基于相移干涉测量法的光纤分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一基于相移干涉测量法的光纤分析装置。本发明专利技术公开用于检测试样溶液中分析物（４６）的存在或数量或结合速率的装置和方法。所述装置包括具有相隔大于５０ｎｍ的距离“ｄ”的第一（４２）与第二（４０）反射表面的光学组件（２６），其中所述第一表面由一分析物结合分子层（４４）形成；和用于将一光束射到所述第一和第二反射表面上的光源（２２）。当将所述组件置于分析物溶液中时，所述装置中的检测器（２８）运行，以通过检测从所述第一和第二表面所反射的光波的相位移来检测因分析物至所述分析物结合分子的结合而引起的所述第一反射层的厚度变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测在一试样中一个或多个分析物的存在、数量或结合速率 的装置及方法，且具体而言涉及基于光纤干涉测量法的装置及方法。
技术介绍
基于一分析物-抗-分析物结合对的成员之间的结合事件的诊断性测试已广泛用于 医疗、兽医、农业及研究应用中。通常，此类方法被用来检测一试样中的分析物的存 在或数量、及/或此分析物与此抗-分析物的结合速率。典型的分析物-抗-分析物对包括 互补核酸链、抗原-抗体对、及受体-受体结合剂的，其中分析物可为所述对中的任一 成员，且抗分析物分子是其对立成员。此类型的诊断方法通常采用一具有试样分析物分子将与其特异性结合的固定抗 分析物分子并在一界定的检测区上具有高亲和性的固体表面。在称作固相分析的此类 分析中，在促使分析物结合至固定抗-分析物分子的条件下，固体表面暴露于试样。可 直接通过(例如)质量、反射率、厚度、颜色或其他可指示一结合事件的特征来检测 结合事件。在(例如)使用发色团、或荧光或放射性标记来预标记分析物位置时，可 根据在检测区上可检测标记的存在及/或数量来检测结合事件。或者，可在分析物在所 述检测区上结合后，用(例如) 一辅助、荧光标记的抗-分析物抗体来标记此分析物。共同拥有的第5，804,453号('453专利)美国专利公开一种设计用以检测结合至一 光纤端面的分析物的光纤干涉仪分析装置，此美国专利以引用方式并入本文中。分析 物检测是基于一因分析物分子至表面的结合而引起的光纤端面的厚度变化，分析物数 量越多，所产生的与厚度相关的干涉信号变化就越大。如在'453专利的图7a及7b中所 具体说明，干涉信号变化是由自光纤的端部所反射的光与自置于此光纤端部的结合层 所反射的光之间的相位移而引起。此装置易于操作并为分析物检测提供一种快速分析 方法。理论上，干涉仪分析装置将产生可易于观察的光谱峰及谷(极值)位置变化，所 述位置变化处于传统可见光分光计的范围内(更确切地说，介于约450-700nm之间的 可见光范围内)，以致光纤端部上相对小的光学厚度变化均可作为干涉波长峰及谷的光谱位置的显著变化来检测。用'453专利中所述装置观察的一个限制是在此光谱范围 内没有易于识别的波长光谱极值。设计本专利技术以克服此限制、保留前面所公开装置的速率及简单性的优点，但显著 提高灵敏度及精确度。本专利技术还提供一种更方便的可置换头形式、以及一种用於(例如) 基因芯片及蛋白质芯片应用的多分析物阵列形式。
技术实现思路
本专利技术一方面包括一种用于检测一试样中分析物的装置，其包括检测分析物的存 在、分析物的数量或分析物与分析物结合分子的缔合及/或离解速率。此装置包括一光 学元件，此光学元件具有相隔至少50nm的一个近端反射表面和一个远端反射表面。来 自一光纤的光束射至这两个反射表面并从这两个反射表面反射。所反射的光束耦合返 回至此光纤并相互干涉。此光学元件还包括一个经定位的分析物结合分子层，以便所 反射光束之间的干涉随着分析物结合至所述分析物结合分子层而变化。干涉变化可由不同的物理现象而引起。例如，分析物结合可引起这两个反射表面 之间的光学路径长度或物理距离的改变。或者，分析物结合可引起该等反射表面之间 的材料的光学吸收或反射率改变。分析物结合还可引起分析物结合分子层膨胀，从而 导致干涉改变。在一具体设计中，远端反射表面包括分析物结合分子层。例如，当分析物结合至 分析物结合分子层时，这两个反射表面之间的光路径长度或物理距离可能增加。在本专利技术另一方面中， 一种透明固体材料位于反射表面之间且，视需要，近端反射表面包 括一具有大于此透明固体材料的反射率的材料。或者， 一空气隙可位于反射表面之间。在另一设计中，此远端反射表面位于近端反射表面与分析物结合分子层之间。例如， 分析物结合可使分析物结合分子层膨胀，使远端反射表面移动靠近近端反射表面。在 又一设计中，分析物结合分子层位于这两个反射表面之间。分析物结合可使此层膨胀 或改变其反射率，进而改变两个反射光束之间的干涉。在另一方面中，此装置包括一光学组件，其具有相隔50nm以上的距离"d"的第一 及第二反射表面。此光学组件由一个透明光学元件组成，此光学元件可具有一界定于 此元件的近端与远端面之间的至少50nm、较佳介于400至1，000 nm之间的厚度。第一反 射表面置于光学元件的远端面上，且由一分析物-结合分子层形成。第二反射表面由一 种折射率大于此光学元件折射率的透明材料涂层形成。此涂层可由一较佳厚度介于5 与50nm之间的Ta2Os层形成。光学元件可为Si02，并具有且介于约100至5,000 nm之间、 较佳400至1,000 nm的厚度。还包括一光源，其用于将一光束射到所述第一及第二反射表面上；及一检测器单 元，当此组件被置于分析物溶液中时，其运行以检测一因分析物结合至分析物结合分 子而引起的第一反射层的光学厚度变化。第一反射层光学厚度变化与由自所述第一及第二表面反射的两个光波所形成的干涉波的相位特性位移有关。所述相位特性可为干 涉波的一个或多个峰及谷的光谱位置的位移，或是此波整个循环周期的变化。光源可包括一个其远端适于毗邻此组件中的第二反射表面放置的光纤，且此装置 进一步包括一个用于将反射光波自组件反射至检测器的光耦合器。在第一实施例中，此光学组件固定安装于所述光纤上，同时光纤的远端与第二反 射表面接触。在第二实施例中，此光学组件进一步包括一第二透明光学元件，其具有 小于第二涂层的折射率及大于约100 nm的厚度，其中此高折射率材料的涂层夹于这两 个透明光学元件之间。在后一实施例中，此组件是以可移动方式附接至光纤的远端区 域，光纤的远端与组件中第二透明光学元件的相对面之间具有一小于100 nm或大于2 pm的间隔。为了检测多种分析物(例如多种核酸物质)，分析物结合分子层可由诸如单链核酸 等离散分析物结合区域阵列组成。该等区域可有效地结合不同的分析物。此光纤包括 复数根单独的光纤，每一光纤与该等区域中之一对准，此检测器包括复数个检测区，且光耦合用于将复数根光纤中每一根与此区域中的每一个耦合在一起。此组件中的分析物结合分子可为(例如)(i)抵抗物质(anti-species)抗体分子，其用 于筛选杂种细胞库以寻找隐藏抗体的存在、(ii)抗原分子，其用于检测特异性针对此抗 原的抗体的存在；(iii)蛋白质分子，其用于检测此蛋白质的结合伙伴的存在；(iv)蛋白 质分子，其用于检测能够与此蛋白质形成多蛋白质络合物的多种结合物质的存在；或 (v)单链核酸分子，其用于检测核酸结合分子的存在。此检测器可为用于测量所选波长范围内的反射光强度的分光计。或者除其外，此 光源可包括复数个发光二极管，每一发光二极管均具有一特性光谱频率，且此检测器 用于记录不同LED频率中每一频率下的反射光的光强度。在再一实施例中，此光源包 括一个白光源且此检测器经设计以记录复数个不同波长中每一波长下的反射光的光强 度。另一方面，本专利技术包括一种用于检测一试样溶液中分析物的存在或数量的方法。 此方法包括使此试样溶液与第一反射表面反应，此第一反射表面由置于透明光学元件 的远端表面上厚度至少50nm的分析物结合分子层所形成，从而通过分析物与此层中的 分析物结合分子的结合来增加第一反射层的厚度。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件，其包括适于附装至光纤的一端来接收来自所述光纤的光束的光学元件，所述光学元件包括（ａ）相隔至少５０ｎｍ的近端反射表面与远端反射表面，和（ｂ）一分析物结合分子层，其定位可使来自所述近端反射表面的反射光束与来自所述远端反射表面的反射光束之间的干涉随分析物与所述分析物结合分子层的结合而改变，其中所述反射光束耦合到所述光纤中，且其中所述光学元件进一步包括位于所述反射表面之间的空气隙。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：谭宏，谭语山，陈段君，克丽斯塔利娅威特，
申请(专利权)人：佛特比奥公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]