单分子侦测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一用来侦测可发射光线之目标物的装置。此装置包括一光源(102)以及一导波器(110)。上述导波器(110)包括一核心层(112)以及一上部被覆层(114)。至少一奈米井(120)形成于至少上述上部被覆层(114)中。本发明专利技术提供的装置更包括一光侦测器(106)。此光侦测器(106)可侦测自一包含于至少一奈米井(120)中的单一分子目标物所发射出来的光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单分子侦测装置专利技术所属之
本专利技术关于一侦测装置，以及利用此侦测装置来侦测一目标物的方法。此外，本专利技术尚关于一侦测装置，其可侦测自一目标物，例如一单分子目标物，发射出之低强度的光。先前技术人类基因体计划(Human Genome Pro ject, HGP)刺激了 DNA定序通量上的快速增力口。这种增加，随着技术的改进，使得定序的成本相对应的下跌。对比于第一组基因体定序费时13年并花费将近三十亿美金，目前的基因体定序成本已经明显降低-实际上最近已经又完成两组个人基因体定序(McGuire et al. , Science 317:1687(2007))。对于病患及健康照护提供者来说，个人的基因体代表一医学治疗上之方法的典范转移(paradigmshift)。藉由管理疾病的遗传危险因子(genetic risk factors),健康照护提供者可更容易地实践预防医学，并且提供病患客制化的医疗照护。利用已建立完成的基因体数据库，药 物设计以及给药可更有效率，因此加速了药物基因体学(pharmacogenomics)之新生领域的发展。大部分传统的化学或生物化学分析系根据”集体(bulk)”检测。在上述检测中，检测在样本溶液之特定体积中的复数个分子的集体行为(collective behavior),以决定分子的特性。最近几年，单分子的侦测已经变得可行。单分子侦测提供远高于传统上集体检测的灵敏度，以及提供更详细的信息，很快地变成一种新趋势。Moerner，W.E.与Fromm, D.P在单一分子侦测的方法的回顾评论，”单分子荧光光谱及显微镜使用的方法(REVIEWARTICLE:Methods of single-molecule fluorescence spectroscopy and microscopy)，，，Review of Scientific Instruments 74 (8) : 3597-3619 (2003),以及 Walter, N. G.等人，，自己动手指南如何使用现代单分子工具组(Do-it-yourself guide:how to use the modernsingle-molecule toolkit)”，Nature Methods 5:475-489 (2008)中描述讨论已经用于或计划用于单分子侦测的方法与设备的可行性。美国专利号U. S. Patent No. 7，170，050提供一用于单分子侦测之零阶模式导波器(zero-mode waveguide, ZMW),上述零阶模式导波器由一金属薄膜以及复数个形成于其中的孔洞所组成，上述金属薄膜以及复数个孔洞构成ZWM的核心区域。当入射光线的波长比在ZMW核心区域中之传导光线的截止波长(cutoff wavelength)长时,入射光线将会被禁止在ZMW中传播。因此当具有比在ZMW核心区域中之截止波长更长之波长的光线入射到ZMW的入口时，光线将不会沿着ZMW的方向传播。相反地，光线的强度将会沿着ZMW方向以指数方式衰退，在ZMW的入口形成一消逝波(evanescent)的光场。因此在消逝波区域内提供一特殊的激发区，在此激发区中分子被可以被激发，并且发射出的光线可以被共轭焦显微镜(confocal microscope)所捕捉。然而，ZWM可被侦测的数量受限于共轭焦显微镜(confocal microscope)的数值孔径(numerical aperture, N/A),并且相对地限制可被观察分析的样品数量。美国专利号U. S. Patent No. 7，486，865提供了一种隐藏式(recessed)的ZWM,其中藉由将ZWM延伸进入底层基板(underlying substrate)中以形成上述隐藏式(recessed)的ZWM。这样的结构配置增加了可被观测区域的体积(observation volume)以及相对更强之光学讯号(signal level)。然而，上述结构配置仍然有规模放大(scale-up)的问题以及可被观察分析的样品数量受限的问题。因此，业界亟需一种侦测目标物的装置，尤其是该目标物，例如一单分子目标物，能发射出低强度之光。
技术实现思路
本专利技术提供一种侦测装置可以用来侦测会发光的物体，包括a) —导波器；该导波器包括一核心层；以及一第一被覆层；其中至少一奈米井形成于至少该第一被覆层中；以及b)至少一光侦测器，该光侦测装置可以用来侦测从至少一奈米井中的单一分子所发射出的光。本专利技术另提供一种单分子的侦测方法，包括藉由一光源发射一入射光；藉由一耦合器将该入射光耦合进入一导波器中，以在该导波器中形成一激发光；藉由该激发光及形成于至少一该导波器之被覆层中的至少一奈米井，形成一有效激发区；以及藉由该激发光激发一在有效激发区中的单分子目标物，使该单分子目标物发射出一光线可以被一光侦测器所侦测。本专利技术尚提供一种核酸的定序方法，包括下列步骤提供一侦测装置，包括一导波器，该导波器包括一核心层；以及一第一被覆层，其中至少一奈米井至少形成于该第一被覆层中；以及至少一光侦测器；提供至少一核酸分子；将该至少一核酸分子个别地定位(localizing)于至少一奈米井中；进行该至少一核酸分子的单分子合成定序，其中该单分子核酸的合成定序导致光线的发射，该发射的光线与至少一该核酸中的碱基之特性有关；利用该侦测器侦测该发射光，产生一输出讯号；以及处理该输出讯号以决定至少一该核酸所包含的碱基之特性。为让本专利技术所述之目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如后。可藉由在权利要求中所特别指出的要素和组合来了解及得到本专利技术所述之目的、特征、和优点。应可了解，本专利技术说明书之描述与图式亦仅仅作为说明之用而非用来限定本专利技术。本专利技术之保护范围当视后附之权利要求所界定者为准。本说明书中所附图式系用来配合本专利技术之说明，并成为本专利技术之说明的一部分，与说明书中所述内容共同描述本专利技术之多个实施例，用来解释其原理。图式简单说明第I图系依据本专利技术实施例之侦测装置的示意图。第2图系依据本专利技术实施例之不同大小的奈米井的示意图。第3图系依据本专利技术实施例之不同的奈米井设计的示意图。第4图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第5图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。 第6图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第7图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第8图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第9图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第10图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第11图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第12图系依据本专利技术实施例，描述一吸收发射光I禹合器(absorbing-emittinglight coupler)。第13图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第14图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第15图系依据本专利技术的一实施例之侦测装置的示意图。第16A-16D图显示不同奈米井之计算机仿真结果。第17A及17B图显示横向电波(transverse electric, TE)以及横向磁波(transverse magnetic,TM)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】2010.06.11 US 12/801,503;2010.07.29 US 12/805,4111.ー种单分子侦测装置，包括 一导波器；包括 一核心层；以及 一第一被覆层；其中至少一奈米井形成于至少该第一被覆层中；以及 至少一光侦测器。2.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中还包括一光源。3.如权利要求第2项所述之单分子侦测装置，其中还包括一光耦合器。4.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的上部开ロ大于该至少一奈米井的底部。5.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中藉由自一沿着该核心层传播之光波所诱导的光场，形成一有效激发区于该至少一奈米井的底部附近。6.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井以及该侦测器配置于导波器的相对两侧。7.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该光侦测器根据ー侦测的光产生ー讯号。8.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该导波器为一平面导波器，其还包括一第二被覆层，该第一被覆层及该第二被覆层配置于该核心层的相对两侧。9.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中至少一奈米井延伸穿过该第一被覆层的部分厚度。10.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中至少一奈米井延伸穿过该第一被覆层的全部厚度。11.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井延伸穿过该第一被覆层的全部厚度，以及该核心层之部分厚度。12.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井延伸穿过该第一被覆层的全部厚度，以及该核心层的全部厚度。13.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该光侦测器包括ー组光学感測器。14.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，还包括复数个奈米井形成于一奈米井P车夕(nanowe丄丄 array)。15.如权利要求第14项所述之单分子侦测装置，还包括复数个光侦测器形成ー侦测器阵列(detector array),在该侦测器阵列中的各个光侦测器对应于在该奈米井阵列中之至少一奈米井。16.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中一包含于该至少ー吸收ー激发光之奈米井中的单分子目标物，透过突光共振能量转移(Fluorescence resonance energytransfer, FRET),更激发另ー个单分子目标物，使该另ー个单分子目标物发射光线以被该侦测器侦测。17.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该核心层的折射率比该第一被覆层的折射率高。18.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，其中该核心层的折射率比该第一及第ニ被覆层的折射率高。19.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该核心层是由一材料所构成，且该材料择自至少下列之一 ^ixTi1-XO2, TiO2, Ta205、Nb2O5' HfO2, Al2O3' ZrO2, ZnS, SiNx、AlNx、TiNx、PC、PMMA、或 Su8。20.如权利要求第I项所述之侦测装置，其中该第一被覆层是由一材料所构成，且该材料择自至少下列之一 Si02、MgF2、CaF2> A1203、PMMA> Su8、或聚碳酸酷。21.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，其中该第一及第ニ被覆层是由一材料所构成，且该材料择自至少下列之一 Si02、MgF2、CaF2、A1203、PMMA、Su8、或聚碳酸酷。22.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，还包括一保护层配置于该第一被覆层上方。23.如权利要求第22项所述之单分子侦测装置，其中该保护层不透明。24.如权利要求第23项所述之单分子侦测装置，其中该保护层是由一材料所构成，且该材料择自至少下列之一 A1、Ti、Ni、Cr、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、或任两个或更多个上述材料的I=I O25.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，还包括一不透明层配置于该第二被覆层与该侦测器之间。26.如权利要求第25项所述之侦测装置，其中该不透明层是由一材料所构成，且该材料择自至少下列之一 A1、Ti、Ni、Cr、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、或任两个或更多个上述材料的合金。27.如权利要求第25项所述之单分子侦测装置，其中该不透明层具有一孔洞配置于该至少一奈米井与该光侦测器之间，以允许ー自一包含于至少一奈米井中的单分子目标物发射出的光线到达该光侦测器。28.如权利要求第25项所述之单分子侦测装置，其中该不透明层具有一奈米图案化的结构(nanopatterned structure)配置于该至少一奈米井与该光侦测器之间，以允许一自一包含于至少一奈米井中的单分子目标物发射出之光线穿透，并且阻断噪声的穿透。29.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中一光学滤光器配置于该导波器与该光侦测器之间。30.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，其中一光学滤光器配置于该第二被覆层与该光侦测器之间。31.如权利要求第25项所述之单分子侦测装置，其中一光学滤光器配置于该不透明层与该光侦测器之间。32.如权利要求第8项所述之单分子侦测装置，其中该第二被覆层亦作为一光学滤光器。33.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，还包括一封盖(cover)位于该至少一奈米井的上方。34.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的至少ー第一表面具有与该至少一奈米井的至少ー第二表面之不同的表面性质。35.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的ー侧壁表面为亲水性，该侧壁表面包括一材料择自硅、ニ氧化硅、金属、或金属氧化物。36.如权利要求第I项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的一底面为疏水性。37.如权利要求第36项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的该底面形成自ー硅酸盐，或形成自ー亲水性的金属，其被Rlx-Si (0-R2)4_x或被一具有官能基团的聚合物改质成为疏水性，以及 其中Rl为ー疏水性基团，该疏水性基团择自烷链(alkyl chain)-(CH2)n-CH3 :且R2为CnH2n+1，以及 该官能基团择自_⑶OH、-PO3H2, -SH、或NH2。38.如权利要求第36项所述之单分子侦测装置，其中该至少一奈米井的该底面形成自ー亲水性金属氧化物，其被Rlx-Si (0-R2)4_x或被一具有官能基团的聚合物经亲水性改质成为疏水性，以及 其中Rl为ー疏水性基团，该疏水性基团择自烷链(alkyl chain...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱创汎，蔡荣源，黎育腾，石志聪，李明家，曲昌盛，钟双兆，陈荣波，蒲盈志，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：