用于結(jié)合親和力的檢測的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于結(jié)合部位與目標分子之間的結(jié)合親和力的檢測的裝置，并設(shè) 計一種用于檢測結(jié)合親和力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學生物傳感器是使得結(jié)合親和力的檢測成為可能的裝置。結(jié)合親和力指的是分 子相互作用的強度（例如，高的結(jié)合親和力由結(jié)合部位與目標分子之間較大的分子間力產(chǎn) 生）。用于這樣的光學生物傳感器的典型應(yīng)用領(lǐng)域是在不限于任何特定的化學、生物或藥 用物質(zhì)的利益的情況下的受體分子（如結(jié)合部位）與預(yù)定目標分子之間的結(jié)合親和力的檢 測。該檢測能以夾心法進行，在所述夾心法中，目標分子結(jié)合至結(jié)合部位并結(jié)合至標記的輔 助粘合劑分子。測量從標記發(fā)出的光，以檢測結(jié)合親和力。
[0003] 替代性地，能以無標記的方式測量目標分子結(jié)合至受體分子的能力。例如，在表面 等離子體共振光譜學（SPR)中，光學生物傳感器通過光譜地測量吸收光譜中的共振移位使 得無標記檢測成為可能。如果目標分子已結(jié)合至附著的受體分子，則光譜信號特征地改變， 并且該改變代表結(jié)合親和力。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的SPR裝置包括可透射基板，所述可透射基板在其一側(cè)包括金屬層（例 如，薄的黃金層）。在基板的與布置金屬層的一側(cè)相對的一側(cè)上布置有棱鏡。用作結(jié)合部位 的受體分子被固定在金屬層上。然后將目標分子涂覆至受體分子，用于受體分子與目標分 子之間的結(jié)合親和力的檢測。
[0005] 在這樣的裝置的使用期間，入射光束經(jīng)由棱鏡通過可透射基板被引導(dǎo)到金屬層 上。入射光束與表面等離子電磁地耦合。表面等離子是相干電子振蕩，所述相干電子振蕩 出現(xiàn)在金屬與在金屬的外表面上方的介質(zhì)的界面處，并且所述相干電子振蕩沿著金屬層傳 播。如果附著的受體分子已結(jié)合至涂覆的目標分子，則等離子改變。在物理方面，相對于在 受體分子與目標分子之間出現(xiàn)的結(jié)合事件特征地改變的是傳播的表面等離子的共振頻率。 入射光的反射部分通過測量在提供表示在受體分子與目標分子之間發(fā)生結(jié)合事件的信號 的角吸收光譜中的變化來被光譜地分析。
[0006] 與上述SPR裝置相關(guān)的缺點是對目標分子可能非特異性地結(jié)合至其的金屬層的 需求。另一缺點是，靈敏度受在等離子的傳播路徑上積累的折射率的變化限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種用于結(jié)合部位與目標分子之間的結(jié)合親和力的檢測的 裝置，所述裝置克服或至少大大地減少與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相關(guān)的缺點。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過用于結(jié)合親和力的檢測的裝置來實現(xiàn)。裝置包括沒有波 導(dǎo)的基板，基板包括在其上布置有能夠與目標分子結(jié)合的多個結(jié)合部位的平面表面。結(jié)合 部位沿著彼此隔開一定距離的多根相鄰布置的曲線布置在平面表面上，以在操作中相對于 多根相鄰布置的曲線，預(yù)定波長的相干光產(chǎn)生在預(yù)定的束生成位置處并入射在結(jié)合部位 上，以在以在帶有結(jié)合的目標分子的結(jié)合部位處衍射，使得相對于多根相鄰布置的曲線，入 射相干光束的衍射部分在預(yù)定的檢測位置處干涉，并且在光學路徑長度上的差值是相干光 的預(yù)定波長的整數(shù)倍，以在檢測位置處提供代表結(jié)合部位與目標分子的結(jié)合親和力的信 號。裝置還包括被布置成防止入射相干光束的非衍射部分傳播到預(yù)定檢測位置的光束阻 擋。
[0009] 為了結(jié)合親和力的檢測，結(jié)合部位沿著多根曲線布置，并且目標分子被涂覆至結(jié) 合部位。通常，"結(jié)合部位"是在目標分子可結(jié)合至直（或者在結(jié)合親和力的情況下結(jié)合至 其）的平面表面上的位置。由于能相對于平面表面上的任何合適類型的結(jié)合部位分析目標 分子，所以根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合親和力的檢測既不限于任何特定類型的目標分子，也不限于 任何類型的結(jié)合部位，而是限于分子、蛋白質(zhì)、DNA等的結(jié)合特性。術(shù)語入射束的衍射"部 分"指的事實是，其不是被衍射的整個入射相干光束，使得入射束的一部分（事實上入射束 的主要部分）繼續(xù)在入射束的方向中傳播。預(yù)定波長的入射相干光束產(chǎn)生于預(yù)定的束生成 位置，并且可由激光光源產(chǎn)生。其傳播以撞擊曲線，使得其一部分衍射并朝著預(yù)定的檢測位 置傳播。入射相干光束的衍射部分在預(yù)定的檢測位置（例如，光學CCD或CMOS檢測器的感 測表面）處干涉，以在預(yù)定的檢測位置處提供最大信號。將在預(yù)定檢測位置處的信號與例 如可以是僅在結(jié)合部位（無結(jié)合至其的目標分子）處被衍射的光的信號的參考信號相比較 或者與另一（已知）參考信號相比較。替代性地，能進行時間敏感測量，以測量代表結(jié)合親 和力的信號，所述信號將與代表結(jié)合親和力的較早測量的信號相比較。如果非衍射部分被 完全屏蔽掉或者如果非衍射部分的強度大大降低，則防止入射相干光束的非衍射部分傳播 到預(yù)定檢測位置。該降低需要使得在預(yù)定檢測位置處的信號不會被相干光的非衍射部分不 利地影響，使得信號的解釋是可能的。技術(shù)上，術(shù)語"非衍射部分"可被解釋成包括入射相 干光束的與衍射部分不同的所有部分。尤其地，非衍射部分可包括反射部分（在基板內(nèi)或 外的表面處被反射）、折射部分（在基板與周圍介質(zhì)之間的界面處被折射）或入射束的直接 傳播至預(yù)定檢測位置的部分（部份）。
[0010] 由于衍射光與非衍射光、例如在基板處被反射或折射的光的強度相比較具有低的 強度，因此需要通過光束阻擋防止入射光束的非衍射部分到預(yù)定檢測位置的傳播。有利地， 來自結(jié)合至沿著這些線布置的結(jié)合部位的目標分子的檢測的強度信號與來自非特異性結(jié) 合（隨機布置和未沿著曲線布置）的目標分子相比較隨著結(jié)合的目標分子的數(shù)量的平方增 大，因為檢測的強度信號僅隨著非特異性結(jié)合的目標分子的數(shù)量線性地增大。原理上，這使 得不用（或者至少減少需要）在來自目標分子到平面表面上的結(jié)合部位的特定結(jié)合的信號 的檢測之前從平面表面洗掉任何非特異性結(jié)合的目標分子。
[0011] 只要對于不同部分滿足在預(yù)定的檢測位置處的光學路徑長度的差是預(yù)定波長的 整數(shù)倍的狀況，來自相同線上的不同位置以及來自不同線上的位置的衍射部分就有助于在 預(yù)定的檢測位置處的最大信號。這能通過布置成相柵的線實現(xiàn)，所述相柵形成以衍射方式 將衍射部分聚焦于預(yù)定的檢測位置的衍射透鏡，使得衍射部分在焦點位置（預(yù)定的檢測位 置）處即通過彼此具有梯度距離的曲線干涉。在預(yù)定的檢測位置處的信號的強度尤其地隨 著線的數(shù)量增大（假定沿著曲線有恒定的衍射中心（分子）的密度（每表面面積的數(shù)量））， 在線處，入射相干光束的一部分被結(jié)合至結(jié)合部位的目標分子衍射。相鄰線之間的距離在 特定的示例中從260nm到680nmm改變并變動。在本發(fā)明的意義內(nèi)的線是在布置結(jié)合部位 的平面表面處限定位置的理想線。只要衍射中心（分子）的布置離理想線的偏差（尤其地 隨機偏差）、即衍射中心離理想線的距離的變化的大部分小于相鄰線之間的距離的四分之 一，這樣的偏差就不會使在預(yù)定的檢測位置處的信號劣化。光學路徑長度是相干光的預(yù)定 波長分別與相干光傳播通過的材料、例如空氣、樣品溶液1.33)或液體浸漬（nss ~ns；R)或基板1.521)的折射率的乘積。在最好的情況下，衍射部分在具有艾里 斑（即，帶有圓形孔隙的"理想"透鏡產(chǎn)生的由光的衍射限制的聚焦光斑）的空間分布強度 輪廓的預(yù)定檢測位置處干涉，該艾里斑具有由阿貝公式D=λ/2ΝΑ給定的直徑，其中，D是 被曲線覆蓋的（圓形）區(qū)域的直徑，并且ΝΑ是技術(shù)上與顯微鏡的孔隙類似地限定的數(shù)值孔 隙。
[0012] 優(yōu)選地，基板包括對預(yù)定波長的相干光可透射的材料，以便允許入射相干光束和 相干光的衍射部分傳播通過基板。這允許裝置的有利使用，其中，入射光束通過基板被引導(dǎo) 至曲線，并且由此再次通過基板被衍射至預(yù)定的檢測位置。在特定的示例中，整個基板由可 透射材料制成。
[0013] 有利地，光束阻擋包括非透射部分，所述非透射部分以防止入射相干光束的非衍 射部分（例如，折射部分）傳播到預(yù)定的檢測位置的方式布置在基板上或基板內(nèi)。非透射部 分能夠是基板的由吸光材料制成的部分，或者能夠是布置在基板中或基板上的單獨元件。
[0014] 根據(jù)一個方面，光束阻擋包括布置在基板的平面表面處的防反射部分。這允許防 止入射相干光束的非衍射部