[发明专利]改进的线栅衬底结构和用于制造这种衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用在传感器中的多层衬底结构。而且，本发明涉及使用和制造该多层衬底结构的方法以及包括该多层衬底结构的发光传感器。

背景技术

生物传感器是这样的设备，其能够检测诸如血液、血清、血浆和唾液之类的样本中比如但不限于蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA等目标分子的存在或者定量地测量所述目标分子。这些目标分子也称为分析物。生物传感器可以使用包括用于捕获分析物的特定识别元件的表面。这种表面可以通过将特定分子附着到它而被改性，所述特定分子适合用于结合样本流体中存在的目标物质。这些分子称为分子配体。这样的分子配体的实例是核苷酸探针、抗体等。将生物传感器的活性表面区域接合到诸如分子配体的生物分子主要依靠特制化学成份以将它们共价附着到该表面，由此促进感兴趣的特定目标的后续结合。

已经提出了微孔或纳米孔衬底（膜）作为生物传感器衬底，这种衬底将大区域与快速结合动力学相结合。这种传感器的实例在EP-06766040-A中示出，其中公开了玻璃衬底上的不同线栅组成。该生物传感器的活性区域由沉积在玻璃上的线栅构成。具体而言，通过使用亚衍射极限导线，入射偏振光的强度仅在表面附近20-30nm层内是显著的并且它在其余范围被抑制，导致检测到局部结合。

特别地，当分析物浓度低（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中起着重要作用。对于分析物到特定分子配体的最优结合效率，特定的表面区域和短的扩散长度是非常有利的。

发明内容

本发明的目的是最优化传感器（比如发光传感器）中的局部结合效率，从而提高信噪比。

该目的是通过用在将用激发光照射的发光传感器中的多层衬底结构实现的，该多层衬底结构包括：

至少一个载体层（11），

第一层（12），所述载体层和第一层彼此接触，以及

至少一个第二层（13），其具有不同于该第一层的化学成分，所述第一层和第二层彼此接触，该第二层形成若干开孔，每个开孔具有至少一个小于衍射极限的面内尺度（W1），该衍射极限由该激发光的辐射波长限定。

根据本发明的衬底包括形成表面的第一层和形成导线的第二层，该导线被放置为使得形成若干开孔，所述开孔具有至少一个小于激发光的衍射极限的面内尺度（W1）。这两个层具有不同的化学成分，例如由两种不同材料制成。通过使用两种不同化学成分，在所述导线之间形成表面的第一层可以在化学上表现出不同于第二层（即导线）的行为。通过使用这些不同的化学属性，可以仅在所述层中的一个上促进生物分子的结合。

寄生浓度损耗是这样的过程，其中目标分子的结合不被限制于检测到该目标的位置。这将导致检测区域内目标的结合率的减小。最小化目标分子到无活性感测区域的结合（例如到第二层的结合）将导致检测区域内目标的结合率的诱导。

通过最小化目标分子到无活性感测区域的结合，将寄生浓度损耗限制在当前衬底结构中。

优选地，载体层和第一层对于激发光是基本可透过的，以便使得能够在衬底下面放置光源和或检测器。基本可透过的意思是透射激发光的至少10%，优选地高于1/e(36.8%)。

更优选地，第一层具有5nm到10nm的厚度。该厚度允许激发光通过该层。对于由金制成的第一层，从虚折射率（来源：Palik）得出，对于200nm与1100nm之间的光的波长，1/e强度衰减长度在11nm与21nm之间。

在优选实施例中，第一层包括惰性金属，优选地选自包括金、钛、铂和钯或其组合的群组。

在优选实施例中，形成导线的第二材料是铝、氧化铝或其组合。

在优选实施例中，第一层被化学改性以促进分子目标固定。高效的目标固定是生物传感器的基本特征之一。在固定之后，可以显现分析物结合的量。为了将生物分子附着到表面，可以例如经由硫或胺类化学成份改性该表面。

在优选实施例中，第一层的表面可以用硫醇基功能化。硫醇经由S原子共价附着在金属表面，S原子提供了用于共价地提供用于生物分子（比如分子配体或探针）的锚的精致且容易的方式。优选地，硫醇分子包括具有10到18个碳原子的长度的酰基链。

优选地，第一层的表面用分子配体功能化，分子配体包括但不限于特定的捕获探针。分子配体可以是核酸，比如DNA、RNA、适体、抗体、Fab片段、Fc尾。它们可以是蛋白质，比如受体、抗体。抗体可以以多克隆和/或单克隆抗体的形式使用。分子配体可以是药物或细胞或其它化学化合物。