[发明专利]探测短暂受激发光的方法

说明书

本发明涉及采用基于波导的平面介电光学传感器平台探测短暂受激发光的方法。还涉及所述方法在定性亲和性测试(affinity sensing)中的应用，以及用于选择性定量测定光学混浊液中的发光成分。本发明还涉及适宜于实施该方法的传感器平台。

光在波导内传播时，光波不完全限于真正的波导：事实上一部分光波在光学上相邻接的薄介质中传播。该部分称为短暂场，在传感技术中它是光波导多色使用的基础。

利用这种短暂场有可能在光学上薄介质内激励发光。这种激励限于波导的中间介面区域。所以，短暂的发光激励特别有利于应用在分析上。

一种平面传感器最简单情况下由三层体系组成：基底层，波导层和上层，上层通常是由试样构成。尤其在薄波导情况下，其中波导层的厚度小于光波长度，能够传播的光场的可漫射模的数目限于几个离散的波导模。

在厚波导时，可以传导许多模。在这种情况下，常常可以略去基底，例如对于厚度在1/10毫米或更大一些范围的波导。

根据可预以探测的辐射部分的选择，已有技术中探测短暂受激发光的方法是不相同的：

·探测“体积发光”：一部分由导波激励的发光入射到全空间角内；这一部分发光可采用光学方法预以记录，并馈送到探测系统内。

·探测“短暂发光”：对射入空间的发光的补充，这种短暂发光作为导波反向耦合到波导内，传输并经由波导的端面耦合出来。

已知许多探测用发光染料标记的抗体或抗原的短暂受激发光的方法和装置，它们已在US-A-4582809中有过介绍。所要求保护的装置使用一种光纤，并对短暂激励发光进行端面耦合。这种光纤典型的最大直径为1毫米，在将激光耦合其内时可以传导许多模。可以用简单的方式仅通过反向导入光纤的部分光来测量短暂的受激发光。这种装置的尺寸非常大，并且还要求相当大的试样体积，他们都是缺点。实际上，装置其尺寸不可能减小，或者甚至小型化成为集成光学传感器。灵敏度的增加通常相随着装置尺寸的增强。

另一个缺点是由端面输出耦合限制的灵敏度：在激励和荧光发射共线进行时，需用分束器和滤光器将他们分开(例如用截止滤光器或带通滤波器)，而滤光器的鉴别特性限制了探测灵敏度。

由D.Christensen，D.Deyer，D.Fowers，J.Herron在“Analysis ofExcitation and Collection Geometries for Planar WaveguideImmunosensors”，SPIE 1886，2(1993)(在医学诊断中的纤维光学传感器)一文中对原平面多模波导的使用作出描述。文中，激励辐射经过端面耦合到波导内，对进入空间角内的发光进行探测。另外，也可以使用端面输出耦合。在后者情形下，类似于上述装置介绍中提到的由必须的分束器和滤光器所引起的对灵敏度的限制是一个缺点。还有的缺点是大的传感器尺寸和相应的大的试样体积。

在WO 90/06503中，公开一种用薄的平面的最好是单模的波导通过全内反射发光(TIRF)来激励发光的方法。在该方法中，利用波导来增加传感器表面处的光场强度，激励射束从下侧进入，并在传感器全反射。探测射入空间角内的体积发光。在此方法中，受激光与具有发光特性的分子之间的相互作用区受限于传感器，因为仅在光束直径区域发生激励，所以，仅由光束直径来有限地决定传感器的大小，即受到直径的限制和由于非常窄的有限共振角引起的发散的限制。