[发明专利]光子晶体生物传感器结构以及制作方法

说明书

政府的利益

本发明是在国家科学基金授予的批准号BES04-27657下由政府扶 持做出的。政府在本发明中具有确定的权利。

背景技术

基于表面构造的光子晶体的无标记物光学传感器目前被证实是用 于进行广泛多样的生物化学的和基于细胞的分析的高度灵敏的方法。参 见例如，Cunningham等人，Label-Free Assays on the BIND System(对于 盲系统的无标记物分析).Journal of Biomolecular Screening(生物分子筛 分杂志)，2004.9：481-490。当用白光垂直入射照射时，这些传感器仅仅 反射窄波段的波长，这里反射峰波长值(PWV)的正位移表示在传感器表 面上的被检测材料的吸收。参见例如，Cunningham等人，Colorimetric resonant reflection as a direct biochemical assay technique.(用作直接生物 化学分析技术的比色共振反射)Sensor and Actuators B(传感器和加载器， B)，2002.81：316-328。通过在共振波长的空间束缚入射光子，在传感器 表面产生高的光场，其延伸到测试样品中达短距离，很类似于渐逝场。 在所述设备结构中的共振光子高度的空间束缚导致在该结构与被吸收 的生物材料之间强的相互作用，以及导致能够进行蛋白质和细胞附着物 (attachment)的高分辨率成像。参见例如Li等人，A new method for label-free imaging of biomolecular interactions (一种新的分子生物相互作 用的无标记物成像).Sensors and Actuators B(传感器和加载器，B)，2004. 99：6-13。

以前，光子晶体光学生物传感器是从连续的塑料膜片，使用一种其 中周期性的表面结构是使用UV固化的聚合物材料从硅主晶片进行复制 的方法来制作的。参见例如Cunningham等人，A plastic colorimetric resonant optical biosensor for multiparallel detection of label-free biochemical interactions(用于无标记物生物化学相互作用的多平行检测 的塑料比色共振光学生物传感器).Sensors and Actuators B(传感器和加 载器，B)，2002.85：219-226。这种图案化的聚合物随后可以用高折射率的 TiO₂层进行涂覆，该TiO₂层通常比表面结构的高度更薄。这样的装置 已经被证实用于各种不同的生物化学的和基于细胞的分析，具有小于 0.1pg/mm²的质量密度灵敏度和能够检测单个细胞的大的动态范围。参 见例如Lin等人，A label-free biosensors-based cell attachment assay for characterization of cell surface molecules(用于表征细胞表面分子的基于 无标记物生物传感器的细胞附着物的分析).Sensors and Actuators B(传 感器和加载器，B)，2005年4月接受发表。通常，装置灵敏度的最佳化需 要增加电磁场强度分布与沉积在所述光子晶体表面的上面的分子之间 的相互作用。因此，光学材料的选择和表面结构拓扑的设计的目的是扩 大从光子晶体的内部区域(这里它们不能与被吸收的材料相互作用)到该 光子晶体的邻近区域(其包括液体测试样品)的电磁场轮廓(profile)。

本领域需要增加这些和其他类型的传感器的灵敏度以及降低它们 的制造成本的方法。

发明概述