[发明专利]使用消逝场激发的辐射探测器

说明书

本发明涉及(例如)用于感测生物、化学或生化颗粒的辐射探测。更 具体地，本发明涉及用于探测来自样品的发光的方法和系统，以及制造这 样的设备的相应方法。

微流体设备是大多数生物芯片技术的核心，其用于进行例如基于血液 的流体样品的制备及其后续分析。包括生物传感器和微流体设备的集成设 备是已知的，例如，为人们所知的DNA/RNA芯片、生物芯片、基因芯片 和芯片实验室。具体而言，在例如微阵列的阵列上的高通量筛选是一种新 的用于例如在诊断中所采用的化学或生化分析的工具。这些生物芯片设备 包括小容积的孔(well)或反应器，在其中对化学或生化反应进行检查，并 且这些生物芯片设备能够快速且可靠地对极少量的液体进行调节、传送、 混合及保存，以大批量地进行期望的物理、化学和生化反应及分析。通过 进行小容量的测定，能够在时间上和在靶、化合物及试剂的成本上实现显 著的节省。

一般而言，使用光学探测系统来完成生物芯片的荧光信号探测，以对 所出现的荧光团的量进行量化，所述系统包括位于台式/实验室机器中的光 源、光学滤光器和传感器(例如CCD相机)。在基于荧光的光学系统中的 主要噪声源之一通常为入射到用于探测荧光的探测器上的激发辐照。通常， 使用滤光器以分离激发辐射和发光辐射，但是，其缺点是经济成本高，且 通常要求进行劳动密集型加工。如果激发光谱(吸收)和发光光谱(荧光) 之间的位移小(<50nm)，则所述的缺点和要求尤为明显。

在诸如分子诊断的很多生物技术应用中，需要包括光学传感器或光学 传感器阵列的生物芯片，其对荧光信号进行探测并且能够并行、独立地读 出，以实现在各种(反应)条件下的高通量分析。将生物芯片与光学传感 器结合的优点尤其在于：片上荧光信号采集系统提高了例如DNA芯片杂交 模式分析的分析芯片的速度和可靠性，降低了测定成本，以及例如通过获 取用于诸如即时诊断和路检(roadside testing)(即：不再需要中央台式机器) 的应用的便携式手持仪器而获取高轻便性。

台式机器将变得能够处理通用性生物芯片及多个的生物芯片。将光学 传感器作为台式机器的一部分要求为特定的测定装备特定的滤光器设置， 这会妨碍对具有各种激发和/或发射光谱的荧光标记进行的并行(复用)探 测。因此，能够读出(一个或多个)片上光学传感器使灵活的多功能台式 机器成为可能，并打开通向生物芯片、台式机器及其部件的标准化的道路。 尽管如此，对滤波器的需求使得这样的生物芯片很昂贵，如果考虑一次性 生物芯片，这更加成为缺点。

在诸如分子诊断的众多生物技术应用中，需要生化模块(例如传感器、 PCR)，其包括能够并行和独立地进行处理的温控隔室阵列，从而达到高通 用性和高通量。

执行消逝场激发的生物传感器是已知的。在没有吸收(即：具有纯折 射率)的介质中，电磁波在特定方向上是消逝的，此时，所述电磁波在该 方向上保持恒定的相位，但具有按指数递减的振幅。在生物芯片中，例如 使用全内反射，其中，激发束在样品颗粒所附着的表面上进行完全内反射。 在反射点处，生成特征衰减深度通常为一个光学波长的消逝波。因此，在 反射表面，将光限制于所述表面，并优选地与表面衰减深度内的样品颗粒 相互作用。使用消逝场优于使用传播场进行荧光激发的优点在于激发体积 减少以及从而得到相对于荧光背景改善的荧光信号。消逝场激发的缺点在 于其激发方案不如使用传播光激发直接，这是由于其需要入射束与样品交 界处具有比全内反射角更大的角度，或者需要使用更复杂的结构将传播束 转换为消逝场。

美国专利申请20030205681示出了一种使用具有多个样品孔的微型板 来探测由样品发射的发光的方法。通过指引激发光穿过底端外表面，从而 使其以满足全内反射的角度撞击底端内表面，进而在样品孔中生成消逝场。 探测器位于样品孔的上方，从而能够探测由样品发射的发光。可以对探测 器进行定位，使其探测沿内表面法线发射的发光或者探测在其他方向上发 射的发光，所述其他方向包括垂直于法线或其他角度，从而使入射激发光 与探测到的发光之间的角度基本上不为0、90或180度。

本发明的目的为提供对例如颗粒状的生物、化学或生化分析物进行探 测的好的方法和系统。更具体地，提供有效的探测方法和系统，以及制造 这种设备的方法。

用根据本发明的方法和设备实现上述目标。