光学传感器制造技术

一种光学传感器，该光学传感器包括具有传感层的波导，所述传感层被分子压印，使得所述传感层接收并保留将被传感的目标实体，所述光学传感器还包括被检测设备，所述检测设备被设置为检测当所述传感层接收并保留所述目标实体时发生的所述波导的光学性质的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学传感器和光学传感的方法。
技术介绍
能够以高灵敏度并实时地监测生物相互作用的传感器在生命科学研究和エ业两者中都具有相当大的重要性。存在监测作为分子间相互作用的结果的生物样本的折射率(或其它光学性质)的变化的多个传感器。可以作为通过样本的光的性质(例如強度)的变化来测量样本的光学性质的此类变化。在典型的传感器中，光被耦合进光学波导的导模中。与导模相关联的倏逝波延伸到生物样本中，其可以例如被保持在凝胶中或液体形式中。在一些传感器中，可以通过修改光被耦合进波导中的入射角来调谐倏逝波延伸到生物样本中的深度。如果在生物样本中发 生变化，则生物样本的折射率将改变。与导模相关联的倏逝波经历了折射率的此变化。因此通过监测从光学波导的导模输出的光，可以观察到在生物样本中发生的变化。期望的是检测水内的污染物。对于超纯水而言情况尤其如此，其可以例如被用于化学測定或静脉注射。在这种情况下，水不仅应没有例如细菌的生物制剂，而且还应没有生物制剂产生的内毒素。检测水中的细菌的ー些方法检测活细菌的作用并因此这些方法对内毒素不敏感。这些方法还对死细菌或坏了的细菌不敏感。其它方法检测指示细菌的最近存在的酶的作用。然而，为了这起作用，酶不能已经变性。也就是说，酶必须仍起作用以便能够检测其作用。以上两种方法通常都要求使用附加试剂。可以使用现有技术方法来检测内毒素。然而，用来检测内毒素的方法通常要求受控条件和附加试剂的使用。一个此类方法涉及马蹄蟹(美洲鲎)的变形细胞血细胞的使用。血细胞在被置干与细菌内毒素接触时形成凝块，即使在非常低的内毒素浓度下。检测细菌和内毒素的以上方法是低效的且在ー些情况下可能是无效的。此外，其无助于针对污染物的水的连续监测。期望克服或缓解以上缺点中的至少ー个。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了ー种光学传感器，该光学传感器包括具有传感层的波导，传感层被分子压印，使得传感层接收并保留将被传感的目标实体，该光学传感器还包括检测设备，检测设备被设置为检测当传感层接收并保留目标实体时发生的波导的光学性质的变化。传感层可以包括具有适合于接收目标实体的形状的接收位点。传感层可以包括具有与目标实体的官能团互补的官能团的接收位点。传感层可以是多孔的。其中检测到变化的光学性质可以是折射率。目标实体可以是有机磷酸酯化合物或生物分子，例如核糖核酸酶，其可以是非活性的。波导可以是漏模波导。波导可以包括具有比传感层的折射率高的折射率的材料层。材料层可以是金属层。传感层可以是聚合物层。聚合物可以是碳基或硅基聚合物。传感器可以形成作为水净化系统的部分的污染检测器的部分。根据本专利技术的第二方面，提供了ー种使用光学传感器的光学传感方法，该光学传感器包括具有传感层的波导，传感层被分子压印，使得其接收并保留目标实体，所述方法包括将传感器的一部分定位于流体流动路径中，该流体流动从而接触传感层的至少ー个表面，将光耦合进波导的导模中，使得传感层接收光中的至少ー些，并监测从波导输出的光的性质，该性质在分子压印层接收并保留目标实体的情况下改变。传感层相对于流动流体而言可以是多孔的，从而允许流体流入传感层。传感层可以包括具有适合于接收目标实体的形状的接收位点。传感层可以包括具有与目标实体的官能团互补的官能团的接收位点。被监测的输出光的性质可以是光的强度和/或从波导输出的光的角度。将被传感的实体可以是核糖核酸酶，其可以是非活性的。流体可以是水。被传感的实体可以是污染物或污染物的产物。根据以下描述，本专利技术的各种方面的其它优选和有利特征将是显而易见的。附图说明现在将仅以实施例的方式參考附图来描述本专利技术的特定实施方式，在所述附图中图I是依照本专利技术的实施方式的光学传感器的横截面示意图； 图2和3是图I所示的光学传感器的波导的横截面示意图；图4a、4b和4c是依照本专利技术的用来产生分子压印聚合物的过程的图；图5是由图4a至4c所示的过程所产生的分子聚合物腔体接收目标实体的过程的图；图6是示出波导的反射率与光在波导上的入射角之间的关系的第--般方案的图表；图7是示出波导的反射率与光在波导上的入射角之间的关系的第二一般方案的图表；图8是示出波导的反射率与光在波导上的入射角之间的关系的第三一般方案的图表；图9是示出峰值像素与基线像素的位置之间的差的图表，该差为对于两个单独波导而言波导被暴露的目标实体的浓度的函数，两个单独波导中的ー个包括依照本专利技术的实施方式的分子压印聚合物传感层且另ー个包括非分子压印聚合物传感层。图10是示出作为目标实体暴露的浓度的函数的使用包括根据本专利技术的分子压印聚合物传感层的波导与使用具有非分子压印聚合物传感层的波导的峰值像素的位置之间的差的图表； 图11是图2和3所不的光学传感器的波导的横截面不意图和折射率的相应图表；图12是光学传感器的替换波导的横截面示意图和折射率的相应图表；图13是示出可以形成根据本专利技术的光学传感器的一部分的几个波导的第一响应的图表，每个波导具有使用不同的參数已被旋涂的分子压印聚合物层。图14是示出图13的波导的第二响应的图表；图15是示出波导的第一响应的图表，该波导可以在多个条件下形成根据本专利技术的光学传感器的一部分；以及图16是示出在所述多个条件下的图15的波导的第二响应的图表。具体实施例方式參考图1，光学传感器10包括位于棱镜14上的波导12。来自光源16的光经由准直透镜18、孔径光阑20、第一起偏振器22、第一会聚透镜24和棱镜14直接射向波导12。起偏振器22用来选择适当的偏振光。光经由棱镜进入波导,棱镜将光稱合进波导。一些光随后漏出波导12并通过棱镜14。光从棱镜14行进,经由第二会聚透镜26、相对于第一起偏振器22交叉的第二起偏振器28并进入检测器30。检测器30是例如光电ニ极管或CXD阵列的光強度检测器。可以使用任何适当的辐射检测器。在一些实施方式中，可以省略第二起偏振器28。图2更详细地示出波导12的一部分。波导12包括在金属层38上提供的传感层34。使波导12位于与导管32的流动连通中，流体31流过导管32 (用箭头A表示流动)。金属层38是在基底36上提供的。可以将可以例如由石英形成的基底结合到棱镜14(參见图I)。棱镜14可以用来将光耦合进并耦合出波导12。在一些实施方式中，金属层38具有20nm的厚度。然而，可以使用金属层38的任何适当的厚度。金属层38的厚度可以例如在O. 5nm 和 200nm 之间。传感层34是聚合物层，其可以例如是碳基或硅基的。与类似的碳基的聚合物相比，硅基的聚合物的优点是其能够在存在空气的情况下产生。使用碳基的聚合物，这是不可能的，因为其在空气中与氧反应。特别地，如果碳基的聚合物是由自由基聚合过程形成的，则氧将与自由基反应。硅基的聚合物可以包括例如线性硅氧烷或晶格状溶胶-凝胶。为了有助于理解传感层34工作的方式，首先考虑制造传感层的方式是有益的。在处于流体状态的同时(即在其固定之前)将聚合物层旋涂到金属层38上。在旋涂期间，流体聚合物混合物中的表面张カ有助于确保传感层34的表面40基本上是平的。这有助于使在使用期间从波导12返回的信号中的噪声或损耗最小化(该噪声或损耗可以是由由于传感层中的表面缺陷而引起的散射所引起的)。可以使用旋涂方法的替换方法将聚合物层施加于金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.11 GB 0919742.71.ー种光学传感器，该光学传感器包括具有传感层的波导，所述传感层被分子压印，使得所述传感层接收并保留将被传感的目标实体，所述光学传感器还包括检测设备，所述检测设备被设置为检测当所述传感层接收并保留所述目标实体时发生的所述波导的光学性质的变化。2.如权利要求I所述的光学传感器，其中，所述传感层包括具有适合于接收所述目标实体的形状的接收位点。3.如权利要求I或权利要求2所述的光学传感器，其中，所述传感层包括具有与所述目标实体的官能团互补的官能团的接收位点。4.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述传感层是多孔的。5.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，其中检测到变化的光学性质是折射率。6.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述目标实体是核糖核酸酶。7.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述目标实体是非活性的。8.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述波导是漏模波导。9.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述波导包括具有比所述传感层的折射率高的折射率的材料层。10.如权利要求9所述的光学传感器，其中，所述材料层是金属层。11.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述传感层是聚合物层。12.如前述权利要求中任意一项所述的光学传感器，其中，所述传感器形成作为净化系统的部...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·戈达德，P·泰勒，
申请(专利权)人：EMD密理博公司，
类型：发明
国别省市：