可变穿透深度的生物传感器和方法技术

一种表面等离子体共振传感器系统，其包括高折射率棱镜、传感器芯片、具有涵盖广泛波长的多个波长的光源、光学透镜、光电探测器、数据获取单元，如本文所定义。所述传感器芯片可包括例如透光性基材一面上的薄层硅和金以及所述透光性基材另一面附近的棱镜。这种设置提供多至约1.5微米的可变穿透深度，感测样品内折射率变化的动态范围比常规SPR传感器高数倍。本公开提供使用表面等离子体共振传感器系统用于细胞试验或化学试验相关应用的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及生物传感器、生物传感器设备和生物传感器使用方法。专利技术概述本公开提供用于表面等离子体共振(SPR)传感器系统的传感器芯片，其具有可变穿透深度分辨能力。本公开还提供包括所述传感器芯片的表面等离子体共振传感器系统。本公开还提供使用所述表面等离子体共振芯片和所述传感器系统用于化学和生物试验相关应用的方法。_6]附图简要说明在本公开的实施方式中图I显示采用所述传感器芯片的多波长SPR感测系统的示例性示意图。图2显示对于所述SPR感测系统样本穿透深度随着波长变化的关系。图3显示供对比度现有技术SPR芯片(300)结构，该芯片由玻璃基材上的薄金属涂层组成，所述基材的未包覆表面接触耦合棱镜。图4显不所述基于玻璃基娃(SiOG)的SPR传感器芯片的一般结构。图5显示常规芯片的SPR响应，反射率随着入射角(AoI)而变化。图6显示SiOG芯片的SPR响应，反射率随着入射角(AoI)而变化。图7显示所述基于SiOG的SPR系统的示例性测量响应。图8显示用现有技术的SPR设备测得的对比性多层响应。图9显示所述基于SiOG的SPR传感器系统响应与PAH/PSS层厚度的线性关系。附图说明图10描述2个光束间SPR响应的角度差异随基材折射率而变化。图11提供SPR响应半角宽在不同基材上不同波长时随折射率变化的图。图12显示检测能力的示例，用不依赖标记的检测共振波导仪和所述SPR传感器系统测量针对三磷酸腺苷(ATP)处理的细胞反应。图13显示接触肾上腺素的细胞比较，用不依赖标记的检测共振波导仪和所述SPR传感器系统所测量。图14显示用所述传感器系统测得的革兰氏阳性(G+)菌枯草芽孢杆菌(B. subtilis, Bs)和革兰氏阴性(G_)菌大肠杆菌(E. coli, Ec)对青霉素的细菌反应的结果O图15显示对氨苄青霉素的深度分辨细菌试验反应的传感器系统结果。图16显示有调节剂的核受体的细胞试验结果，用深部分辨细胞试验(DRCA)法测量以提供有效的细胞-核试验。图17进一步证明细胞-核试验中核受体与DRCA的特异性。专利技术详述参考附图(如果有)详细描述本公开的各种实施方式。对各种实施方式的引述并不限制本专利技术的范围，该范围仅由所附权利要求书的范围限制。另外，本说明书所列实施例为非限制性且仅列出所主张专利技术的许多可能实施方式中的一些。“效应物”或类似术语指某分子，包括各种小分子且涵盖任何调控分子，包括能结合某蛋白并改变该蛋白活性的蛋白，或与其他细胞相互作用的生物细胞。“调节剂”或类似术语指在别构调节中结合调控位点并别构调节所述蛋白形状的分子，或更常是能引发另一分子反应的分子。“包括”、“包含”或类似术语指涵盖但不限于，即包容性而非排他性。用于描述本公开实施方式的“约”修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、加工温度、加工时间、得率、流速、压力等值和其范围，指可发生数量的变化，例如由于用以制备化合物、组合物、复合物、浓缩物或应用制剂的常规测量和处理过程；由于这些过程中的不经意误差；由于生产、来源中的差异，或用于完成所述方法的起始材料或成分的纯度差异；和类似因素所发生的变化。术语“约”还涵盖由于具有特定起始浓度或混合物的组合物或制剂的老化而产生差异的量，以及因为用具有特定起始浓度或混合物来混合或加工组合物或制剂而产生差异的量。本文所附权利要求包括这些“大约”数量的等同物。实施方式中“基本由…组成”指例如对于可变深度传感器和传感器系统，和对于制备或使用所述可变深度传感器和传感器系统以及本文所述物件、装置或任何设备的方法，且可包括权利要求所列组分或步骤，以及不实质性影响本公开物件、设备或制备和应用方法的基本和新特性的其他组分或步骤，如特定添加剂或成分、特定试剂、特定表面修饰剂或条件，或类似结构、材料或选定的过程变量。可实质性影响本公开组成或步骤的基本特性或者可使本公开的多方面产生不需要特征的物项包括例如无意的蛋白变性，或通过化学或物理方式对蛋白分子结构或特征造成类似的功能破坏或改变，所述改变可破坏试验的细胞或核特征。除非另有说明，本文使用的不定冠词“一个”或“某个”及其对应的定冠词“所述”指至少一个，或者一个或多个。可使用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，“h”或“hr”指小时，“g”或“gm”指克，“mL”指毫升，“rt”指室温，“nm”指纳米，和类似缩写)。对于组分、成分、添加剂、反应物、试剂、聚合物、寡聚体、单体、时间、温度等方面所公开的具体的以及优选地值及其范围仅用于说明；它们不排除其他定义值或已定义范围内的其他值。本公开的组合物和方法包括具有本文所述的任何值或所述值的任意组合、特定值、更特定的值和优选值。在本公开的实施方式中，有限穿透深度的光生物传感器系统和类似其他的消逝场传感器的问题可由例如所述可变穿透深度SPR传感器系统来克服，如本文所述，该系统具有含不同波长的光源且具有不同穿透能量学。本公开的实施方式中提供表面等离子体共振传感器系统，其包括例如高折射率棱镜、传感器芯片、具有涵盖广泛波长的多个波长的光源、光学透镜、光电探测器、和数据获取单元。所述传感器芯片可包括例如透光性基材一面上的薄层硅和金以及所述透光性基材、另一面附近的高折射率棱镜。这种设置可提供多至约I. 5微米的可变穿透深度，感测样品内折射率变化的动态范围比常规SPR传感器高数倍。本公开的实施方式中提供表面等离子体共振(SPR)传感器系统，所述系统包括提供入射光束的光源，所述光源具有至少2个波长；提供入射光束成形和光束聚焦的第一光学系统；包括透光性基材的传感器芯片，所述透光性基材在第一面上有高折射率棱镜以接 受入射聚焦光束，在基材第二面上有约IOOnm-约5微米的硅层和所述硅层上约30nm_约80nm的金属层；提供反射光束收集的第二光学系统；接受反射光束或发射光束并检测SPR信号的光电探检测器；和数据获取单元。所述系统还可在所述金属层表面上包括分析物，所述分析物含有例如生物制品、生化样本、细胞、细胞组分、细胞构建体、表面包被等实体或其组合。所述传感器系统可具有至少约O. 4微米的分析物穿透深度。所述光源可以是有例如跨越约400-约1，700nm的多种不同波长的多个光束。所述数据获取单元可通过例如发现SPR最小的角位置提供SPR角响应。所述传感器芯片有折射率为约2. 5-约4. O的高折射率层，所述棱镜的折射率为约2. 5-约4. O。所述基材上的硅层提供折射率为约3. 5的光学材料或起其作用。所述基材可为例如厚约10-约100微米的薄膜涂层，玻璃，晶体，半导体材料，等实体或其组合。所述基材可以是例如透光的，折射率大于约2. 4，且该基材在感兴趣波长范围内光损失低。所述系统还可包括例如切换光照的光源、光照的波长或其组合的装置。所述切换装置可包括人工操纵切换、自动或机器切换，包括有动力和控制功能的机电装置，如伺服发动机、微处理器、微动开关或类似组件，以及类似切换方法或设备，或其组合。在本公开的实施方式中，提供传感器芯片，包括透光性基材，在所述透光性基材的第一面上有约100-约2，OOOnm的硅层和所述硅层上的金层；和在所述透光性基材第二面上的高折射率棱镜。所述传感器芯片可包括厚约100-约1，OOOnm的娃。在本公开的实施方式中，提供有扩展穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：J·G·库亚德，N·H·方丹，J·拉稀瑞，李广善，A·刘，J·彭，D·T·沃尔顿，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：