[发明专利]在反射模式下工作的发光传感器

说明书

本发明涉及定性和/或定量的发光传感器，例如在反射模式下工作的发光生物传感器或发光化学传感器。更具体地，本发明涉及包括至少一个填充有介质的孔的发光传感器。本发明还涉及用于检测由一个或多个发光体产生的发光辐射的方法，其中所述一个或多个发光体位于这种发光传感器中的孔或狭缝结构中。

传感器广泛用于测量物理特性或物理事件。它们输出该测量的功能读数作为电信号、光信号或数字信号。该信号是可以由其它装置转换成信息的数据。传感器的具体例子是生物传感器。生物传感器是在诸如血液、血清、血浆、唾液……的流体中检测目标分子是否存在(即定性)或测量其特定量(即定量)的装置，所述目标分子例如为蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA等，但不限于此。目标分子还被称为“分析物”。在几乎所有的情况下，生物传感器都使用包括用于捕获分析物的特定识别元件的表面。因此，传感器装置的表面可以由特异性结合材料形成或者可以通过将特定分子附着到其上来修饰，所述特定分子适合于结合存在于流体中的目标分子。

对于分析物与特定分子的最佳结合效率而言，大表面面积和短扩散长度是非常有利的。因此，已经有人提议将微米或纳米多孔衬底(膜)作为生物传感器衬底，其将大面积与快速结合动力学相结合。尤其是在分析物浓度很低(例如低于1nM或低于1pM)时，扩散动力学在生物传感器化验的总性能方面起着重要的作用。

所结合的分析物的量可以通过发光例如荧光来检测。在这种情况下，分析物本身可能携有发光(例如荧光)标记，或者可以利用被发光标识(例如被荧光标识)的第二识别元件进行附加温育。

检测所结合的分析物的量会受到几个因素的妨碍，如发光体的散射、变白、衬底的背景发光以及激发光的不完全去除。此外，为了能够在被结合的标记和溶液中的标记之间进行区分，必须进行一次或多次清洗步骤，以除去未被结合的标记。

在具有子衍射受限(sub-diffraction-limited)空间分辨率的在流体内操作的发光传感器中，光在子衍射受限孔或狭缝上反射。这在孔或狭缝内产生渐逝场(evanescent field)，其可以用于激发存在于此的发光体。用来自传感器的第一侧的激发辐射照射发光传感器。产生的发光可能在与第一侧相反的一侧，即与照射传感器的那一侧相反的一侧，射出传感器的孔或狭缝，并且可以在此对其进行检测，以这种方式分离激发和发光辐射。或者，由发光体产生的发光可能在第一侧，即在与照射传感器相同的一侧，射出孔或狭缝，然后可以在此对其进行检测。

US 2003/0174992A1描述了如何在生物传感器中使用子衍射受限孔。孔的横向尺寸在激发光的衍射极限之下，这意味着激发光不能穿过这些孔。这在孔内产生渐逝场。在与照射传感器相同的一侧上检测荧光辐射。然而，该渐逝场的穿透深度与孔的横向尺寸的结合导致非常小的激发体积(excitation volume)。鉴于孔的受限横向尺寸，荧光体进入孔的机会很低。结果，通常在激发体积内至多有一个荧光体，甚至在孔的外部具有相对高的荧光体浓度。对于孔中的荧光体的数量的限制使得难以测量相对低浓度的荧光体。此外，US 2003/0174992所述的传感器的问题在于：由所检测到的发光辐射的功率与用于光学可变分子的激发辐射的功率之间的比限定的效率不够高。

本发明的目的是提供包括孔或狭缝结构的改进的定性或定量的发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器，以及用于检测由存在于这种发光传感器中的至少一个孔或狭缝结构中的一个或多个光学可变分子(例如发光体)产生的发光辐射的方法。本发明的优点是能够测量相对低浓度的光学可变分子，例如荧光体。

更具体地，本发明涉及包括至少一个孔的发光传感器，所述至少一个孔具有第一横向尺寸，其大于激发辐射在填充至少一个孔的介质中的衍射极限。所述孔还具有第二横向尺寸，其小于激发辐射在填充至少一个孔的介质中的衍射极限。

本发明的特别和优选的方案在独立权利要求和从属权利要求中体现。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征组合并且和其它从属权利要求的特征进行适当组合，而不仅仅如权利要求所明确述的那样。

在本发明的第一方案中，提供一种在反射模式下工作的发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器。该发光传感器包括：

-至少一个孔，用于被介质填充；

-存在于至少一个孔中的至少一个光学可变分子；

-激发辐射源，用于用激发辐射照射至少一个孔，所述激发辐射用于激发至少一个光学可变分子；以及

-检测器，用于检测由至少一个光学可变分子产生的发光辐射，