[发明专利]分子检测装置

说明书

发明领域

本发明涉及一种分子检测器，一种分子检测器中使用的载体，以 及由载体和检测器形成的分子检测器联合装置。本发明尤其涉及了使 用光散射，如拉曼散射的检测器，或在光吸收上使用荧光的检测器。

背景技术

已知有许多检测被分析物分子的行为或存在的技术。其中之一是 利用拉曼散射(RS)效应。入射到分子的光被散射了，作为能量转移的 结果，散射光的频率发生了变化，因此，波长也发生了变化。造成这 种非弹性散射的过程叫作拉曼效应。频率的变化是被分析物分子所特 有的。但是RS效应是非常微弱的，所以已知优选使用胶体的技术来增 强这种效应。将被分析物分子放在几埃的金属表面上，例如银、金、 铜或其它这类材料，能量从金属表面经各种机制进行转移。这就是所 谓的表面增强拉曼散射(SERS)，可以用传统的分光镜检测器法来测量。

表面增强拉曼光谱和它的衍生品，表面增强共振拉曼光谱(SERRS) 做为定量生物分析工具得以普及。这两种技术很大程度上取决于金属 (等离子体振子)表面的运动传导电子的“等离子”和与表面接近的分 子种类之间的交互作用。这种交互作用导致了特定振动能量下，拉曼 散射的显著增强，在拉曼散射光中产生了强烈的光谱信号。

直到最近，在对这种增强机制的理解上还有争论。两个主要的派 别不同意在化学增强机制和电磁增强机制之间超过10⁶的增强因子的 划分。化学增强机制，目前认为提供10²的增强因子，断言在金属和 被吸附分子间产生了电荷转移状态。这种机制是位点特异性的和被分 析物依赖性的。分子必须直接吸附到表面，从而经历化学增强。电磁 增强机制使得普通的拉曼散增强超过10⁴倍。为了理解电磁增强，人 们必须考虑到表面的毫微级糙度特征的大小、形状和材料。如果光的 适合波长与金属的糙度特征相吻合，传导电子的等离子体将共同振荡。 因为这种共同振荡是局限在电子的这种等离子体的表面，所以也叫做 局部化表面等离子体振子共振(LSPR)。LSPR允许共振波长吸收和散 射，在糙度特征附近产生大的电磁场。如果分子放在电磁场内，可以 测量到增强的拉曼信号。

场的强度和局部密度用大量的参数来测定。反射光的波长决定了 其能量，金属的成分和形态决定表面等离子体振子结合光子能的强度 和效率。其它因素，如金属和被分析溶液的相对介电特性也对效应产 生了很大的影响。此外，在场和任何接近金属表面的分子间的能量转 移的效率也取决于分子本身共振能量状态，例如包括在红外线光谱内 的特定振动模式和紫外内的电子能量转移。SERRS就是通过这种机制 在传统的SERS上提高了性能。

我们认识到这个问题，即拉曼散射效应即使使用了表面增强拉曼 散射(SERS)，其提供的拉曼散射线也比普通散射(有效的弱信噪比) 少。我们进一步认识到，因为拉曼信号比噪声弱，所以需要引入一种 机制来从噪声中区别拉曼信号。

发明概述

本发明在权利要求中定义。本发明的一个实施方案利用表面增强 拉曼散射(SERS)在表面附近的区域来检测被分析物。和已知的装置 不同，实施方案使用了报告染料和校准染料，连同选择性试剂如抗体， 因而装置是这样的：校准染料放置在表面附近的区域，报告染料用选 择性试剂固定在远离表面的地方，直到被分析物分子与选择性试剂在 报告染料被位移的点相结合，也变成被局部化在表面附近的区域。这 种装置有效地提供了从被分析物中散射出的拉曼信号的校准。在没有 被分析物分子时，因表面增强拉曼效应引起的拉曼散射主要仅来自于 校准染料。在与被分析物分子结合后，报告染料被取代到表面附近的 区域，这样也有助于表面增强拉曼信号。这使来自报告和校准染料的 信号的比例可作为一种量度标准，独立于必然包括未知噪声影响的散 射光的绝对强度。因此，这种装置被认为是一种用于检测被分析物分 子的校准装置。

当然，“染料”对于本领域技术人员而言是公知的，用在本文中 包括特定的光学特性的基团，也就是所谓的“发色团”。术语“染料” 因此包括“拉曼活性发色团”。“染料”应强烈吸收波长适用于表面 增强的激发激光(最常见的拉曼激光是514nm，532nm和785nm)。这 是在绿-红可见范围，因此这种传统的亮色染料是特别好的拉曼活性 发色团。