改进的线栅衬底结构和用于制造这种衬底的方法技术

本发明专利技术涉及一种多层衬底结构，其包括：至少一个载体层（１１）；第一层（１２），所述载体层和第一层彼此接触；和至少一个第二层（１３），其具有不同于第一层的化学成分，所述第一层和第二层彼此接触，第二层形成若干开孔，每个开孔具有至少一个小于衍射极限的面内尺度（Ｗ１），该衍射极限由激发光的辐射波长限定。本发明专利技术进一步涉及这种衬底结构的用途和制造过程以及一种发光传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用在传感器中的多层衬底结构。而且，本专利技术涉及使用和制造该多层 衬底结构的方法以及包括该多层衬底结构的发光传感器。
技术介绍
生物传感器是这样的设备，其能够检测诸如血液、血清、血浆和唾液之类的样本中 比如但不限于蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA等目标分子的存在或者 定量地测量所述目标分子。这些目标分子也称为分析物。生物传感器可以使用包括用于捕 获分析物的特定识别元件的表面。这种表面可以通过将特定分子附着到它而被改性，所述 特定分子适合用于结合样本流体中存在的目标物质。这些分子称为分子配体。这样的分子 配体的实例是核苷酸探针、抗体等。将生物传感器的活性表面区域接合到诸如分子配体的 生物分子主要依靠特制化学成份以将它们共价附着到该表面，由此促进感兴趣的特定目标 的后续结合。已经提出了微孔或纳米孔衬底(膜)作为生物传感器衬底，这种衬底将大区域与快 速结合动力学相结合。这种传感器的实例在EP-06766040-A中示出，其中公开了玻璃衬底 上的不同线栅组成。该生物传感器的活性区域由沉积在玻璃上的线栅构成。具体而言，通 过使用亚衍射极限导线，入射偏振光的强度仅在表面附近20-30nm层内是显著的并且它在 其余范围被抑制，导致检测到局部结合。特别地，当分析物浓度低(例如低于InM，或低于IpM)时，扩散动力学在生物传感 器化验的总性能中起着重要作用。对于分析物到特定分子配体的最优结合效率，特定的表 面区域和短的扩散长度是非常有利的。
技术实现思路
本专利技术的目的是最优化传感器(比如发光传感器)中的局部结合效率，从而提高信 噪比。该目的是通过用在将用激发光照射的发光传感器中的多层衬底结构实现的，该多 层衬底结构包括至少一个载体层(11)，第一层(12)，所述载体层和第一层彼此接触，以及至少一个第二层(13)，其具有不同于该第一层的化学成分，所述第一层和第二层彼此 接触，该第二层形成若干开孔，每个开孔具有至少一个小于衍射极限的面内尺度(Wl )，该衍 射极限由该激发光的辐射波长限定。根据本专利技术的衬底包括形成表面的第一层和形成导线的第二层，该导线被放置为 使得形成若干开孔，所述开孔具有至少一个小于激发光的衍射极限的面内尺度(W1)。这两 个层具有不同的化学成分，例如由两种不同材料制成。通过使用两种不同化学成分，在所述 导线之间形成表面的第一层可以在化学上表现出不同于第二层(即导线)的行为。通过使用这些不同的化学属性，可以仅在所述层中的一个上促进生物分子的结合。寄生浓度损耗是这样的过程，其中目标分子的结合不被限制于检测到该目标的位 置。这将导致检测区域内目标的结合率的减小。最小化目标分子到无活性感测区域的结合 (例如到第二层的结合)将导致检测区域内目标的结合率的诱导。通过最小化目标分子到无活性感测区域的结合，将寄生浓度损耗限制在当前衬底 结构中。优选地，载体层和第一层对于激发光是基本可透过的，以便使得能够在衬底下 面放置光源和或检测器。基本可透过的意思是透射激发光的至少10%，优选地高于1/ e (36. 8%)。更优选地，第一层具有5nm到IOnm的厚度。该厚度允许激发光通过该层。对于由 金制成的第一层，从虚折射率(来源falik)得出，对于200nm与IlOOnm之间的光的波长， Ι/e强度衰减长度在1 Inm与2Inm之间。在优选实施例中，第一层包括惰性金属，优选地选自包括金、钛、钼和钯或其组合 的群组。在优选实施例中，形成导线的第二材料是铝、氧化铝或其组合。在优选实施例中，第一层被化学改性以促进分子目标固定。高效的目标固定是生 物传感器的基本特征之一。在固定之后，可以显现分析物结合的量。为了将生物分子附着 到表面，可以例如经由硫或胺类化学成份改性该表面。在优选实施例中，第一层的表面可以用硫醇基功能化。硫醇经由S原子共价附着 在金属表面，S原子提供了用于共价地提供用于生物分子(比如分子配体或探针)的锚的精 致且容易的方式。优选地，硫醇分子包括具有10到18个碳原子的长度的酰基链。优选地，第一层的表面用分子配体功能化，分子配体包括但不限于特定的捕获探 针。分子配体可以是核酸，比如DNA、RNA、适体、抗体、Fab片段、Fc尾。它们可以是蛋白质， 比如受体、抗体。抗体可以以多克隆和/或单克隆抗体的形式使用。分子配体可以是药物 或细胞或其它化学化合物。在优选实施例中，第二层未被功能化。未被功能化的意思是功能基被特别地定位 在第一层上而不是在第二层上。然而，这不排除第二层上存在一些功能基。与第一层上存在 的功能基的量相比，第二层上存在的功能基的量优选地低于20%，甚至更优选地低于10%。本专利技术进一步涉及一种发光传感器，其包括根据权利要求1的多层衬底结构、用 于照射该传感器的激发辐射源(31)和用于检测发光辐射的检测器(32)。优选地，该发光传 感器是发光生物传感器。此外，本专利技术涉及一种用于制造根据本专利技术的衬底结构的方法，包括以下步骤 提供载体层(11)，在载体层的顶部上添加第一层(12) 在第一层的顶部上添加第二层(13)通过图案化所述第二层限定具有至少一个小于衍射极限的面内尺度(Wl)的若干开孔。本专利技术还涉及根据本专利技术的衬底结构以及发光传感器用于检测目标分子的用途。附图说明图1 根据本专利技术的实施例的衬底结构 图2 对衬底结构的化学改性图3 发光传感器。具体实施例方式根据本专利技术的多层衬底结构和发光传感器系统非常适合用于目标成分的定性或 定量检测，其中目标成分可以例如是生物学物质，如生物分子、复合体、细胞片段或细胞。术 语“目标”将表示具有某种属性(例如，光学密度、磁化率、电荷或发光)的任意粒子(原子、分 子、复合体、纳米粒子、微粒子等)，其包括可被检测到的可能的标签粒子，从而(间接地)揭 示相关的目标成分的存在。“目标”和“标签粒子”可以是相同的。将生物传感器的活性表面区域接合到生物分子主要依靠特制化学成份以将诸如 捕获探针的分子配体共价附着到该表面，并且由此促进感兴趣的特定目标的捕获。玻璃表面可以容易地利用烷硅醛改性从而暴露醛基，醛基将与生物分子(蛋白质、 合成寡核苷酸)中大量存在的伯胺起反应。以相似的方式，可以为了相同的目的使用环氧硅 烷，由此向该表面涂覆与伯胺反应的环氧化物基。可替代地，利用氨基硅烷的处理将在玻璃 表面上暴露氨基，该氨基与具有或没有氨基的生物分子交联，例如在暴露于UV光时，DNA主 链的磷酸基对于稳定且高效的结合是足够的。然而，这些改性策略不仅在玻璃上而且在Al/ Al2O3上是高效的，AVAl2O3是用于用在光学传感器中的线栅图案的优选材料。在常规线栅衬底中，铝线栅以间距Wl (导线之间的开放间隔)沉积到玻璃衬底上， 该间距小于填充导线之间间隔的介质中的衍射极限。导线之间间隔的优选值是70nm，对于 1/1的开放/闭合比，这导致140nm的周期。这里，填充导线之间间隔的介质中的衍射极限 被定义为0. 5倍的波长(在真空中)与填充导线之间间隔的介质的折射率的实部之间的比。 在周期性结构的情况下(这是优选的，因为这导致产生第一层的可用于结合的最大区域)， 优选的是，具有小于衍射极限的周期性间距以避免寄生衍射效应。将这些因素考虑在内，优 选的是对于小于700nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种用在将用激发光照射的传感器中的多层衬底结构，包括：至少一个载体层（１１），第一层（１２），所述载体层和第一层彼此接触，以及至少一个第二层（１３），其具有不同于该第一层的化学成分，所述第一层和第二层彼此接触，该第二层形成若干开孔，每个开孔具有至少一个小于衍射极限的面内尺度（Ｗ１），该衍射极限由该激发光的辐射波长限定。

【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：N·N·卡亚，
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