光学衍射生物传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种探测和定量测定存在于介质中的被分析物的廉价而又灵敏的装置和方法。该装置包括金属涂膜（２０），其上印制有特定的、预定型式的、专用于被分析物的受体（２５）。当目标分析物与印制有受体的塑料膜选定部位相接触时，可以通过被分析物的物理尺寸及其确定而精确的放置，产生透射光和／或反射光的衍射。进而产生一个很容易被肉眼所观察到，或视需要用一个传感器观察到的衍射图象。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分析物传感器领域，更准确地说本专利技术涉及金属薄膜上的微触点印制胶合物以其制成光学衍射生物传感器的领域。本专利技术背景微触点印刷是形成微米或亚微米侧向尺寸的有机单分子层图形的一种技术。该项技术为形成某些类型图形提供了实验上的简易性和灵活性。在已有技术中，微触点印刷利用自组装的长链烷烃硫醇盐单分子层在黄金或其它金属上形成有机结构。这些图形起到纳米保护层的作用，以防止依托的金属被适当配制的腐蚀剂所侵蚀，或允许在图形的亲水区有选择地放置液体。通常，利用烷烃硫醇作为“墨水”可形成尺寸小于1微米的自组装单分子层的图形，并可利用高弹体“印模”将其印制在依托的金属上。印模是利用光学或X-射线微平板印刷术或其它技术制备的靠模模压硅橡胶制成的。(参见美国专利申请系列Nos.08/654，993；08/769，594；08/821，464；08/707，456和08/768，449，在这里将其全部引入作为参考文献)微触点印刷为微加工带来一系列的可能性。微触点印刷使之能形成仅由其成分的官能团加以区分的图形；这一能力使表面性质，如高精度的界面自由能的控制成为可能。在已有技术中，微触点印刷依赖于分子的自组装。利用自组装的单分子层，可生成(至少是部分地)接近于热动力学最小值和内在缺陷排除和自愈合的系统。以吸收材料或颗粒对表面污染进行最低限度的防护这种简单方法可使最终结构中的缺陷出人意料的降低。利用自组装单分子层的工艺可以在无防护的实验室大气中于大气压下进行。因此，利用自组装单分子层的微触点印刷适合用于不能照例使用惯常微加工设备、或其所使用的设备耗资巨大的实验室。图形化的自组装单分子层可设计成对于许多湿性化学腐蚀剂的保护层。已有技术中，也有5到2000纳米厚的金膜通常被支撑在底层涂钛的Si/SiO2片或玻璃片上。钛起到金和支撑之间粘附促进剂的作用。但硅片是刚性，脆性，和不透光的。这些硅片还不适合于活版印刷，照相凹版印刷，胶版印刷，和网版印刷等大规模的，连续的印刷工艺(参见印刷术基础，A.Glassman，Ed，(Tappi Press Atlanta，GA1981)；不列颠大百科全书，vol.26，pp.76-92，110-111(Encyclopedia Brittanica，Inc.1991))。另外，硅必须在一个单独的步骤中以不足以粘合的Cr或Ti或Au粘结促进剂一起进行处理，以防止一个稳定的和良好-排序的单分子层形成。最后，硅对于可见光是不透明的，所以所得到的任何绕射图形一定是由反射光生成的，而不是透射光。需要一种光学透明的，柔软基片上接触印刷图形化受体的方便有效和简单的方法，该方法适合于连续加工，并且不使用自组装单分子层。这种方法和由该方法所形成的装置是简单的，且不受限于自组装单分子层的局限性而且便于制作。本专利技术概述本专利技术提供一种检测和定量分析存在于介质中的被分析物的低成本而又灵敏的装置和方法。该装置包括镀以金属膜，其上印制有被分析物-特性受体专门的预定图形。本专利技术不使用自组装单分子层，其更具普遍性的地方在于可以使用任何能够化学地偶合在所用表面上的受体。在接触到能够将光线散射到印制受体的塑料薄膜选定区域的目标被分析物时，通过被分析物的物理尺寸，折射指数和被分析物的确定的，精确地放置位置而产生透射光和/或反射光的衍射。在因被分析物过小或与周围介质相比不具备适合的折射率差使被分析物不能散射可见光的情况下，与被分析物偶合的聚合物小珠与受体的接触则为另一种产生光衍射的方法。可生成一个衍射图像，该图像可以很容易地用肉眼看到，或视需要可用一个传感设备看到。本专利技术为一种生物传感器，包括一个涂敷金属的聚合物薄膜，和印制在聚合物薄膜上的受体层，其中受体层上有可特定地粘合一种被分析物的受体材料。本专利技术使用了图形化单分子层的接触印刷法，该单分子层利用微生物胶合剂衍生物。这种衍生物的一个实例为硫醇。所需要的胶合剂可以是硫羟化抗体或抗体片断，蛋白质，核酸，糖，碳水化合物，或任何其它能够粘合被分析物的功能性材料。衍生物吸附于金属表面，如镀以金属的聚合物薄膜。图形化的单分子层可通过被分析物特异性受体图形在其上控制被分析物的放置。这样制作的本专利技术的生物传感装置使用时，首先将生物传感装置暴露于含有选定的被分析物的介质，随后，在一个适当的孕育期以后，由例如激光器或点光源发光穿过薄膜。如果介质中存在有被分析物并被粘合在图形化单分子层受体上，便生成可见光或近红外光图像的方式衍射光。换言之，上面粘合有被分析物的图形化单分子层能够产生光的衍射图形，根据单分子层上带有所研究的被分析物的受体的反应，该图形将有所不同。光线可能在可见光谱的范围内，并且不是由薄膜反射就是透射，而且被分析物可以是与所述单分子层反应的任何化合物或颗粒。光线可能是白光，或在优选可视范围内的单色电磁辐射。本专利技术还为黄金或其它适宜的金属与金属合金上的单分子层提供了柔性的支撑体。本专利技术包括用于金或其它适合材料薄层的支撑体，这些材料在形成良好排序的单分子层或胶合物薄层时不需要粘合促进剂。本专利技术还为适合于连续印刷，而非分批制作的黄金或其它材料层提供了一种支撑体。另外，本专利技术提供了一种能够大批生产的低成本，易处理的生物传感器。本专利技术的生物传感器可以作为探测被分析物的单一试验装置进行生产，或设计成多种试验的装置。本专利技术的生物传感器的应用包括(但非局限于)探测衣物，如手巾中的化学或生物污染，通常用于探测预先包装的食物如果汁或其它饮料中被微生物污染的情况，以及本专利技术的生物传感器在健康诊断设备中的应用，如用于探测抗原，微生物，和血液成分的成套诊断组件。在本专利技术的另一个实施例中，将特定微生物族的营养素加入受体的单分子层中。这样，浓度很低的微生物即可被探测到，即首先使本专利技术的生物传感器与加有的营养剂相接触，随后在适合于所粘合的微生物生长的条件下对生物传感器进行培育。微生物可以增长直到具有足够的微生物形成衍射图形。本专利技术也可用于隐型眼镜，眼镜，窗户玻璃，药物玻璃瓶，溶剂容器，水瓶，邦迪等，探测其污染情况。浏览了下述所公开的实施例的详细描述以后，将对本专利技术的这些和其它特性及优点看得更为清楚。附图说明图1为带有营养剂敷层的镀以金属的MYLAR薄膜的示意说明。图2为可以同时量测介质中几种不同被分析物的生物传感器。图3为根据本专利技术的受体接触印制的示意图。图4为以硫醇化抗体胶合物印制的表面上的酶联接免疫吸附剂测试(ELISA)。图5为与印制的抗体接触后，涂有抗原的聚苯乙烯代用品颗粒的照片。图6由图4所述样本所产生的衍射图形。图7为连接于图形抗体受体的白色念珠菌的光学显微照片。图8为白色念珠菌结合于图形受体上所产生的衍射图形。专利技术详细介绍本专利技术的特点在于改善生物传感装置，和使用这种生物传感装置的方法，用以探测和定量分析一种介质内所研究的被分析物是否存在和数量。可由本专利技术探测的被分析物包括(但非局限于)微生物，如细菌，酵母，真菌和病毒。与已有的装置不同，本专利技术的装置可以探测到介质中极少量的被分析物，仅需持续数分钟进行快速检定。另外，除光源以外，本专利技术的生物传感器不需要信号或相应的电子部件。本专利技术包括将被分析物特异性受体微接触地印制在镀以金属的塑料薄膜上，它可用以开发基于光衍射以指示被分析物存在的一次性、易处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括： 用金属涂敷的聚合物薄膜；和 印制在聚合物薄膜上的图形受体层，其中受体层上具有可特异性粘合一种被分析物的受体材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DS埃弗哈特，ML琼斯，RM凯勒，
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]