生物传感器中的消逝场调制制造技术

本发明专利技术提供了一种ＦＴＩＲ系统，该系统包括：第一光源，其发射第一波长的光；样本体积，其具有相邻的传感器表面；检测器，其用于检测所述传感器表面处反射的光。该传感器表面由所述第一光源照射，满足全内反射条件并且在样本体积内产生具有衰减长度的消逝场。所述系统还包括用于改变消逝场的衰减长度的装置以及用于使检测的信号与消逝场的衰减长度的变化相关的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及受抑全内反射(FTIR)生物传感器系统以及检测FTIR生物传感器信号 的方法。
技术介绍
申请人:已经提交了几个涉及生物传感器或生物传感器系统的共同待决的申请。生 物传感器通常允许检测分析物或流体样本内的给定特异性分子，其中所述分子的量典型地 为小。因此，使用靶(target)颗粒，例如超顺磁性标签珠，如果要检测的分子存在于分析物 或流体样本内，那么所述靶颗粒仅结合到(bind to)特定结合部位或位点。可替换地，在抑 制测定法(assay)中，这些分子可以抑制这些颗粒或珠结合到传感器表面。一种检测结合 到结合位点或结合表面的这些标签颗粒的已知技术是FTIR。其中，光以可以发生全内反射 的角度耦合到样本或样本体积中。如果不存在靠近样本表面的颗粒，那么光被完全反射。然 而，如果标签颗粒结合到所述表面，那么全内反射的条件被破坏，光的一部分散射到样本中 并且因而由表面反射的光量减少。通过利用光学检测器测量反射光的强度，有可能估计结 合到表面的颗粒或珠的量。然而，FTIR的一个缺陷在于，FTIR系统以这样的方式工作起始信号，即不存在靠 近传感器表面的颗粒或珠时的信号为高。珠结合到表面于是将减少初始时高的光学信号。 因此，感兴趣信号X，即靠近表面的珠的量通过(I-X)测量，即作为初始时高或大的信号的 (小)变化。如果信号χ的变化与总的测量的光学信号(即(1-χ))相比相当小，那么这可 能造成所谓的“增益问题”，因为起始信号相对于感兴趣信号是大的。因此，难于放大信号X， 因为背景信号(1-x)也被放大，这可能导致例如放大器、ADC等等的非线性行为或者甚至饱 和。此外，这导致对增益变化和噪声(例如电子噪声)非常敏感的信号。
技术实现思路
因此，希望的是限制或者至少降低FTIR生物传感器系统中的背景并且能够以直 接的方式测量结合到这种生物传感器的传感器表面的珠的量。因此，本专利技术的一个目的是 提供一种克服上述问题的改进的FTIR生物传感器系统。本专利技术的另一个目的是提供一种 执行FTIR生物传感器测量或测定的改进的方法。这些目的是利用权利要求的特征来实现 的。本专利技术基于调制FTIR产生的消逝场(evanescent field)的衰减长度并且相应地 解调反射的信号的思想。因此，产生“直接的”信号，一旦不存在靠近传感器表面的颗粒，则 所述信号消失。相应地，本专利技术提供了一种FTIR系统，该系统包括第一光源，其发射第一波长 的光；样本体积，其具有相邻的传感器表面；检测器，其用于检测所述传感器表面处反射的 光。传感器表面由所述第一光源照射，满足全内反射条件并且在样本体积内产生具有衰减 长度的消逝场。所述系统还包括用于改变消逝场的衰减长度的装置以及用于使检测的信号与消逝场的衰减长度的变化相关的装置。可以设想若干改变消逝场的衰减长度的方式。例如，可以改变照射传感器表面的 入射角以便改变消逝场的衰减长度。然而，优选的是用于改变消逝场的衰减长度的装置适 于改变第一光源的第一波长。依照本专利技术的一个优选的实施例，所述FTIR系统还包括发射与第一波长不同的 第二波长的光的第二光源并且还包括允许利用第一和第二光源照射传感器表面的光学器 件。例如，可以使用二向色镜使所述两个光源(例如蓝色和红色激光器)的光束重叠。这 允许以平行的方式将红色和蓝色光耦合到样本体积中。优选的是，所述系统还包括用于反相地接通和断开第一和第二光源的装置。在红 色和蓝色激光器的情况下，该装置优选地适于用高频(例如若干100MHz)调制两个激光器， 并且还适于利用大约10与IOOkHz之间的中等频率调制波长。由于照射传感器表面的光在 所述表面处反射并且由检测器检测，因而这些强度和波长调制被检测。所述检测的信号然 后由用于解调的装置进行解调。如果波长调制的调制频率选择在足够高的频率处，那么可 以消除低频处存在的Ι/f噪声。有利的是，该系统还包括用于控制第一和第二光源相对于 彼此的强度的装置。本专利技术还涉及检测FTIR生物传感器信号的方法。所述方法包括步骤利用第一波 长的光照射与样本体积相邻的传感器表面，其中全内反射条件被满足并且在样本体积内产 生具有衰减长度的消逝场。该方法还包括步骤检测传感器表面处反射的光并且在照射和 检测期间改变消逝场的衰减长度。其中，可以通过改变照射光束的入射角或者通过改变第一波长来改变消逝场的衰 减长度。可选地，所述方法还包括步骤利用第二波长的光照射传感器表面。在这种情况 下，优选的是传感器表面由第一和第二波长的光交替地照射。该方法还可以包括解调检测 的信号的步骤。本专利技术的这些和其他方面根据下面描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照所 述实施例进行阐述。附图说明图1示意性地示出了现有技术FTIR系统的检测器信号。图2示意性地示出了消逝场的衰减长度与波长的依赖关系。图3示意性地绘出了依照本专利技术的FTIR系统的优选实施例。图4以框图示出了如何依照本专利技术控制光源。图5示出了依照本专利技术的两个光源的调制方案。图6a示出了如何依照本专利技术控制所述两个光源的另一框图。图6b示意性地示出了依照本专利技术的FTIR系统的检测器信号。具体实施例方式图1示出了具有现有技术FTIR系统的典型信号的示图。黑色曲线代表FTIR系统 的传感器表面处反射的光的强度。强度和时间的单位是任意的。在测量开始时，即在t =0处，测量的强度起始于大约0. 35的值，其代表所述测量的背景。这是在不存在任何靠近 传感器表面的珠或颗粒的情况下在传感器表面处反射的光量。在一段时间之后，即在t = 0.45处，颗粒沉淀(precipitate)或者受力(例如磁吸引)趋向传感器表面并且因而反射 光的强度降低。信号降低到大约0.27的平稳段，其中曲线饱和或稳定。在这种情况下，信 号中的振荡归因于该特定类型的测定中使用的磁珠驱动协议。感兴趣信号χ是该平稳段与0. 35的背景之间的差值(由箭头表示)。因此，实际 的感兴趣信息相当于大约21%的信号相对变化。在实际的测定中，测量的信号变化可以小 至0. 1%。这通常可能导致差的信噪比并且尤其是可能造成所谓的增益问题。例如，放大相 当小的信号χ是困难的，因为背景信号因而也被放大，这可能导致放大器的饱和。因此，本 专利技术旨在降低或消除该背景。本专利技术利用了以下事实消逝场的衰减长度在垂直于传感器表面的方向上呈指数 衰减。相应地，实际上在传感器表面上方仅仅存在对检测颗粒敏感的非常小的层。本专利技术 基于实际地改变或变更，尤其是调制消逝场的衰减长度的思想。消逝场的衰减长度可以按 照以下方式进行计算 其中，λ为光的波长，θ为进入的光相对于传感器表面法线的角度，并且ηι和 分别为衬底和样本流体的折射率。依照该公式，调制进入的光的波长造成也调制探测光场 的消逝衰减长度。这导致可以使用标准解调技术检测的调制信号。图2示意性地绘出了波长对消逝场的衰减长度的影响。在图2a中，传感器表面1 利用红色光照射并且产生具有大的衰减长度的消逝场2。沉淀或结合颗粒3在这种情况下 完全浸没到消逝场2中。如果像在图2b中那样使用蓝色光(即更小的波长)代替红色光， 那么消逝场2的衰减长度明显更小并且颗粒3仅仅部分地经历消逝场。相应地，在红色和 蓝色光之间切换导致在传感器表面处反射的不同信号。图3示本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＦＴＩＲ系统，该系统包括：第一光源，其发射第一波长的光；样本体积，其具有相邻的传感器表面，其中该传感器表面由所述第一光源照射，满足全内反射条件并且在样本体积内产生具有衰减长度的消逝场；检测器，其用于检测所述传感器表面处反射的光；用于改变消逝场的衰减长度的装置；以及用于使检测的信号与消逝场的衰减长度的变化相关的装置。

【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：JJHB施莱彭，DM布鲁尔斯，JAHM卡尔曼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]