專利名稱：具有含分析物的聚合物膜的光學(xué)存儲介質(zhì)及其用途的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在用于物理、化學(xué)和生物物種分析的光學(xué)存儲介質(zhì)上沉積傳感器材料的方法，以及由此制備的用于流體中的揮發(fā)性和非揮發(fā)性化合物定量的傳感器。
生物和化學(xué)中的化合物以及其他參數(shù)的定量通常采用特別為此設(shè)計(jì)的專用傳感器系統(tǒng)而進(jìn)行。這些傳感器系統(tǒng)采用包括電化學(xué)的、光學(xué)的、聲學(xué)的、磁學(xué)的多種原理以及許多其他類型的檢測而運(yùn)行。例如參見，Mandelis等，Physics，Chemistry and Technology of Solid State Gas Sensor Devices，Wiley(紐約，NY)，1993；Potyrailo等，“Optical Waveguide Sensors in AnalyticalChemistryToday’s Instrumentation，Applications and Future DevelopmentTrends”，F(xiàn)resenius’s J.Anal.Chem.1998，362，349-373；Albert等，“Cross-reactive Chemical Sensor Arrays”，Chem.Rev.2000，100，2595-2626。作為選擇地，多種比色液體和固體試劑可以用來進(jìn)行變色的目測評價(jià)。如參見Kolthoff，“Acid-Base Indicators”，The MacMillan Company(紐約)，1937；“Chemical Detection of Gaseous Pollutants”，Ruch，W.E.，Ed.，Ann ArborScience Publishers(Ann Arbor，MI)，1968。
之前，已經(jīng)建議CD/DVD驅(qū)動器可以用于進(jìn)行生物、化學(xué)和生物化學(xué)試樣的光學(xué)檢驗(yàn)。然而，為了使這些驅(qū)動器可用于與存儲在光學(xué)介質(zhì)上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)無關(guān)的參數(shù)的檢測，優(yōu)選可以改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)，有時(shí)通過具有附加的光學(xué)檢測器來改進(jìn)。例如參見美國專利5,892,577。
由于CD/DVD驅(qū)動器應(yīng)用的發(fā)展，與光學(xué)存儲介質(zhì)連用的傳感器的開發(fā)也已經(jīng)發(fā)展以用于CD/DVD驅(qū)動器中。例如，美國專利6,327,031公開具有半反射層以將一部分光反射至一個(gè)檢測器而將一部分光傳輸至另一檢測器的光盤。
美國專利6,342,349描述另一種基于光學(xué)驅(qū)動器的測量系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，將分析物特定性信號單元設(shè)置在光學(xué)存儲介質(zhì)的跟蹤特征中。從而，盡管添加了改進(jìn)的或附加的光學(xué)單元，但是該分析物特定性信號單元是可用跟蹤的光學(xué)器件讀取的。對于可應(yīng)用的系統(tǒng)，信號響應(yīng)部分的尺寸小，與聚焦光束的尺寸一致并且是反射性的。最優(yōu)選地，其是直徑為1-3微米的金微球體。此外已經(jīng)描述另一種方法，用常規(guī)的CD播放器顯現(xiàn)小分子配體與生物分子間的識別。發(fā)展出一種工藝，通過活化作為CD讀取面中常見的聚合物復(fù)合材料的聚碳酸酯的末端而使配體附在CD的讀取面上。通過用噴墨打印機(jī)在盤上打印配體的軌跡(tracks)在CD表面上產(chǎn)生顯示(displays)。采用該方法，產(chǎn)生具有分布于分離區(qū)塊中的配體分子的完整集合的盤。通過這些區(qū)塊的組合匯集以與存儲在盤的數(shù)字層中的CDROM-XA格式的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來而顯現(xiàn)分子陣列。使含有給定配體或配體組的盤區(qū)域用跟蹤和標(biāo)題信息由其空間位置而得以標(biāo)記。表面顯示的配體和生物分子之間的識別通過錯誤確定程序顯現(xiàn)(參見Org.Biomol.Chem.，1，3244-3249(2003))。
用于在光學(xué)存儲介質(zhì)上制備傳感器區(qū)域和/或點(diǎn)的沉積方法包括噴墨印刷以及自動或手動滴加在盤表面上(美國專利6,342,349)，生物微陣列在盤上的光引導(dǎo)合成(國際專利申請WO 98/12559)，以及確定盤上陣列的位置(國際專利申請WO 99/35499)?？梢詫⒂糜谏鲜鰝鞲衅鲄^(qū)域或點(diǎn)中的分析物特定性試劑排列成陣列，例如組合陣列(國際專利申請WO 98/12559)。除了用固體和凝膠類型的分析物特定試劑涂刷盤以外，其他類型的用于傳感器區(qū)域/點(diǎn)中的試劑包括含液體的試劑(參見Anal.Chem.71，第4669-4678頁，(1999))。
為了在光學(xué)存儲介質(zhì)上沉積傳感點(diǎn)，有利的是以可高度再現(xiàn)的方式和輪廓分明的定位施加這些感測點(diǎn)。因而將所述傳感點(diǎn)沉積在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上的改進(jìn)方法是所期望的。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及傳感器裝置以及制成這些傳感器裝置的方法。所述傳感器裝置包括光學(xué)存儲介質(zhì)和包含與施加到至少一部分光學(xué)存儲介質(zhì)上的分析物特定性試劑結(jié)合的聚合物載體的傳感器膜。用于所述傳感器膜中的聚合物載體可以是分析物基于尺寸、物相、溶解度和離子電荷可選擇性滲透的。在一個(gè)實(shí)施方式中將傳感器膜作為傳感器點(diǎn)施加至光學(xué)存儲介質(zhì)的表面。
制備這些傳感器裝置的方法包括選擇光學(xué)存儲介質(zhì)以用作襯底，選擇聚合物載體，向聚合物載體中添加分析物特定性試劑以形成傳感器膜，以及將該傳感器膜施加至光學(xué)存儲介質(zhì)上。在一個(gè)實(shí)施方式中，制備傳感器膜并在其施加至光學(xué)存儲介質(zhì)前使之暴露于所關(guān)注的分析物。
附圖簡要說明

圖1是具有傳感器膜的本發(fā)明光學(xué)存儲介質(zhì)的圖示。
圖2是在光學(xué)驅(qū)動器中放映按照本發(fā)明涂覆的DVD的結(jié)果的圖示。
圖3是在光學(xué)驅(qū)動器中放映按照本發(fā)明涂覆的DVD的結(jié)果的圖示。
圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的圖示，其中在光學(xué)存儲介質(zhì)的整個(gè)表面上沉積含對環(huán)境敏感區(qū)域的透明膜。圖4(A)是施加該膜以前的光學(xué)存儲介質(zhì)；圖4(B)是施加該膜以后的光學(xué)存儲介質(zhì)。
圖5是描繪具有所附覆膜和沒有該膜的盤區(qū)域的吸光度測量結(jié)果的圖。
圖6是具有所附外層膜和沒有該膜情況下測量的與吸光度有關(guān)的CD信號之間相關(guān)性的圖示。
圖7是描繪從沒有傳感器區(qū)域(基線)和具有吸收傳感器區(qū)域(NIR吸收體)的外層膜得到的信號的圖。
圖8是描繪從既有弱吸收區(qū)域又有強(qiáng)吸收區(qū)域的NIR吸收體傳感器區(qū)域的外層膜得到的信號的圖。
圖9是描繪三個(gè)傳感器區(qū)域用光學(xué)驅(qū)動器存儲時(shí)響應(yīng)的圖。使不同的傳感器區(qū)域暴露于飽和的氨水蒸汽下不同量的時(shí)間(t1＜t2＜t3)。
圖10是說明NH4+檢測用的傳感器點(diǎn)的光學(xué)信號變化的圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及形成用于物理、化學(xué)和生物參數(shù)定量分析的在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器中可讀的傳感器裝置的方法。獲得關(guān)于沉積在光學(xué)存儲介質(zhì)上的敏感材料的化學(xué)和生物化學(xué)相關(guān)變化的定量信息。本發(fā)明提供具有施加于其上的傳感器膜或傳感器層的光學(xué)存儲介質(zhì)。用于本文中時(shí)，“傳感器層”和“傳感器膜”可互換使用。
光學(xué)存儲介質(zhì)已廣泛用在音頻、視頻和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)應(yīng)用中。光學(xué)存儲介質(zhì)的實(shí)例包括但不限于光盤如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R、DVD-RW、藍(lán)光光盤以及本領(lǐng)域已知的任何其他光學(xué)存儲介質(zhì)。還包括多層結(jié)構(gòu)如DVD-5、DVD-9以及多面格式如DVD-10和DVD-18，以及磁光盤(MO)。雖然以下參考壓縮盤(CD)和/或數(shù)字通用光盤(DVD)描述本發(fā)明，但此處所述的方法可以用任何的光學(xué)存儲介質(zhì)實(shí)行。
根據(jù)本發(fā)明最初提供襯底，即光學(xué)存儲介質(zhì)。該光學(xué)存儲介質(zhì)可以是任意類型的，以及應(yīng)當(dāng)在至少一面上以凹點(diǎn)和/或連續(xù)凹槽的形式預(yù)先用信息編碼。傳感器襯底可以是在讀取面或非讀取面上具有任意標(biāo)記的商業(yè)上的CD或DVD。如果存在標(biāo)記，該標(biāo)記可以是任意顏色，透明/不透明的等等。另外，根據(jù)本發(fā)明，沒有必要在光學(xué)存儲介質(zhì)上具有與盤上的傳感器材料的位置相匹配或在某些方面與之相關(guān)的信息。任意的預(yù)先記錄的信息足以運(yùn)行該傳感器。
通常，CD是透明聚碳酸酯塑料的注射成型片。在制造過程中，用排列成單一的、連續(xù)的、極長的數(shù)據(jù)螺旋形軌跡的精微凸起壓印塑料。所述螺旋形軌跡從盤的內(nèi)側(cè)盤旋到外側(cè)。當(dāng)形成透明的聚碳酸酯時(shí)，將薄的反射層(通常是鋁、銀或金)濺射到盤上覆蓋所述精微的凸起。然后將丙烯酸類的薄層噴涂或旋涂在反射層上以保護(hù)該層并提供有標(biāo)記的表面。當(dāng)討論CD時(shí)通常稱其為凹點(diǎn)而不是凸起。凹點(diǎn)出現(xiàn)在反射面上，凸起出現(xiàn)在激光讀取一面。光學(xué)介質(zhì)層執(zhí)行尋找和讀取作為凸起存儲在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上的數(shù)據(jù)的任務(wù)。在DVD的情況下，用數(shù)據(jù)螺旋形軌跡壓印注射成型襯底是CD厚度的一半(通常是0.6mm)。將該襯底用反射金屬層濺射然后用可UV-固化的粘合劑粘結(jié)至另一片聚碳酸酯襯底(通常也是0.6mm)。
例如，參照圖1，在許多實(shí)施方式中本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)10可以包含多個(gè)層，其包括傳感器點(diǎn)的膜或?qū)?0。這些層包括但不限于，由熱塑性塑料如聚碳酸酯等制成的第一襯底層20；同樣由熱塑性塑料如聚碳酸酯等制成的第二襯底層60；由金屬如鋁、銀或金等制成的反射層40；非必要地，包括成型在第二襯底中的凹點(diǎn)和平臺區(qū)域的“數(shù)據(jù)層”和/或由可記錄的材料如酞菁等、或由可再寫的材料如MO材料、相變材料如硫族化物等制成的記錄層50；粘合劑層30；和覆蓋第二襯底60區(qū)域的傳感器點(diǎn)層或膜70。以下更詳細(xì)地描述各層。
應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管本文中說明和描述了優(yōu)選的層組合，但對于所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言其他的層組合將是顯而易見的并且是由本發(fā)明預(yù)期的。
用于第一襯底20和第二襯底60的塑料應(yīng)當(dāng)能夠經(jīng)受隨后的工藝參數(shù)(如施加隨后的層)諸如大約室溫(約25℃)至高達(dá)約150℃的濺射溫度，以及隨后的儲存條件(如在溫度高達(dá)約70℃的灼熱的車中)。換句話說，理想的是所述塑料具有足夠的熱和機(jī)械穩(wěn)定性以防止多層沉積步驟中以及最終用戶的存儲過程中變形。可用的塑料包括具有約100℃或更大、優(yōu)選其約125℃或更大、更優(yōu)選約140℃或更大、以及甚至更優(yōu)選約200℃或更大的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性塑料(如聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚醚醚砜、聚苯醚、聚酰亞胺、聚碳酸酯等)。最優(yōu)選具有大于約250℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的材料，如其中已經(jīng)使砜雙苯胺或氧聯(lián)雙苯胺代替間苯二胺的聚醚酰亞胺，以及聚酰亞胺，包含至少一種上述塑料的組合，以及其他。一般而言，采用聚碳酸酯。
可以用作第一襯底20和第二襯底60的材料的其他實(shí)例包括但不限于無定形的、結(jié)晶的、和半結(jié)晶的熱塑性材料，如聚氯乙烯、聚烯烴(包括但不限于線性和環(huán)狀聚烯烴以及包括聚乙烯、氯化聚乙烯、聚丙烯等)、聚酯(包括但不限于聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸環(huán)己基亞甲基酯等)、聚酰胺、聚砜(包括但不限于氫化聚砜等)、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、ABS樹脂、聚苯乙烯(包括但不限于氫化聚苯乙烯、間規(guī)和無規(guī)聚苯乙烯、聚環(huán)己基乙烯、苯乙烯-共聚-丙烯腈、苯乙烯-共聚-馬來酸酐等)、聚丁二烯、聚丙烯酸酯(包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-聚酰亞胺共聚物等)、聚丙烯腈、聚縮醛、聚碳酸酯、聚苯醚(包括但不限于衍生自2，6-二甲基苯酚的那些以及與2，3，6-三甲基苯酚的共聚物等)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、液晶聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳族聚酯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、以及四氟乙烯類(如Teflons)。
本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)10可以通過首先用能夠充分混合多種前體的反應(yīng)容器如單-或雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)、混合機(jī)等形成襯底材料而制備。應(yīng)當(dāng)將擠出機(jī)保持在足夠高的溫度下以使襯底材料前體熔化而不使其分解。例如，對于聚碳酸酯，可以使用約200℃-約360℃的溫度，優(yōu)選約260℃-約320℃。類似地，應(yīng)當(dāng)控制在擠出機(jī)中的停留時(shí)間以使分解最小化?？梢圆捎枚噙_(dá)約2分鐘(min)或更長的停留時(shí)間，優(yōu)選至多約1.5min，以及特別優(yōu)選至多約1min。在擠出成所需的形狀(通常是粒狀、片狀、網(wǎng)狀等)之前，可以任選地過濾混合物，如通過熔體濾器、使用過濾網(wǎng)組合、或其組合，以除去不期望的雜質(zhì)或分解產(chǎn)物。
一旦已經(jīng)制成塑料組合物，就可以用多種成型技術(shù)、加工技術(shù)或其組合將其成型為襯底?？赡艿募夹g(shù)包括注射成型、薄膜鑄塑、擠出、加壓成型、吹塑、沖壓等。當(dāng)制成襯底后，就可以采用另外的加工如電鍍、涂覆技術(shù)(例如旋涂、噴涂、氣相沉積、絲網(wǎng)印刷、涂抹、浸漬等)、層壓、濺射等、以及包含至少一種上述加工技術(shù)的組合，從而在所述襯底上布置所需的層。通常襯底具有多達(dá)約600微米的厚度。
盡管并非必要，在一些實(shí)施方式中所述光學(xué)存儲介質(zhì)包含在其中編碼的數(shù)據(jù)。在可讀取的介質(zhì)中，數(shù)據(jù)通過激光編碼，其照射經(jīng)歷相變的活性數(shù)據(jù)層，從而產(chǎn)生一系列組成數(shù)據(jù)流的高反射的或非反射的區(qū)域。在這些格式中，激光束在到達(dá)數(shù)據(jù)層之前首先穿過襯底。在數(shù)據(jù)層，該光束按照編碼的數(shù)據(jù)被反射或不被反射。激光然后返回穿過襯底并進(jìn)入光學(xué)檢測器系統(tǒng)，在其中將數(shù)據(jù)翻譯。因而，所述數(shù)據(jù)層設(shè)置在襯底和反射層之間。光學(xué)應(yīng)用的數(shù)據(jù)層通常是在襯底層上的凹點(diǎn)、凹槽、或其組合。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)層嵌入在第一襯底20的表面中。通常，注射成型壓制技術(shù)產(chǎn)生襯底，在其中用熔融的本文所定義的聚合物充滿模具。所述模具可以包含預(yù)型件、嵌入件等。冷卻聚合物體系，以及當(dāng)仍處于至少部分熔融狀態(tài)時(shí)壓制從而將以螺旋、同心或其他取向排列的所需的表面特征例如凹點(diǎn)和凹槽，印刻在襯底所需部分即所需區(qū)域中的一面或兩面上。
用于磁性或磁光應(yīng)用的可能的數(shù)據(jù)層可以包括能夠存儲可恢復(fù)數(shù)據(jù)的任意材料，以及其實(shí)例包括但不限于氧化物(如二氧化硅)、稀土元素、過渡金屬合金、鎳、鈷、鉻、鉭、鉑、鋱、釓、鐵、硼、其他以及合金和包含至少一種上述物質(zhì)的組合、有機(jī)染料(如花青或酞菁類染料)、以及無機(jī)相變化合物(如TeSeSn、InAgSb等)。
任選地可以將防止灰塵、油和其他污染物的保護(hù)層施加至本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)。這些保護(hù)層可以具有大于約100微米(μ)至小于約10埃()的厚度，在一些實(shí)施方式中優(yōu)選約300或更小的厚度，以及特別優(yōu)選約100或更小的厚度。通常至少部分是由所用的讀/寫機(jī)理類型如磁、光或磁光而確定保護(hù)層的厚度?？赡艿谋Ｗo(hù)層包括防腐材料如金、銀、氮化物(如尤其是氮化硅和氮化鋁)、碳化物(如碳化硅及其他)、氧化物(如二氧化硅和其他)、聚合物材料(如聚丙烯酸酯或聚碳酸酯)、碳膜(金剛石、類金剛石的碳等)、其他、以及包含至少一種上述材料的組合。
本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)中也可以任意地包含介電層。存在時(shí)，通常將介電層設(shè)置在數(shù)據(jù)層的一面或兩面上以及往往用作熱控制劑，通?？梢跃哂卸噙_(dá)或超過1000以及低至約200或更小的厚度。可能的介電層包括氮化物(如氮化硅、氮化鋁及其他)；氧化物(如氧化鋁)；硫化物(如硫化鋅)；碳化物(如碳化硅)；以及包含至少一種上述材料的組合，尤其是可與環(huán)境相容以及優(yōu)選不與周圍層反應(yīng)的材料。
反射層40應(yīng)當(dāng)具有足夠的厚度以將能使數(shù)據(jù)恢復(fù)的足夠量的能量(如光)反射。任選地，可以存在多于一個(gè)反射層。通常反射層可以具有多達(dá)約700左右的厚度，一般優(yōu)選約300-約600的厚度?？赡艿姆瓷鋵影軌蚍瓷涮囟芰繄龅娜魏尾牧希ń饘?如鋁、銀、金、硅、鈦和包含至少一種上述金屬的合金以及混合物等)。
粘合劑層30也可以存在于光學(xué)存儲介質(zhì)10中，其可以粘合上述層的任意組合。粘合劑層可以包含基本上不干涉光穿過所述介質(zhì)來自和去往數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的傳輸?shù)娜魏尾牧?即其在所述裝置利用的光線波長下是基本上透明的，和/或其使得來自所述介質(zhì)的反射率為約50％或更大，優(yōu)選約65％或更大的百分比反射率以及更優(yōu)選約75％或更大的百分比反射率)?？赡艿恼澈蟿┎牧习║V材料如丙烯酸酯(如交聯(lián)的丙烯酸酯等)、聚硅氧烷硬涂層等，以及包含至少一種上述材料的反應(yīng)產(chǎn)物和組合。UV材料的其他實(shí)例在美國專利4,179,548和4,491,508中得到描述。一些可用的單丙烯酸酯單體包括丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸十二烷基酯等。一些可用的多官能丙烯酸酯單體例如包括二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、四丙烯酸酯及其組合?？梢杂糜谒稣澈蟿拥钠渌澈蟿┌崴苄员┧犷惥酆衔铩⒕埘渲?、環(huán)氧樹脂、polythiolenes、UV可固化有機(jī)樹脂、壓敏粘合劑、聚氨酯、熱固性丙烯酸類樹脂、醇酸樹脂、乙烯基樹脂、以及包含至少一種上述粘合劑的反應(yīng)產(chǎn)物和組合。
盡管所述粘合劑層可以包含僅一種所述多官能的丙烯酸酯單體、或包含至少一種多官能丙烯酸酯單體的混合物(以及其UV光反應(yīng)產(chǎn)物)，但是優(yōu)選的層包含兩種多官能丙烯酸酯的混合物(以及其UV光反應(yīng)產(chǎn)物)，優(yōu)選包含二丙烯酸酯和三丙烯酸酯(以及其UV光反應(yīng)產(chǎn)物)，在特別的情況下采用單丙烯酸酯單體。任選地，粘合劑層可以包含用量多達(dá)未固化粘合劑層約50重量％的非丙烯酸類的UV可固化的脂族不飽和有機(jī)單體，例如包括如N-乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯等的此類物質(zhì)、以及包含至少一種上述物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物和組合。
在另一實(shí)施方式中，在本發(fā)明的光學(xué)存儲介質(zhì)中不存在粘合劑層。
用于所述光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的材料在種類上并不關(guān)鍵，以及優(yōu)選應(yīng)當(dāng)具有高透光率。合適材料的實(shí)例包括但不限于熱塑性樹脂如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等，以及熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂等。其中，優(yōu)選光透射性熱塑性樹脂如聚碳酸酯。
制備適于用作光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的樹脂的方法是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。有時(shí)，優(yōu)選通過封端控制光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的聚合。例如，聚合物聚合時(shí)，生長中的聚合物鏈在其端部具有可用于該聚合物鏈繼續(xù)生長的反應(yīng)性基團(tuán)。當(dāng)導(dǎo)致沒有該反應(yīng)性基團(tuán)的結(jié)構(gòu)結(jié)合的另一可選擇的反應(yīng)發(fā)生時(shí)，所述鏈繼續(xù)擴(kuò)鏈的能力被終止。具有此類端基的鏈稱為被封端的鏈。在一些實(shí)施方式中，光學(xué)存儲介質(zhì)由碳酸二苯酯與雙酚A反應(yīng)的聚碳酸酯制成。在這種情況下，該反應(yīng)產(chǎn)生具有可用于聚合物鏈繼續(xù)生長的反應(yīng)性羥基的生長中的聚合物。當(dāng)導(dǎo)致沒有反應(yīng)性羥基的結(jié)構(gòu)結(jié)合的另一可選擇的反應(yīng)發(fā)生時(shí)，所述鏈繼續(xù)擴(kuò)鏈的能力被終止或封端。多種封端劑已經(jīng)在本領(lǐng)域中得到公開，包括在美國專利4,774,315、5,028,690、5,043,203、5,644,017和5,668,202中所述的那些。
任選地，可以通過縮聚工藝制備聚碳酸酯光學(xué)存儲介質(zhì)，該工藝包括雙酚單體與碳酰氯或碳酸二苯酯以及經(jīng)選擇以使任選地經(jīng)處理或未處理的光學(xué)存儲介質(zhì)的表面能改變的非必要的單體。表面能改進(jìn)共單體或添加劑的實(shí)例包括封端單體如單官能的酚類、導(dǎo)致增加的端基形成的支化劑、含硅氧烷的單體和添加劑、抗靜電劑、防霧劑、表面偏析添加劑以及其他添加劑。
一得到光學(xué)存儲介質(zhì)，就將分析物特定性試劑作為傳感器點(diǎn)施加到所述光學(xué)存儲介質(zhì)制品如CD或DVD上。用于本文中時(shí)，可以將“傳感器點(diǎn)”和“傳感器區(qū)域”互換使用以描述傳位于表面上或者位于處在表面中但沒有穿過含數(shù)字信息區(qū)域的凹痕中、在用光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器感測的預(yù)定空間位置處的光學(xué)存儲介質(zhì)的傳感器材料。根據(jù)其應(yīng)用，所述傳感器點(diǎn)對環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物化學(xué)以及其他的變化作出響應(yīng)。
優(yōu)選地，將所述分析物特定性試劑依附至或結(jié)合到傳感器膜中，然后將該膜施加到光學(xué)介質(zhì)盤上。最優(yōu)選地，傳感器膜上的分析物特定性試劑當(dāng)施加至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上時(shí)形成傳感器點(diǎn)。當(dāng)分析物是通過傳感器檢測的某些化學(xué)物種或某類化學(xué)物種時(shí)，用于所述傳感器膜中的聚合物對所選定的分析物是可滲透的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，將分析物特定性傳感器單元固定在聚合物載體中或在預(yù)成型的聚合物載體上以形成傳感器膜。優(yōu)選地，所述聚合物載體與所述試劑相容。傳感器膜的聚合物載體優(yōu)選是低濃度的塑料膜即樹脂，以便不會不利影響光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的厚度和制品的光學(xué)性能。用于形成聚合物載體的樹脂取決于傳感器應(yīng)用?？梢詫⑺鰳渲芙庠谌軇┲幸约胺治鑫锾囟ㄐ栽噭┳兊每梢苑稚⒃谠撘后w介質(zhì)中?；蛘?，可以將分析物特定性試劑直接施加至已經(jīng)成型的塑料膜上。
用于制備所述傳感器膜的聚合物材料可以影響檢測性能如選擇性、靈敏度、以及檢出限。因而，適于傳感器膜的材料選自能夠提供所需響應(yīng)時(shí)間、所需滲透性、所需溶解性、透明度和硬度以及其他與待分析的感興趣材料有關(guān)的類似特性的聚合物和/或無機(jī)材料。在一些實(shí)施方式中成膜的聚合物載體也包括無機(jī)材料。
適合的聚合物載體包括導(dǎo)電聚合物如聚苯胺類、聚噻吩類、聚吡咯類、聚乙炔類等；主鏈碳聚合物如聚二烯烴類、聚鏈烯烴類、聚丙烯酸類、聚甲基丙烯酸類、聚乙烯基醚類、聚乙烯基硫醚類、聚乙烯醇類、聚乙烯基酮類、聚乙烯基鹵化物類、聚乙烯基腈類、聚乙烯基酯類、聚苯乙烯類、聚亞芳基類等；主鏈無環(huán)雜原子聚合物如聚氧化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚酸酐類、聚氨酯類、聚磺酸酯類、聚硅氧烷類、聚硫化物類、聚硫酯類、聚砜類、聚磺酰胺類、聚酰胺類、聚脲類、聚膦腈類、聚硅烷類、聚硅氮烷類等；以及主鏈雜環(huán)聚合物如聚苯并噁唑類、聚噁二唑類、聚苯并噻嗪并吩噻嗪類、聚苯并噻唑類、聚吡嗪并喹喔啉類、聚均苯四酸酰亞胺類、聚喹喔啉類、聚苯并咪唑類、聚羥吲哚類、聚氧代異二氫吲哚類、聚二氧代異二氫吲哚類、聚三嗪類、聚噠嗪類、聚哌嗪類、聚吡啶類、聚哌啶類、聚三唑類、聚吡唑類、聚吡咯烷類、聚碳酸酯類、聚氧雜二環(huán)壬烷類、聚二苯并呋喃類、聚苯酞類、聚縮醛類、聚酸酐類、糖類等。所述聚合物載體可以是采用所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法制備的均聚物、上述聚合物或樹脂的單體組分的共聚物、或上述樹脂的聚合物共混物。
優(yōu)選地，可以將熱塑性聚合物用作聚合物載體，例如包括樹脂如聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)、聚苯乙烯、聚(α-甲基苯乙烯)、聚茚、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮乙醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯基甲基醚、聚乙烯基乙基醚、聚乙烯基芐基醚、聚乙烯基甲基酮、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸芐基酯、聚甲基丙烯酸環(huán)己基酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯腈、聚乙醛、polychloral、聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、雙酚和碳酸的聚碳酸酯、聚(二甘醇/碳酸二烯丙基酯)、6-尼龍、6，6-尼龍、12-尼龍、6，12-尼龍、聚天冬氨酸乙酯、聚谷氨酸乙酯、聚賴氨酸、聚脯氨酸、聚(γ-芐基-L-谷氨酸酯)、甲基纖維素、羥丙基纖維素、乙酰纖維素、三乙酸纖維素、三丁基化纖維素、聚氨酯樹脂等、有機(jī)聚硅氧烷如聚(苯基甲基硅烷)、有機(jī)聚鍺化合物、以及上述聚合物或樹脂中的單體組成的共聚物或共縮聚物。另外，可以使用上述聚合物的混合物。
可以用作本發(fā)明聚合物載體的其他種類的聚合物是水凝膠。水凝膠是已經(jīng)結(jié)合在一起以形成水可溶脹但水不溶性結(jié)構(gòu)的親水聚合物的三維網(wǎng)絡(luò)。術(shù)語水凝膠用于干燥狀態(tài)下的親水聚合物(干凝膠)以及濕潤狀態(tài)下的該聚合物，如在美國專利5,744,794中所述。當(dāng)采用水凝膠時(shí)，可以用多種不同方法以將這些水凝膠結(jié)合在一起。首先，可以利用通過輻照或親水聚合物的自由基交聯(lián)而使水凝膠而結(jié)合，實(shí)例是聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚(甲基丙烯酸羥基乙酯)、聚(丙烯酸甘油酯)、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚(N-丙烯酰胺)、聚(N，N-二甲基氨基丙基-N’-丙烯酰胺)、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸鈉鹽/鉀鹽、多糖如黃原酸鹽、藻酸鹽、瓜爾膠、瓊脂糖等、聚乙烯基吡咯烷酮以及纖維素基衍生物。其次，可以利用通過親水性聚合物和單體與適當(dāng)?shù)亩喙倌軉误w的化學(xué)交聯(lián)而結(jié)合，實(shí)例包括用適當(dāng)?shù)脑噭┤鏝，N’-亞甲基二丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二-三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧基化的甘油三丙烯酸酯、乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、己二醇二甲基丙烯酸酯以及其他二-和三-丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯交聯(lián)的聚(甲基丙烯酸羥基乙酯)；通過羥基封端的聚氧乙烯與多異氰酸酯的反應(yīng)或通過與二異氰酸酯在多官能單體如三醇的存在下的反應(yīng)制備的基于聚氧乙烯的聚氨酯；以及用二醛、二環(huán)氧化物和多元酸交聯(lián)的纖維素衍生物。第三，通過將親水性單體和聚合物合并入嵌段和接枝共聚物而結(jié)合，實(shí)例是聚氧乙烯于何時(shí)的聚合物如聚乙二醇(PEG)、丙烯酸(AA)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯、聚(丙烯酰胺-共聚-甲基丙烯酸甲酯)、聚(N-異丙基丙烯酰胺)、聚(甲基丙烯酸羥基丙酯-共聚-甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯)的嵌段和接枝共聚物；聚乙烯基吡咯烷酮-共聚-聚苯乙烯共聚物；聚乙烯基吡咯烷酮-共聚-乙烯醇共聚物；聚氨酯；聚氨酯脲；基于聚氧乙烯的聚氨酯脲；聚氨酯脲和聚丙烯腈-共聚-聚丙烯酸共聚物；以及聚丙烯腈、聚乙烯醇和聚丙烯酸的多種衍生物。也可以在親水聚合物與其他聚合物之間產(chǎn)生分子配合物而形成，實(shí)例是聚氧乙烯水凝膠與聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的配合物。最后，通過高分子量親水聚合物的纏結(jié)交聯(lián)而結(jié)合，實(shí)例是基于與多官能丙烯酸類或乙烯基單體混合的高分子量聚氧乙烯的水凝膠。如上所述，也可以采用上述聚合物的單體組成的共聚物或共縮聚物，以及上述聚合物的共混物。
這些材料應(yīng)用的例子是在Michie等，“Distributed pH and water detectionusing fiber-optic sensors and hydrogels，”J.Lightwave Technol.1995，13，1415-1420；Bownass等，“Serially multiplexed point sensor for the detection ofhigh humidity in passive optical networks，”O(jiān)pt.Lett.1997，22，346-348；以及美國專利5,744,794中。
可以將構(gòu)成所述聚合物載體的樹脂溶解在合適的溶劑中，其包括但不限于1-甲氧基-2-丙醇、乙醇、丙酮、氯仿、甲苯、二甲苯、苯、異丙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、二氯甲烷、四氫呋喃、乙二醇二乙酸酯。一般而言，含有所述樹脂的溶液中溶劑濃度為大約70重量％或更大，優(yōu)選大約75重量％或更大。
在其他實(shí)施方式中，可以將無定形的氟聚合物溶解在全氟代(2-丁基四氫呋喃)中，以及可以在所述盤表面上沉積來自聚合物溶液的薄膜。由無定形的氟聚合物制成的膜即使當(dāng)暴露于非極性溶劑時(shí)也極其穩(wěn)定，而非極性溶劑完全溶解具有經(jīng)固定的試劑的常用聚合物膜。因而，用這些材料可以構(gòu)成非常堅(jiān)固的傳感器點(diǎn)和傳感器陣列，其中在傳感器膜之上或之下或上下都沉積無定形的氟聚合物膜以保護(hù)傳感器膜免于退化。
在其他實(shí)施方式中，可以在盤表面上沉積非聚合物的傳感器膜。所述非聚合物膜的例子是將其反射率和/或透射率改變成環(huán)境的函數(shù)的金屬膜。
所述傳感器膜的聚合物載體優(yōu)選對于選定的分析物是可滲透的。傳感器膜對分析物可以是選擇性滲透的，其基于尺寸即分子量；疏水/親水性質(zhì)；物相即該分析物是液體、氣體還是固體；溶解度；離子電荷；或者抑制膠態(tài)或粒狀物質(zhì)擴(kuò)散的能力。
聚合物載體的滲透性由該聚合物性質(zhì)如自由體積、孔隙率、聚合物鏈的取向的物理變化而提供。在一些實(shí)施方式中使用的化學(xué)選擇性的聚合物是能夠優(yōu)先傳送某些分析物的聚合物?；瘜W(xué)選擇性的聚合物的實(shí)例包括傳送非離子分析物以及無法相當(dāng)?shù)貍魉碗x子分析物的硅氧烷聚合物。
在其他實(shí)施方式中，可以使用尺寸選擇性的聚合物。尺寸選擇性的聚合物是可以將某些分析物作為其分子尺寸和分子量的函數(shù)優(yōu)先傳送的聚合物。實(shí)例包括將分析物作為其分子尺寸和分子量的函數(shù)傳送的硝酸纖維素、乙酸纖維素和magna-R聚合物。
當(dāng)水凝膠用作聚合物載體時(shí)，選擇滲透性可以基于尺寸排除(即分子量或者膠態(tài)或粒狀物質(zhì)擴(kuò)散的抑制)。相似地，可以將Teflon AF用于使小的非離子物種超過離子物種選擇性擴(kuò)散，以及可以將共聚物設(shè)計(jì)成具有選擇性的疏水/親水?dāng)U散性能(例如參見美國專利6,500,547和美國專利公開2002/0173040)。
聚合物更詳細(xì)的實(shí)例描述于Freud等，“A chemically diverse conductingpolymer-based‘electronic nose’”，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 1995，92，2652-2656；Albert等，“Cross-reactive chemical sensor arrays，”Chem.Rev.2000，1000，2595-2626；Grate等，“Handbook of Biosensors and ElectronicNoses.Medicine，F(xiàn)ood，and the Environment”；E.Kress-Rogers，Ed.；CRCPressBoca Raton，F(xiàn)L，1997；第593-612頁；Grate等，“Solubility interactionsand the design of chemically selective sorbent coatings for chemical sensors andarrays，”Sens.Actuators B1991，3，85-111；美國專利6,010,616和6,093,308。
可以使用的其他聚合物載體包括共聚物、聚合物共混物以及上述聚合物與添加劑的物理混合物，所述添加劑如有機(jī)和無機(jī)顏料；導(dǎo)電、半導(dǎo)電和非導(dǎo)電的顆粒；通過縮合反應(yīng)制成的無機(jī)溶膠-凝膠材料，其可以用無機(jī)成分摻雜；以及聚電解質(zhì)，如用聚苯磺酸接枝的高密度聚乙烯、包括由DuPont以Nafion銷售的那些的全氟磺酸酯離聚物、以及其他。
一旦已經(jīng)選出適當(dāng)?shù)木酆衔镙d體，就將化學(xué)敏感的試劑即分析物特定性試劑結(jié)合入或者施加到該聚合物膜以制備傳感器膜。用作分析物特定性試劑的材料包括本領(lǐng)域中已知作為傳感器材料的染料和試劑。用于本文中時(shí)，“分析物特定性試劑”是顯示可用于檢測物理、化學(xué)和生物物種的比色、光折射、光致變色、熱致變色、熒光、彈性散射、非彈性散射、偏振、以及任何其他光學(xué)性質(zhì)的化合物。分析物特定性試劑包括有機(jī)和無機(jī)染料與顏料、納米晶體、納米顆粒、量子點(diǎn)、有機(jī)熒光團(tuán)、無機(jī)熒光團(tuán)和類似材料。
可以用作分析物特定試劑的有機(jī)化合物的實(shí)例包括有機(jī)染料、有機(jī)熒光團(tuán)、熒光染料、IR吸收染料、UV吸收染料、光致變色染料、熱致變色染料、以及為此可以使用的其他已知染料。染料的具體實(shí)例包括呫噸染料如若丹明B、若丹明6G、曙光紅、焰紅染料B等，吖啶染料如吖啶橙、吖啶紅等，偶氮染料如乙基紅、甲基紅等，卟啉染料，酞菁染料，花青染料如3，3’-二乙基硫雜羰花青碘化物、3，3’-二乙基氧雜羰花青碘化物等，部花青染料，苯乙烯染料，oxonol染料，三芳基甲烷染料，亞甲藍(lán)，苯酚藍(lán)等。可以類似地使用包括對pH敏感的染料如溴百里酚藍(lán)和溴甲酚綠的其他染料。可以根據(jù)所需的應(yīng)用將這些染料單獨(dú)使用或組合使用。用于給定應(yīng)用的有機(jī)化合物及用量的選擇取決于該有機(jī)化合物的性能以及使用其的目的。例如，如所屬領(lǐng)域中已知的可以將熒光染料以大約ppm級加入到樹脂粘合劑中。
可以用作分析物特定性試劑的熒光材料結(jié)合至所述傳感器膜上特定的預(yù)定位置上并且當(dāng)受到特定的光波長激發(fā)時(shí)發(fā)熒光。適當(dāng)?shù)牟ㄩL范圍是約200nm-約1100nm，更優(yōu)選約300nm-約1000nm，最優(yōu)選約350nm-約950nm。這些材料的非限制性實(shí)例列于表1中。
表1熒光傳感器的材料的實(shí)例
在其他實(shí)施方式中，可以使用結(jié)合到特定的預(yù)定位置上的非熒光的分析物特定性試劑。所述試劑包括光吸收性材料如近紅外(NIR)吸收材料。NIR吸收材料的實(shí)例包括炭黑和聚苯乙烯磺酸酯/聚(2，3-二噻吩并(3，4-b)-1，4-二噁英)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述分析物特定性試劑是吸收約650nm的光的光吸收性試劑。在另一實(shí)施方式中，分析物特定性試劑是吸收約780nm的光的光吸收性試劑。在另一實(shí)施方式中，分析物特定性試劑是吸收約405nm的光的光吸收性試劑?？梢杂米鞣治鑫锾囟ㄐ栽噭┑钠渌线m的光吸收性材料的非限制性實(shí)例以及檢測的合適波長列于表2中。
表2非熒光的傳感器的材料實(shí)例
可以用作分析物特定性試劑的其他材料包括熱致變色化合物。熱致變色化合物的實(shí)例包括可從Matsui-color得到的若干種染料。其也包括IR吸收性化合物如酞菁染料，鈷或鉑的配合物/螯合物，一些VAT染料如蒽醌和亞甲藍(lán)，苯胺黑化合物如Keystone Black R或Anirox，以及尤其是以摻雜形式的共軛的聚合物/低聚物(聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩、聚吡咯及其衍生物)。
也可以將熱吸收性化合物用作分析物特定性試劑。熱吸收性化合物的實(shí)例包括微膠囊化可噴射的液晶，包括室溫液晶。例如，其可從Liquid CrystalResources，Inc.獲得，具有寬的轉(zhuǎn)變溫度范圍。室溫液晶的實(shí)例是來自LiquidCrystal Resources，Inc.的SPC/R25C5W。
另外，根據(jù)本發(fā)明可以使用溫度敏感性散射化合物。溫度敏感性散射化合物的實(shí)例包括室溫下恰在臨界濃度以上的基質(zhì)中的鹽，以及室溫下處于較低的臨界溶液溫度(LCST)以下的聚合物共混物。
也可以將在其折射率中具有變化的材料用作所述分析物特定性試劑。具有折射率變化的材料的實(shí)例包括液晶聚合物，為全息數(shù)據(jù)存儲而開發(fā)的聚合物，其中當(dāng)溫度上升時(shí)它們的折射率或雙折射改變。
如上所述，所述分析物特定性試劑也包括納米晶體、納米顆粒和量子點(diǎn)以及是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。適合的納米晶體包括但不限于由MoS2、ZnO、Si、CdTe和Ge制成的那些。適合的納米顆粒包括但不限于由Cu、SiO2和LaB6制成的那些。用于此處時(shí)，量子點(diǎn)包括但不限于由PbS、CdSe和PbSe制成的那些。
如上所述，可以將分析物特定性試劑在合成過程中結(jié)合到聚合物載體中或單獨(dú)地施加至預(yù)成型的聚合物載體?？梢杂冒ㄍ磕?、噴涂、旋涂、浸漬、絲網(wǎng)印刷等的諸多技術(shù)中的任意一種將所得到的傳感器膜涂覆在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，將聚合物載體和分析物特定性試劑溶解在相對揮發(fā)性的有機(jī)溶劑中，所述溶劑對于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲盤基本上呈惰性(意味著該溶劑不會侵蝕或不利地影響該光學(xué)數(shù)據(jù)存儲盤)，以及將所述傳感器膜的溶液直接施加到光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面上。一般而言，塑性的傳感器膜在溶劑中的濃度大于約1重量％以及小于約25重量％，優(yōu)選大于約10重量％和小于約20重量％。
有時(shí)，可以使施加至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的傳感器膜進(jìn)行處理以形成不連續(xù)的傳感器區(qū)域，即傳感器點(diǎn)。所述施加的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，以及包括物理掩模系統(tǒng)以及負(fù)性和正性光致抗蝕劑的應(yīng)用。
一般而言，將物理掩模系統(tǒng)用于改變所述光學(xué)存儲介質(zhì)表面無屏蔽的區(qū)域。所述掩模包含一個(gè)或多個(gè)貫穿設(shè)置的洞或設(shè)置在其中的開口。一個(gè)或多個(gè)洞或者開口各自可以例如是基本上圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形或更復(fù)雜的形狀。將掩模與光學(xué)存儲介質(zhì)的表面相鄰設(shè)置以使得選擇性地阻止或遮蔽穿過每一個(gè)洞的光接觸光學(xué)存儲介質(zhì)表面的預(yù)定位置?？梢栽谘谀Ｉ显O(shè)置遮光器。遮光器是通過開啟/閉合而選擇性地允許/阻止光接觸光學(xué)存儲介質(zhì)表面的機(jī)械裝置。在一個(gè)實(shí)例中，可以將具有約1mm-約10mm的開口的掩模施加在光學(xué)存儲介質(zhì)的表面上。然后可以使光如UV光通過該掩模施加以催化導(dǎo)致所需大小和形狀的傳感器點(diǎn)形成的反應(yīng)。在該制品的表面上經(jīng)改進(jìn)的區(qū)域可以在厚度和形狀方面不同。通常，掩模包括板、片、膜、涂層等。
在負(fù)性抗蝕劑的實(shí)施方式中，所述分析物特定性試劑可以是分散在傳感器膜中的光敏染料如亞甲藍(lán)。如果通過光掩模用光照射所述膜，受到照射的染料分子被破壞或者轉(zhuǎn)化成使其作為傳感器無效的狀態(tài)。剩余的活性染料形成傳感器點(diǎn)。
在正性抗蝕劑的實(shí)施方式中，所述分析物特定性試劑以無活性形式如包含對光不穩(wěn)定部分而分散在涂層中。當(dāng)用光照射時(shí)，使該試劑轉(zhuǎn)化成對于傳感器運(yùn)行必需的活性形式。傳感器的大小和形狀仍是由允許通過光掩模傳播的光來確定。正性和負(fù)性光致抗蝕劑化學(xué)和工藝的其他實(shí)例是已知的，以及包括在下列文獻(xiàn)中公開的那些Tetrahedron Letters，No.12，第1029-1030頁，1979；Proc.Natl.Acad.Sci.USA，卷96，第1193-1200頁，1999年2月；Tetrahedron Letters，40，第1441-1444頁，1999；Synthesis，第1-15頁，1980年1月；美國專利6,472,541以及美國專利申請公開20030186427和20030144499。據(jù)估計(jì)在上述文獻(xiàn)中公開的任何的對光不穩(wěn)定的保護(hù)基團(tuán)可以用作傳感器應(yīng)用中的前體或反應(yīng)物。其他保護(hù)基團(tuán)是所屬領(lǐng)域中已知的，其可以通過除了用光以外的其他方法除去。在美國專利5,625,081中描述的一個(gè)實(shí)例是受保護(hù)的熒光染料，其中酰氧基保護(hù)基團(tuán)通過用氨水除去。
在其他實(shí)施方式中，可以將分析物特定性試劑施加至預(yù)成型的聚合物載體上。在這些情況下，可以通過包括但不限于噴墨打印、微陣列、自動設(shè)置、絲網(wǎng)印刷等的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，將分析物特定性試劑施加至預(yù)成型的聚合物載體上。在隨后的步驟中，將具有分析物特定性試劑的膜用光結(jié)合物理掩模系統(tǒng)照射，以便催化導(dǎo)致所需大小和形狀的傳感器點(diǎn)形成的反應(yīng)。
有時(shí)，可以將粘合劑施加至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面上，接著將傳感器膜施加到該粘合劑上，以提高傳感器膜與光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的粘著力。適于所述應(yīng)用的粘合劑優(yōu)選是透明的以及是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。合適粘合劑的一個(gè)實(shí)例是CD漆如來自DIC的Daicure 2200?？梢杂糜趯鞲衅髂ふ澈现凉鈱W(xué)存儲介質(zhì)的其他適合的粘合劑包括以上作為適于用作光學(xué)存儲介質(zhì)10中粘合劑層30(如圖1中所示)所述的那些?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，包括涂抹、噴涂、旋涂、浸漬、絲網(wǎng)印刷等施加粘合劑的涂層。在一種情況下，將粘合劑旋涂在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底如DVD的數(shù)據(jù)面上。
在一些實(shí)施方式中可以使用壓敏粘合劑。通過施加壓敏粘合劑至傳感器膜的一個(gè)表面上，然后使光學(xué)存儲介質(zhì)襯底在正壓力下與壓敏粘合劑接觸，從而使光學(xué)存儲介質(zhì)襯底與傳感器膜接觸。所述壓敏粘合劑可以是水基粘合劑如丙烯酸類、乙烯基丙烯酸類、苯乙烯丙烯酸類、尿烷丙烯酸類、丙烯酸丁酯以及其他丙烯酸類乳液或交聯(lián)的丙烯酸烷基酯，基于橡膠的粘合劑如基于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的那些，環(huán)氧化物，基于硅氧烷的粘合劑如硅樹脂與聚二有機(jī)硅氧烷的共混物。根據(jù)本發(fā)明方法適于使用的水基丙烯酸類聚合物乳液壓敏粘合劑包括來自Solutia的Gelva GME 2234，來自National Starch & Chemical Co.的72.9292，以及來自Rohm & Hass Co.的Phoplex N-500。根據(jù)本發(fā)明方法適于使用的溶劑基壓敏粘合劑包括來自Solutia的Gelva GMS 1753，來自National Starch & Chemical Co.的Durotak80-1058，及其混合物?？梢杂冒∕eyer rod、凹版印刷、輥襯刀(knifeover-roll)、以及3和4輥的逆輥涂布的標(biāo)準(zhǔn)涂覆方法將水基和溶劑基的液體壓敏粘合劑施加至塑料保護(hù)膜移動的網(wǎng)上以形成粘合劑涂覆的塑料傳感器膜。通常地，然后使壓敏粘合劑涂覆的塑料傳感器膜干燥，切成適當(dāng)?shù)拇笮『托螤睿缓笈c光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面接觸。然后，可以使所得到的包含塑料傳感器膜、壓敏粘合劑和光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的夾層結(jié)構(gòu)經(jīng)過層壓機(jī)以確保塑料傳感器膜與光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的良好粘附。
在一個(gè)實(shí)施方式中，將所述經(jīng)壓敏粘合劑涂覆的塑性傳感器膜層壓至硅氧烷涂覆的背襯以保護(hù)該壓敏粘合劑。在應(yīng)用中，可以除去該背襯以露出壓敏粘合劑，其隨后用于將傳感器膜施加到光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上。也可以將這些壓敏粘合劑用作如圖1中所示的光學(xué)存儲介質(zhì)10的粘合劑層30。
在一個(gè)實(shí)施方式中在傳感器膜施加到光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上之后固化粘合劑層。通常用UV光源照射經(jīng)涂覆的光學(xué)存儲介質(zhì)襯底以固化所述粘合劑。所述粘合劑也可以用熱、與空氣和/或水的反應(yīng)、或除去反應(yīng)副產(chǎn)物而固化。合適的UV光源的實(shí)例包括具有螺旋形燈的Xenon Corp.RC747脈沖UV/可見光系統(tǒng)。暴露于約0.5J/cm2光能量的UV光源下的固化時(shí)間可以是約0.5秒-約10秒，優(yōu)選約1秒-約5秒。在一個(gè)實(shí)施方式中，固化時(shí)間是大約2秒。所得到的膜/光學(xué)存儲介質(zhì)襯底結(jié)構(gòu)是透明的和優(yōu)質(zhì)的，在傳感器膜和光學(xué)存儲介質(zhì)襯底之間良好的粘合。也可以為此使用其他光源。以下在表3中給出了部分清單。
表3粘合劑固化用光源
如上所述，可以將本發(fā)明的傳感器膜施加到光學(xué)存儲介質(zhì)制品的整個(gè)表面上然后進(jìn)行處理，因此所得到的傳感器包含在不連續(xù)位置上的分析物特定性試劑，即傳感器點(diǎn)。在其他實(shí)施方式中，可以將本發(fā)明的傳感器膜放在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的預(yù)定區(qū)域上。因而傳感器膜的使用容許傳感器點(diǎn)的大規(guī)模生產(chǎn)，可以在暴露于所關(guān)注的流體之前將其放在所述盤選定的區(qū)域上。
所述傳感器膜也可以任選地包含多種添加劑如流平劑、表面活性劑、觸變劑等，以及包含至少一種上述添加劑的反應(yīng)產(chǎn)物和組合?？梢詫λ龉鈱W(xué)存儲介質(zhì)的材料進(jìn)行選擇和/或改性以提供在該光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面上保留所述分析物特定性試劑和膜所需的性能。這些改性可以包括但不限于使用不同共聚物材料、添加劑、封端以及本領(lǐng)域已知的任何其他改性。
在其他實(shí)施方式中，也可以將本發(fā)明的傳感器膜施加至另一透明塑料膜上，然后將該塑料膜施加至光學(xué)存儲介質(zhì)制品上。上述的另一透明塑料膜可以具有附著在該膜一面上的其自有的粘合劑層?？梢栽趥鞲衅髂な┘又凉鈱W(xué)存儲介質(zhì)襯底之前或之后使透明膜上傳感器膜的結(jié)構(gòu)暴露于分析物下。
有時(shí)，可以將傳感器膜放在透明膜上，然后將該透明膜放在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上。在這種情況下傳感器膜在透明膜的之上并暴露于環(huán)境下；而該透明膜又在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底和傳感器膜之間。在這一實(shí)施方式中，可以周期性地使傳感器點(diǎn)暴露于環(huán)境下以及能夠及時(shí)獲取讀數(shù)以遵循反應(yīng)的動力學(xué)。
在另一實(shí)施方式中，可以將附在透明膜上的傳感器膜施加至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上以使得傳感器膜處于透明膜和光學(xué)存儲介質(zhì)襯底之間。在這一實(shí)施方式中，可以使傳感器點(diǎn)暴露于環(huán)境下僅一次然后通過具有暴露于環(huán)境下的透明膜而受到保護(hù)。
可以用于上述實(shí)施方式中的具有粘合劑層的透明塑料膜的實(shí)例包括市場上可購得的帶如由Lovett Brand作為透明膠帶銷售的那些。將該膜附著于DVD或CD上以及將均勻分布的壓力施加在膜上。所得到的膜/DVD結(jié)構(gòu)是透明和優(yōu)質(zhì)的。
在其他實(shí)施方式中，可以使用預(yù)成型的透明塑料圓形膜，包括CD防劃痕保護(hù)膜如來自d-skin LLC的d-skin或Model CLR-33，以及可以將其放在整張盤上。其他適合的膜是從Quieve Technologies，Inc.在市場上可購得的?？梢杂萌缟纤龅恼澈蟿┦鼓べN在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上。一旦已經(jīng)施加了所述膜，就可以將含有分析物特定性試劑的傳感器區(qū)域施加在該透明的圓形膜上?？梢栽谑┯糜诠獗P之前將傳感器膜施加到所述透明的塑料膜上。這樣，可以使具有傳感器區(qū)域的透明塑料膜暴露于關(guān)注的試樣下然后可以將其施加至分析用的光盤上。
在其他實(shí)施方式中，優(yōu)選在沒有任何中間層如粘合劑層的情況下進(jìn)行傳感器膜的沉積。通過用恰當(dāng)?shù)娜軇?例如，1-甲氧基-2-丙醇、異丙醇、乙醇(ethyl alcohol)、乙醇和/或2-丙醇)潤濕光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面，接著沉積含有試劑的傳感器膜區(qū)域，從而完成上述的沉積。所述膜的實(shí)例是具有pH試劑如溴百里酚藍(lán)或溴甲酚綠的聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)膜?？梢酝ㄟ^將聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)聚合物在適當(dāng)?shù)木酆衔餄舛认氯芙庠?-甲氧基-2-丙醇中而形成所述膜。加入pH試劑然后可以通過將聚合物溶液涂覆在平坦的惰性光學(xué)存儲介質(zhì)襯底如光學(xué)存儲介質(zhì)上而制成膜。因此，例如，可以將適當(dāng)?shù)木酆衔餄舛认碌脑?-甲氧基-2-丙醇中的聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)聚合物旋涂在傳感器點(diǎn)上以確保其在盤上。
作為選擇地，可以在設(shè)置傳感器點(diǎn)之前用合適的溶劑如1-甲氧基-2-丙醇潤濕盤的表面以促進(jìn)粘合。
在另一實(shí)施方式中，用均勻的外部壓力通過單純的靜電粘附將從如上所述的預(yù)成型膜剪切的多個(gè)傳感器點(diǎn)粘附在光學(xué)介質(zhì)上。有時(shí)通過壓力和靜電粘附如此粘合至介質(zhì)上的傳感器點(diǎn)進(jìn)一步通過經(jīng)控制的加溫退火固定在其位置上。使具有所述傳感器點(diǎn)的光學(xué)介質(zhì)上的部分選擇性地暴露于紅外輻射下以將所述點(diǎn)的溫度提高至在聚合物基質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上、但在聚碳酸酯的Tg以下的溫度，隨后冷卻至環(huán)境溫度。
在又一實(shí)施方式中，可以采用交聯(lián)劑以使傳感器膜與載體介質(zhì)交叉反應(yīng)，例如可以采用UV活化的交聯(lián)劑。在該實(shí)施方式中，從溶劑中的試劑溶液將試劑固定在傳感器膜的聚合物基質(zhì)中。
在大多數(shù)的上述沉積技術(shù)中，通過用經(jīng)控制的UV曝光的盤表面預(yù)處理、化學(xué)表面預(yù)處理或沉積后在升高的溫度下退火、或在富溶劑的氣氛中退火，可以進(jìn)一步提高傳感器點(diǎn)與盤的粘合。
一經(jīng)得到，就可以將本發(fā)明的具有傳感器點(diǎn)的盤暴露于檢測所關(guān)注的分析物用的試樣下。例如，在采用對pH敏感的試劑如溴百里酚藍(lán)或溴甲酚綠的情況下，可以使所述傳感器點(diǎn)暴露于可以包括氨的蒸汽或液體下，以及該傳感器讀取以確認(rèn)上述堿性蒸汽的存在及其量?？梢詫⑺瞿し旁诠鈱W(xué)存儲介質(zhì)襯底上然后使其暴露于分析物下，或可以將所述膜暴露于含有分析物的試樣然后將其放在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上。
為了減少與環(huán)境中的雜質(zhì)、污染物、溶劑等接觸時(shí)傳感器點(diǎn)完整性的退化問題，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在傳感器點(diǎn)上施加附加的薄的耐溶劑覆蓋層。所述覆蓋層保護(hù)傳感器點(diǎn)免于退化。覆蓋層可以包含在化學(xué)測定選擇性方面促進(jìn)改進(jìn)的不同添加劑。所述覆蓋層自身可以充當(dāng)穿過該覆蓋層到達(dá)感測層的物種的選擇性膜。
合適的耐溶劑覆蓋層對于以液體或氣體形式的分析物是可滲透的，但對于環(huán)境中的雜質(zhì)、污染物和溶劑是不可滲透的以及有耐受性的。從而，所述耐溶劑的覆蓋層充當(dāng)容許所關(guān)注的分析物滲透但阻止雜質(zhì)進(jìn)入到傳感器中的選擇性膜。如上所述，所述覆蓋層可以是單獨(dú)的透明膜。有時(shí)，可以將所述耐溶劑的覆蓋層均勻施加在整張盤上并且用于將傳感器點(diǎn)保持在適當(dāng)位置上。
在其他實(shí)施方式中，使傳感器膜暴露于所關(guān)注的流體中，以及將保護(hù)性覆蓋層施加在傳感器點(diǎn)上以減少環(huán)境影響和/或增加傳感器點(diǎn)的恢復(fù)時(shí)間以及容許在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器中測量傳感器點(diǎn)。在這種情況下，可以在施用于光學(xué)存儲介質(zhì)襯底之前或之后使傳感器膜暴露于所關(guān)注的流體中。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述耐溶劑的覆蓋層是以商標(biāo)Telfon AF銷售的四氟乙烯(TFE)與全氟代-2，2-二甲基-1，3-二噁茂(PDD)的無規(guī)共聚物；對于Telfon AF使用的論述，參見Lowry等，“Optical Characteristics of TelfonAF Fluoroplastic Materials”，Opt.Eng.1992，31，第1982-1985頁。其他耐溶劑的覆蓋層包括以商標(biāo)Nafion銷售的全氟磺酸酯離聚物以及不被水溶解的水凝膠如聚(甲基丙烯酸羥基乙酯)?？梢杂米髂腿軇└采w層的其他適合的水凝膠包括如上所述作為用作傳感器膜聚合物載體的合適材料具有選擇滲透性質(zhì)的那些。
在一個(gè)實(shí)施方式中，將分析物特定性試劑固定在透明膜上以形成傳感器點(diǎn)。在該實(shí)施方式中，使具有至少一個(gè)傳感器點(diǎn)的傳感器膜暴露于試樣如流體或蒸汽下，以及在傳感器膜暴露之后接著是將其結(jié)合在用于在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器中讀取的光學(xué)存儲介質(zhì)上。
在暴露于試樣之后，可以在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器內(nèi)進(jìn)行分析物特定性試劑的讀出。所述光學(xué)驅(qū)動器可以檢測傳感器點(diǎn)的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化。在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器中放置傳感器裝置，其能夠分析所述分析物特定性試劑的性質(zhì)以確定分析物是否存在。優(yōu)選地，可以使用在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的常規(guī)讀取中用于光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器里的激光進(jìn)行含有分析物的光學(xué)存儲介質(zhì)的讀出。
由所述光學(xué)存儲介質(zhì)提供的信息同時(shí)呈化學(xué)/生物性質(zhì)和非化學(xué)的/非生物的性質(zhì)。傳感器點(diǎn)可以提供使試驗(yàn)之間偏差最小化的平均信號。點(diǎn)的陣列可以提供使試驗(yàn)之間偏差最小化的平均信號。
在一個(gè)實(shí)施方式中，每一傳感器點(diǎn)覆蓋多個(gè)凹點(diǎn)/平臺(pit/land)區(qū)域。傳感器區(qū)域的這一特征可提供使同一傳感器點(diǎn)的不同區(qū)域上的信號平均化的能力，從而提高信噪比。術(shù)語“覆蓋”指的是所述點(diǎn)位于光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的激光入射面與含有凹點(diǎn)和平臺的數(shù)據(jù)層之間。所述點(diǎn)可以位于并非必定與凹點(diǎn)/平臺層相鄰的涂層中，但寧可在激光至特定的凹點(diǎn)/平臺區(qū)域的光程中。
也可以使用傳感器點(diǎn)的陣列，其含有與相應(yīng)濃度的某一分析物反應(yīng)至完全的不同濃度下的化學(xué)試劑。所述傳感器點(diǎn)的陣列包含對分析物和環(huán)境的物理和化學(xué)性質(zhì)作出響應(yīng)的不同化學(xué)試劑。有時(shí)傳感器點(diǎn)的陣列包含在來自光學(xué)驅(qū)動器的刺激(如，光)下受到催化并開始反應(yīng)的化學(xué)試劑。
也可以從同一傳感器點(diǎn)隨著時(shí)間進(jìn)行檢測以提供有關(guān)反應(yīng)動力學(xué)的信息。
在另一實(shí)施方式中，傳感器點(diǎn)的陣列檢測環(huán)境的非化學(xué)參數(shù)。這些參數(shù)的非限制性實(shí)例包括物理的、機(jī)械的、介電的、電的、磁的、以及其他非化學(xué)的參數(shù)。更具體的例子是溫度、粘度、壓力、氧化-還原電勢、滲透性、分子量、孔隙度、疏水性、表面能、溶液電導(dǎo)率等。
在將熒光團(tuán)用作分析物特定性試劑的情況下，該熒光團(tuán)的激發(fā)波長處于在光學(xué)介質(zhì)的常用讀出裝置/記錄裝置中所用的激光二極管和多種可利用光源運(yùn)行的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以用激光二極管進(jìn)行分析物特定性試劑的讀出(激發(fā))。在另一可選擇的實(shí)施方式中，分析物特定性試劑的讀取在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器外完成。盡管以下描述可以用于讀取具有傳感器膜的盤片的光學(xué)介質(zhì)讀出裝置的一個(gè)實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明的方法可以使用本領(lǐng)域中已知的任何光學(xué)介質(zhì)讀出裝置來進(jìn)行。
可以用于讀取具有傳感器膜的盤片的常規(guī)光學(xué)讀出裝置包含與跟蹤裝置相連的光學(xué)讀取/寫入拾取裝置。通常，將光學(xué)讀取/寫入磁頭和跟蹤裝置都與運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的面相鄰設(shè)置。所述光學(xué)讀取/寫入頭包括可用于將編碼/未編碼光線(如激光等)傳送到光學(xué)存儲介質(zhì)襯底表面的光源，如激光二極管等。光學(xué)讀取/寫入頭還包括可用于從光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面接收編碼/未編碼光線(如激光等)的光接收裝置，如光電二極管等。還可以將反射元件如半反光鏡、電子束分裂器等以及聚焦透鏡或其他聚焦光學(xué)器件用于將光傳送至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面和/或從其表面接收光。
使用光學(xué)讀取/寫入頭，可以通過跟蹤裝置和光學(xué)讀取/寫入頭的選擇性定位，從所述光學(xué)存儲介質(zhì)襯底表面的預(yù)定部分中讀取分析物特定性試劑和數(shù)據(jù)。通常，所述跟蹤裝置包括與一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)軌可移動地連接的拾取載體部件，其一部分可以是帶螺紋的。與伺服電動機(jī)等一起，所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)軌可用于相對于光學(xué)存儲介質(zhì)襯底的表面線性地移動跟蹤裝置和光學(xué)讀取/寫入頭?？梢詮谋┞队诃h(huán)境試樣之后的傳感器點(diǎn)進(jìn)行讀取，無需傳感器點(diǎn)在暴露于環(huán)境試樣之前的測量步驟。作為選擇地，一旦已經(jīng)得到具有傳感器點(diǎn)的光學(xué)存儲介質(zhì)制品的基線讀數(shù)，就可以使傳感器點(diǎn)暴露于試樣如環(huán)境試樣下以確定特定分析物的存在。在分析物存在且與分析物特定性試劑反應(yīng)的情況下，與分析物特定性試劑的反應(yīng)改變來自所述光學(xué)存儲介質(zhì)的透射率、散射、偏振、或光程長度、或這些參數(shù)的組合，由此提供證實(shí)所關(guān)注的分析物存在的信號?？梢詫⒕哂邢嗤瘜W(xué)組成并用于相同環(huán)境參數(shù)測量的傳感器點(diǎn)暴露于該環(huán)境參數(shù)下不同的時(shí)間量，從而在測量中獲得改善的定量數(shù)據(jù)，其中至少一個(gè)傳感器點(diǎn)沒有暴露于該環(huán)境參數(shù)并充當(dāng)基線讀數(shù)。
在傳感器點(diǎn)位于膜上的實(shí)施方式中，可以首先將所述點(diǎn)暴露于試樣下，然后將其放在讀取用的盤上。從可得到的類似傳感器點(diǎn)對所關(guān)注的分析物的響應(yīng)曲線上，由該傳感器點(diǎn)的響應(yīng)可以確定關(guān)注的分析物的存在。
另外，如上所述，所述傳感器膜可以具有多于一個(gè)傳感器點(diǎn)?？梢詫⒕哂邢嗤瘜W(xué)組成并用于相同環(huán)境參數(shù)測量的傳感器點(diǎn)暴露于該環(huán)境參數(shù)下不同的時(shí)間量，從而在測量中獲得改善的定量數(shù)據(jù)，其中至少一個(gè)傳感器點(diǎn)沒有暴露于該環(huán)境參數(shù)并充當(dāng)基線讀數(shù)。
盡管上述公開內(nèi)容已經(jīng)涉及本發(fā)明的傳感器膜對于在光學(xué)讀出裝置中讀取的光學(xué)存儲介質(zhì)制品的應(yīng)用，但在其他實(shí)施方式中可以將所述傳感器膜施用于其他襯底以及用其他方法讀取。適合的襯底包括具有與傳感器點(diǎn)的布置相匹配的幾何形狀的任何塑料或玻璃襯底。所述襯底為傳感器膜或透明膜提供載體?？捎玫膸缀涡螤畹膶?shí)例包括圓盤形、正方形、以及帶形。在這樣的情況下，可以使傳感器膜上的傳感器區(qū)域暴露于所關(guān)注的試樣下，然后可以通過任何可得到的反射或透射檢測器進(jìn)行分析。所述檢測器的非限制性實(shí)例包括UV-可見光分光計(jì)(如Hewlett Packard Model 8452A(二極管陣列分光計(jì)))手提式(handheld)光度計(jì)和分光光度計(jì)如Ocean OpticsModel USB2000，Hach Model DR-2010，Hach Model 890，MerckReflectoquant，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他類似檢測器。在這種情況下，可以采用除光學(xué)存儲介質(zhì)襯底以外的襯底。
現(xiàn)參照下列實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。應(yīng)注意的是下列實(shí)施例僅為舉例說明和描述而列于此處；其并不意味著是窮舉性的或意欲將本發(fā)明限制成所公開的精確形式。
實(shí)施例1將試劑膜固定在預(yù)成型的膜上以使得可整個(gè)地制備測試點(diǎn)，以及然后在暴露于所關(guān)注的流體中之前放在盤的選擇性區(qū)域上。
所用的透明塑料膜具有附著在該膜一面上的壓敏粘合劑層(3M 9482光學(xué)透明粘合劑膜，10mil)。將該膜貼在DVD上并對其施加均勻分布的壓力。所得到的膜/DVD結(jié)構(gòu)是透明和優(yōu)質(zhì)的。在光學(xué)驅(qū)動器中放映該DVD以及得到的分析結(jié)果示于圖2中，表示有和沒有涂覆膜的DVD的區(qū)域產(chǎn)生的信號。如在圖2中可看到的，具有所述膜的DVD分析時(shí)，該透明膜產(chǎn)生巨大的信號變化。這一巨大的信號變化排除了該膜用作DVD傳感器載體。
然后制備另一張盤。首先將粘合劑層施加到DVD上。所用的粘合劑是從DIC可得到的CD漆Daicure 2200。將Daicure 2200的涂層旋涂在DVD的數(shù)據(jù)面上。然后將試劑膜施加到該漆上。然后用Xenon Corp.RC747閃光燈以UV照射經(jīng)涂覆的DVD 2秒以固化該漆。所得到的膜/DVD結(jié)構(gòu)是透明和優(yōu)質(zhì)的，在試劑膜和DVD之間具有良好的粘合。
如下形成另一膜層選擇透明的塑料膜，在該膜一面上具有粘合劑層(Lovett Brand透明膠帶)。將適當(dāng)大小的試劑膜貼在DVD上并對其施加均勻分布的壓力。所得到的膜/DVD結(jié)構(gòu)是透明和優(yōu)質(zhì)的。在光學(xué)驅(qū)動器中放映該DVD以及得到的分析結(jié)果示于圖3中，其中信號產(chǎn)生自有和沒有涂覆膜的DVD的區(qū)域，在分析有該膜的DVD時(shí)，該膜只產(chǎn)生小的信號變化。因此，該膜適于與本發(fā)明的分析物敏感材料一起使用。
然后通過施加分散在醇基溶劑中的低水平的吸收性材料(在此情況下為炭黑)而改性用粘合劑層貼在盤上的透明膜。用拉涂(draw-coating)方法將吸收性材料施加成穿過所述膜中心的1mm寬的線。測量完成后，以大約2倍于現(xiàn)有低吸收線的吸收性材料載入量將吸收性材料作為1mm寬的線再施加。圖3顯示來自用不同吸收水平的吸收性材料所改性膜的區(qū)域的信號變化增幅水平。信號水平0、1和2對應(yīng)于沒有來自膜的吸收(信號0)以及增加的吸收值(信號1和2)。
實(shí)施例2將分散在醇基溶劑中的炭黑以增加的濃度固定在光盤上以提供具有不同吸收水平的測試點(diǎn)。吸收性膜的吸收水平由光盤上每一點(diǎn)的炭黑顏料量提供。在光學(xué)驅(qū)動器(Pioneer DVD驅(qū)動器，Model 115)中放映該光盤。如圖4A中所示，將預(yù)成型的透明塑料圓形膜(CD保護(hù)膜Model CLR-33)放在整張盤上。如圖4B中“X”所示該膜用其(CD保護(hù)膜Model CLR-33)帶有的粘合劑在膜的內(nèi)緣粘貼。
所得到的膜/光學(xué)存儲介質(zhì)結(jié)構(gòu)是透明和優(yōu)質(zhì)的。再次放映在吸收區(qū)域上具有所述膜的CD，分析結(jié)果示于圖5中，其中信號產(chǎn)生自有和沒有所附膜的光盤上提高吸收的區(qū)域。具有和沒有覆蓋膜的區(qū)域所得到的與吸收有關(guān)的光盤信號之間的相關(guān)性示于圖6中。
接著，將含有細(xì)致分散的炭黑的光吸收區(qū)域施加到覆蓋膜上。炭黑分散在醇基溶劑中并且用拉涂方法施加到預(yù)成型的透明膜上。如上在光驅(qū)動器中得到信號。從沒有吸收區(qū)域的覆蓋膜得到的信號(基線)以及從具有吸收區(qū)域(用炭黑作為NIR吸收劑)的覆蓋膜得到的信號的例子示于圖7中。如在圖7中可以看到的，所述覆蓋膜沒有產(chǎn)生明顯的信號衰減，因此適于作為傳感器膜沉積用的載體。
將兩種水平的吸收性材料施加在覆蓋膜上以產(chǎn)生不同水平的測得的吸收。圖8說明來自具有傳感器區(qū)域的覆蓋膜的信號，該區(qū)域包含NIR吸收劑的低和高吸收性區(qū)域。
實(shí)施例3通過機(jī)械固定將pH試劑，溴甲酚綠，固定在聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)膜中以使得可整個(gè)地制備測試點(diǎn)，然后在暴露于氨蒸汽下之前放在盤的選擇性區(qū)域上。因此，每一片膜具有聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)聚合物載體，試劑結(jié)合到該載體中。通過將聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)聚合物以適當(dāng)?shù)木酆衔餄舛热芙庠?-甲氧基-2-丙醇中而形成所述膜。在傳感器試劑固定以后，將該膜放在盤的預(yù)定區(qū)域上。
通過將聚合物溶液拉涂到平坦的惰性光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上制備膜。將干燥后的膜從光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上剝離以及預(yù)切成需要的大小(約3×4mm)。在沒有任何中間層如粘合劑層的情況下，通過用1-甲氧基-2-丙醇潤濕盤表面，接著通過施加壓力將膜附著在光學(xué)存儲介質(zhì)襯底上，從而將該膜沉積。
將具有酸-堿試劑溴甲酚綠的若干膜貼在DVD光學(xué)存儲介質(zhì)上。在室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將該膜以不同的暴露時(shí)間暴露于飽和蒸汽濃度下的堿性蒸汽(氨)中。通過將暴露時(shí)間從0至約20秒改變而提供不同水平的暴露。圖9顯示用光學(xué)驅(qū)動器(LG Electronics，Inc.，Model GCC4480B)記錄時(shí)三種傳感器區(qū)域的響應(yīng)，其中不同的傳感器區(qū)域暴露于飽和的氨蒸汽下不同的時(shí)間量(t1＜t2＜t3)。
實(shí)施例4為檢測水中的離子物種如NH4+，在DVD表面制成含不同pH染料的薄膜區(qū)域。這些染料包括溴甲酚綠(Aldrich，11，435-9)，溴酚藍(lán)(NutritionalBiochemicals，12-238)，以及溴甲酚紫(Aldrich，86，089-1，90％染料含量)。將染料溶解在從Aldrich購買的Nafion聚合物溶液中。將染料-Nafion溶液沉積在DVD上。室溫下溶劑蒸發(fā)以后，用外層覆蓋該膜。所述外層是TeflonAF 2400膜。通過將Teflon AF 2400(來自DuPont)溶解在Fluorinert 75溶劑(來自3M)中制備外層膜組合物。測量所述膜的初始信號，接著將所述盤暴露于0.001mol/L NH4+溶液。從溶液中取出時(shí)，再次測量該盤。如圖10中所示觀察到暴露于NH4+之前和之后傳感器膜的傳感器信號的變化。觀察到的信號變化伴隨有從藍(lán)到黃的顏色變化以及在DVD激光的波長下各自的吸收增加。
盡管已經(jīng)在典型的實(shí)施方式中舉例說明和描述了本發(fā)明，其并不意味著限制于所示的細(xì)節(jié)，因?yàn)樵谌魏吻闆r下不脫離本發(fā)明的精神可以進(jìn)行多種改變和替換。同樣地，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，僅通過常規(guī)的實(shí)驗(yàn)即可得到本文所公開發(fā)明的進(jìn)一步改動和等價(jià)物，相信所有這些改動和等價(jià)物都處于由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器裝置，其包含光學(xué)存儲介質(zhì)(10)；和施加到至少一部分的所述光學(xué)存儲介質(zhì)上的傳感器膜(70)，其包含結(jié)合有分析物特定性試劑的聚合物載體。
2.權(quán)利要求1的傳感器裝置，其中所述聚合物載體選自聚苯胺類、聚噻吩類、聚吡咯類、聚乙炔類、聚烯烴類、聚二烯烴類、聚丙烯酸類、聚甲基丙烯酸類、聚乙烯基醚類、聚乙烯基硫醚類、聚乙烯醇類、聚乙烯基酮類、聚乙烯基鹵化物類、聚乙烯基腈類、聚乙烯基酯類、聚苯乙烯類、聚亞芳基類、聚氧化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚酸酐類、聚氨酯類、聚磺酸酯類、聚硅氧烷類、聚硫化物類、聚硫酯類、聚砜類、聚磺酰胺類、聚酰胺類、聚脲類、聚膦腈類、聚硅烷類、聚硅氮烷類、聚苯并噁唑類、聚噁二唑類、聚苯并噻嗪并吩噻嗪類、聚苯并噻唑類、聚吡嗪并喹喔啉類、聚均苯四酸酰亞胺類、聚喹喔啉類、聚苯并咪唑類、聚羥吲哚類、聚氧代異二氫吲哚類、聚二氧代異二氫吲哚類、聚三嗪類、聚噠嗪類、聚哌嗪類、聚吡啶類、聚哌啶類、聚三唑類、聚吡唑類、聚吡咯烷類、聚碳酸酯類、聚氧雜二環(huán)壬烷類、聚二苯并呋喃類、聚苯酞類、聚縮醛類、聚酸酐類、糖類、以及上述物質(zhì)的單體組分的共聚物。
3.權(quán)利要求1的傳感器裝置，其中所述聚合物載體包括聚合物共混物。
4.權(quán)利要求1的傳感器裝置，其中所述分析物特定性試劑選自有機(jī)染料、無機(jī)染料、納米晶體、納米顆粒、量子點(diǎn)、有機(jī)熒光團(tuán)、無機(jī)熒光團(tuán)、IR吸收染料、近紅外吸收材料、UV吸收染料、光致變色染料、以及熱致變色染料。
5.權(quán)利要求1的傳感器裝置，其中所述分析物特定性試劑選自呫噸染料、吖啶染料、偶氮染料、卟啉染料、酞菁染料、花青染料、部花青染料、苯乙烯基染料、oxonol染料、三芳基甲烷染料、亞甲藍(lán)、苯酚藍(lán)、溴百里酚藍(lán)和溴甲酚綠。
6.一種制備傳感器裝置的方法，其包含選擇光學(xué)存儲介質(zhì)(10)以用作襯底；選擇聚合物載體；向所述聚合物載體中加入分析物特定性試劑以形成傳感器膜(70)；將所述傳感器膜(70)施加至所述光學(xué)存儲介質(zhì)(10)上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中選擇聚合物載體的步驟采用選自下列的聚合物聚苯胺類、聚噻吩類、聚吡咯類、聚乙炔類、聚烯烴類、聚二烯烴類、聚丙烯酸類、聚甲基丙烯酸類、聚乙烯基醚類、聚乙烯基硫醚類、聚乙烯醇類、聚乙烯基酮類、聚乙烯基鹵化物類、聚乙烯基腈類、聚乙烯基酯類、聚苯乙烯類、聚亞芳基類、聚氧化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚酸酐類、聚氨酯類、聚磺酸酯類、聚硅氧烷類、聚硫化物類、聚硫酯類、聚砜類、聚磺酰胺類、聚酰胺類、聚脲類、聚膦腈類、聚硅烷類、聚硅氮烷類、聚苯并噁唑類、聚噁二唑類、聚苯并噻嗪并吩噻嗪類、聚苯并噻唑類、聚吡嗪并喹喔啉類、聚均苯四酸酰亞胺類、聚喹喔啉類、聚苯并咪唑類、聚羥吲哚類、聚氧代異二氫吲哚類、聚二氧代異二氫吲哚類、聚三嗪類、聚噠嗪類、聚哌嗪類、聚吡啶類、聚哌啶類、聚三唑類、聚吡唑類、聚吡咯烷類、聚碳酸酯類、聚氧雜二環(huán)壬烷類、聚二苯并呋喃類、聚苯酞類、聚縮醛類、聚酸酐類、糖類、以及上述物質(zhì)的單體組分的共聚物。
8.權(quán)利要求6的方法，其中所述選擇聚合物載體的步驟包括選擇聚合物共混物作為所述聚合物載體。
9.權(quán)利要求6的方法，其進(jìn)一步包含將耐溶劑的外層施加到所述傳感器膜(70)上。
10.一種制備傳感器裝置的方法，其包含選擇光學(xué)存儲介質(zhì)(10)以用作襯底；選擇聚合物載體；向所述聚合物載體中加入分析物特定性試劑以形成傳感器膜(70)；使所述傳感器膜暴露于分析物；和在所述傳感器膜(70)暴露于所述分析物之后將所述傳感器膜施加至所述光學(xué)存儲介質(zhì)(10)上以制備傳感器裝置。
全文摘要
公開了將傳感器材料施加至光學(xué)存儲介質(zhì)襯底(10)上的方法。在暴露于所關(guān)注的試樣之后，為了所述試樣的物理、化學(xué)和生物參數(shù)的定量分析，所得到的傳感器可以在光學(xué)存儲介質(zhì)驅(qū)動器中讀取。
文檔編號G01N33/543GK1906489SQ200480040696
公開日2007年1月31日 申請日期2004年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月24日
發(fā)明者拉蒂斯拉夫·A·波蒂雷洛, 馬克·B·威斯紐德爾, 斯科特·M·博耶特, 安德魯·M·利奇, 卡西拉曼·克里什南 申請人:通用電氣公司