指的是适合于在光敏性生物芯片上启动物理反应的一个或一个以上的照明光源。按照本专利技术，照明系统包括一个独立可寻址的照明光源阵列，这些照明光源这样排列，以使测试系统子阵列的每一测试位点都分配至少一个基本上只照明该测试位点的照明光源。此外，照明系统可以包括一个光学投影系统，用于以这种方式把照明光源阵列成像在测试系统上，以便在子阵列的每一测试位点上，至少有一个分配到该位点的照明光源可以成像。“投影系统”指的是适合于光学成像，特别是包括透镜和/或镜面的任何系统。投影系统可以包括其它的光学元件，特别是滤光片、孔径、偏振器和分光镜。在狭义上说，在本专利技术范围内的投影系统指的是一种用于把照明光源成像在光敏性生物芯片上的光学系统。作为提供投影系统的一种可供选择的方案，照明光源阵列可以基本上平行于测试系统而排列，并排列在距其如此短的距离处，以致于从每个照明光源发出的发射光线基本上只照明分配给它的测试位点。在这种情况下，不需要投影系统。这里，照明光源阵列可以特别地由一个或一个以上下列元件组成阴极射线管(CRT)、液晶器件/显示器(LCD)—它优选的是通过包括薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵寻址、空间光调制器(SLM)、特别是一种数字微反射镜器件(DMD—一种独立可寻址的微型反射镜阵列)、发光二极管(LED)、聚合物显示器(OLED—有机LED)、电致发光显示器(EL)、激光器—尤其优选的是激光二极管和光纤激光器、等离子体显示板(PDP)、场致发光显示板(FED—一种小型化的阴极射线管阵列)和真空荧光显示器(VFD)。按照本专利技术，照明系统还可以特别包括“照明系统”和“二维光学开关”元件的组合。这里，“照明系统”指的是一种用于特定区域均匀照明的光学系统。它包括一个或一个以上的照明光源和保证均匀照明的光学元件，特别是(镜面)反射器、透镜、积分器，和其它元件，如用于限定辐射场的孔径以及用于光谱限制的滤光片。在这种情况下，“积分器”指的是有助于使光束均匀化的光学元件，它特别是由若干散射盘组成，例如包括毛玻璃、一个微型透镜系统，或这些元件与球形积分凹面镜的组合。尤其是，可以应用基于Khler的显微镜照明光学元件的原理的照明系统(标题为“显微镜”，Fachlexikon Physik，Verlag Harri Deutsch，Frankfurt a.M.1989)。照明系统还可以由一个或一个以上的均匀辐射场组成，该均匀辐射场由例如光纤束(生产厂家例如，Schott-Fostec，Aubum，NY，USA)构成。光学开关是一种可以在外部控制其透射或反射的光学元件。二维光学开关是一种正好包括此类光学开关的二维阵列。按照本专利技术，优选的是用液晶显示器件(LCD)或数字微型反射镜器件(DMD，制造厂家比如Texas Instruments，TX，USA)作光学开关。检测系统检测系统的目的是在照明下识别其探针分子与待检测的有机分子相互作用的那些测试位点，特别是识别在其处这些分子之间发生反应的那些位点。它最好包括一个或一个以上的用于提供及评估测量信号的检测器和装置。使检测系统与所应用的测试系统的读出方法类型，亦即，光诱导反应的类型协调是合适的。对于尤其优选的用作测试系统的具有电读出的生物芯片，特别是具有直接电读出(特别是根据专利申请DE 19921940，DE 19926457，和DE19945398)的DNA芯片，检测系统优选的是包括一个用于测定测试位点和生物芯片导电表面之间电气连通的测量装置。这个测量装置优选的是电流、电荷、电压或电位测量装置，循环伏安法测量装置，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测测试材料中有机分子，特别是生物分子和聚合物的装置，包括：测试系统（３００），包括一个测试位点（Ｔ）的阵列，测试材料可以供给到该阵列上，每个测试位点都具有特异的探针分子（３２０）；照明系统（１００），用于用光照明测试位点（ Ｔ）的子阵列；检测系统（４００），用于识别探针分子（３２０）与待检测的有机分子（３５０）相互作用的那些测试位点（Ｔ）；其特征在于：照明系统（１００）包括一个独立可寻址的照明光源（Ｂ）阵列，这些照明光源（Ｂ）这样排列，以使子阵列的 每个测试位点（Ｔ）都被分配至少一个照明光源（Ｂ），该照明光源（Ｂ）基本上只照明该测试位点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：G哈特维希，H洛绍，
申请(专利权)人：弗里茨生物化学有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]