用于量化分子相互作用的结合和离解动力的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过使偏振的入射光入射到在薄介电膜中形成的生物材料结合层上以使偏振的入射光满足p波非反射条件来以高灵敏度量化小分子生物材料的分子相互作用的结合和离解动力且几乎不受由缓冲溶液引起的折射率变化影响的装置以及使用该装置的量化方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在浸液微流路径环境下通过采用椭圆偏振法和反射法来量化小分子生物材料的分子相互作用的结合和离解动力的装置和方法。更具体地，本专利技术涉及通过使偏振入射光入射到在薄介电膜中形成的生物材料结合层上使偏振入射光满足P波非反射条件而以高灵敏度量化小分子生物材料的分子相互作用的结合和离解动力且几乎不受由缓冲溶液引起的折射率变化影响的装置以及使用该装置的量化方法。
技术介绍
反射法(reflectometry)和椭圆偏振法(elIipsometry)是用于通过量化从样品表面反射的反射光的反射系数或偏振状态的变化以及分析量化值来获得样品的厚度或光学物理性质的光度分析技术。采用上述技术的量化设备包括反射计和椭圆计。目前利用反射计和椭圆计来评价半导体行业的纳米薄膜制造工艺中的各种纳米级的薄膜厚度和物理 性质。此外，反射计和椭圆计的应用扩展到生物行业，并且正在试图用于分析生物材料(诸如蛋白质、DNA、病毒和新药材料)的界面。常规反射计的问题在于虽然其足以评价几纳米(nm)以上的纳米薄膜的厚度和物理性质，但是由于其在要求约I至O. OOlnm范围内的灵敏度的分析小分子生物材料方面的低测量灵敏度而具有低可靠性。与反射计相比，椭圆计的测量灵敏度为O. Olnm以下。具体地，如与在半导体基底上方形成的具有高折射率的半导体相比具有相对较低折射率的氧化物膜的厚度测量，在折射率的差别较高的条件下，椭圆计具有高测量灵敏度。然而，为了分析更小分子的生物材料，椭圆计需要提高灵敏度的量化方法。用于提高分析生物材料时的测量灵敏度的常规技术包括表面等离子体共振(SPR)传感器(下文称为“SPR传感器”)，其中混合了反射法和表面等离子体共振技术。表面等离子体共振现象是指以下现象金属表面中存在的电子被光波激发并在表面的法线方向上共同振动,此时光能被吸收。已知SPR传感器能够通过采用对光的偏振特性敏感的表面等离子体共振现象来测量与金属表面邻近的纳米薄膜的厚度和折射率变化，并且还通过采用不使用荧光材料的非标记方法实时测量生物材料的结合浓度的变化。图I是示出用于分析生物材料的常规SPR传感器的构造的示图。如图I所示，常规SPR传感器主要包括棱镜10、薄金属膜20、微流路径30、光源40、偏振器50、检偏器60和光检测器70。常规SPR传感器具有涂在棱镜10的一个表面上的厚度为数十纳米的薄金属膜20 (诸如金(Au)或银(Ag))，并具有形成在薄金属膜20上的微流路径30。此处，当将溶解生物材料样品32的缓冲溶液34注入到微流路径30中时，生物材料与在薄金属膜20的表面上形成的配体材料22相结合，从而形成预定厚度的结合层。接下来，光源40产生的光被偏振器50偏振。偏振的入射光经由棱镜10以表面等离子体共振角(下文称为SPR角(spr))入射到薄金属膜20的界面上，以使其产生表面等离子体共振。此处，从薄金属膜20反射的反射光包括关于样品32的结合层的光学数据。SP，在样品32结合至薄金属膜20并从薄金属膜20离解的过程中，分子相互作用的结合和离解动力(诸如结合浓度和结合层的厚度或折射率)发生了变化，因此改变了表面等离子体共振条件。图2示出了在样品32与薄金属膜20结合的过程中呈现出的结合曲线和在样品32从薄金属膜20离解的过程中呈现出的离解曲线。在图2中，结合速率常数ka的升高意味着生物材料的快速吸收，而离解速率常数kd的降低意味着生物材料被缓慢地离解。换句话说，可以通过测量结合速率常数和离解速率常数获得平衡态的离解常数Kd = kd/ka。例如，通过测量小分子和新药候选材料与包括癌风险因素的蛋白结合或离解的特性，可以确定可用作致癌剂的小分子和新药候选材料是否可以用作新药。接着，经由棱镜10和检偏器60，通过光检测器70检测包括诸如上面所述的光学数据的反射光。此处，光检测器70可以通过测量反射光的偏振分量(即，反射光的强度)的变化获得样品32的分子相互作用的结合和离解动力。下面参考图3和图4描述用于分析生物材料的常规SPR传感器的问题。图3是 示出显示出与常规反射系数相似特性的使用SPR传感器测量的椭偏常数(ellipsometricconstant) Ψ的图。如图3所示,薄金属膜20形成为50nm厚度的薄Au膜,并且使用波长为633nm的光源40。此外，测量结合层的厚度为Onm和lnm。另外，测量结合层的折射率η为I. 45，并且测量缓冲溶液34的折射率η为I. 333和I. 334。在常规SPR传感器的原理中，通过测量反射系数或椭偏常数ψ (根据其可以知道反射光的强度变化)来测量示出最小反射系数的SPR角根据时间的偏移量。此处，如图3所示，如果满足了表面等离子体共振现象，则反射系数或椭偏常数Ψ具有最小值，并且SPR角接近59°。还可以看出随着结合层厚度的增加以及缓冲溶液34的折射率的升高，椭偏常数Ψ向右移动。图3示出了生物材料结合约Inm具有折射率I. 45的情况与生物材料无结合并且仅当缓冲溶液34的折射率从I. 333变化到I. 334时存在SPR变化的情况的比较。从图3可以看出，这两种情况示出了 SPR角具有相似的变化。换句话说，仅必须测量已从中去除缓冲溶液的折射率变化的纯结合和离解特性，但可以看出当测量生物材料的结合和离解特性时，由于缓冲溶液的折射率的变化，测量结果产生问题。图4是示出常规问题的示图，其中，在样品结合和离解过程中出现的样品固有的结合和离解动力以及由缓冲溶液引起的折射率变化混在一起。图4(a)是示出在结合和离解过程中出现的样品32固有的结合和离解浓度的示图。图4(b)是示出由缓冲溶液34的折射率变化引起的SPR传感器的测量结果的变化的示图。图4(c)是示出在样品32固有的结合浓度和由缓冲溶液34引起的折射率变化混在一起的状态下通过SPR传感器测量的样品32的结合和离解浓度的示图。即，样品32对根据缓冲溶液34的折射率变化的效果(箭头所示)非常敏感，因此没有明确地出现仅纯样品32的结合和离解浓度。因此，通过仅分析纯样品32的结合和离解浓度难以计算样品32的结合和离解浓度。另一方面，为了校正缓冲溶液34的折射率变化以及防止由样品32和缓冲溶液34之间的扩散引起的误差，正在使用一种校正方法，其使用精制阀装置和精制空气注入装置以及用作参考通道的两个或多个通道。然而，这种方法难以区分由缓冲溶液34的折射率变化引起的SPR角的变化和由纯结合和离解特性引起的SPR角的变化，并且这些变化可以总是用作测量误差因素。因此，常规SPR传感器在测量具有低分子量的材料(诸如小分子)的结合和离解特性中由于诸如上述方法的测量方法的限制而具有根本问题。此外，常规SPR传感器需要高制造成本用于进行表面等离子体共振的传感器，因为其使用由贵金属(诸如金(Au)或银(Ag))制成的薄金属膜20。此外，薄金属膜20的问题在于，因为由于生产工艺表面粗糙度是不均匀的，所以折射率具有剧烈的变化，并且由于不稳定的光学特性而难以量化测量生物材料。
技术实现思路
技术问题因此，鉴于现有技术中出现的上述问题而做出本专利技术，本专利技术的实施例提供了，其在浸液微流路径环境中不受由缓冲溶液引起的折射率变化的影响并且因为不使用具有不稳定光特性的薄金属膜而能够改进测量灵敏度。 本专利技术的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.23 KR 10200901131641.一种用于量化分子相互作用的结合和离解动力的装置，包括 微流路径结构(100)，包括支撑件(110);基底(120)，形成在所述支撑件(110)上并由半导体或介电材料制成；薄介电膜(130)，形成在所述基底(120)上；覆盖单元(140)，被配置成具有分别设置在一侧和另一侧上的入射窗(142)和反射窗(144)并且所述覆盖单元140设置在所述支撑件(110)上；以及微流路径(150)，形成在所述支撑件(110)中以及所述支撑件(110)和所述覆盖单元(140)之间； 样品注入单元(200)，用于通过将包含生物材料的样品的缓冲溶液(210)注入到所述微流路径(150)中而在所述薄介电膜(130)上形成样品的结合层(160)； 偏振生成单元(300)，用于将通过所述入射窗(142)偏振的入射光以满足P波非反射条件的入射角Θ辐射到所述结合层(160);以及 偏振检测单元(400)，用于检测通过所述反射窗(144)入射的所述结合层(160)的反射光的偏振的变化。2.根据权利要求I所述的装置，其中，所述薄介电膜(130)包括半导体氧化物膜或者由透明材料制成的玻璃膜。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述薄介电膜(130)的厚度为O至lOOOnm。4.根据权利要求I所述的装置，其中，所述微流路径结构(100)包括 多个流入路径(152)和多个流出路径(154)，分别形成在所述支撑件(110)的一侧和另一侧上；以及 多通道的所述微流路径(150)，被配置成具有形成在所述覆盖单元(140)的内面中的多个阻挡肋(146)并且分别连接所述流入路径(152)和所述流出路径(154)。5.根据权利要求I所述的装置，其中 所述微流路径结构(100)形成单通道的所述微流路径(150)，以及 与所述样品相结合的多个不同的自组单层(132)进一步形成在所述薄介电膜(130)上。6.根据权利要求4所述的装置，其中 所述覆盖单元(140)的所述入射窗(142)和所述反射窗(144)中的每一个都具有弯曲壳体形式，所述弯曲壳体形式具有预定曲率；以及 所述入射光和所述反射光以垂直角度或者以所述入射光和所述反射光中的每一个的偏振状态没有较大改变的程度的几乎垂直的角度分别入射到所述入射窗(142)和所述反射窗(144)上。7.根据权利要求4所述的装置，其中 所述覆盖单元(140)的所述入射窗(142)和所述反射窗(144)的每一个都具有平板形状，以及 所述入射光和所述反射光以垂直角度或者以所述入射光和所述反射光中的每一个的偏振状态没有较大改变的程度的几乎垂直的角度分别入射到所述入射窗(142)和所述反射窗(144)上。8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述覆盖单元(140)由玻璃或透明合成树脂材料整体制成。9.根据权利要求I所述的装置，其中，所述结合层(160)是多层膜，包括适合于各种生物材料、固定材料以及包括结合至所述固定材料的小分子的各种生物材料的结合特性的自组单层(132)。10.根据权利要求I所述的装置，其中，所述偏振生成单元(300)包括 光源(310)，用于辐射预定光；以及 偏振器(320),用于偏振所福射的光。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述光源(310)辐射单色光或者白光。12...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵贤模，诸葛园，赵龙在，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：