[发明专利]具有超高灵敏度的使用纳米等离子体激元共振器的实时单步生物测定

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年11月2日提交的美国临时专利申请No.60/984,859的优先权，其全部内容引入本文作为参考。

政府支持的声明

本工作得到以下支持：NSF Nano-scale Science and Engineering Center (DMI-0327077)、NSFSST/Collaborative Research Program(DMI-0427679)、和NASA Institute for Cell Mimetic Space Exploration(CMISE)，以Award No.NCC 2-1364；NHLBI/NIH HL078534和NCI/NIH R1CA95393-01；DARPA和UCSF Prostate Cancer SPORE award(NIH Grant P50 CA89520和P01CA072006)，以Contract no.DE-AC02-05CH11231，由美国能源部授予，在University of California/Lawrence Berkeley National Laboratory。

参考序列表

纸张形式序列表的全部内容引入本文作为参考，如附在说明书后一样。

技术领域

本发明涉及使用单独的纳米等离子体激元共振器(nanoplasmonic resonator)和纳米等离子体激元共振器阵列检测酶活性的表面增强拉曼散射(SERS)的领域。本发明具体涉及蛋白酶活性，例如用于前列腺癌诊断应用的前列腺特异性抗原(PSA)和蛋白水解活性PSA的检测。

背景技术

最早在1928年开发的拉曼光谱已经广泛地用于表征分子性质(KazuoNakamoto John R.Ferraro，Chris W.Brown，Introductory Raman Spectroscopy，第二版(Elsevier Science，2003)。表面增强拉曼光谱学(SERS)通过靠近表面的增强电磁场显著提高拉曼信号(C.R.Yonzon，C.L Haynes，X.Zhang等，Anal Chem 76(1)，78(2004)；A.E.Grow，L.L.Wood，J.L.Claycomb等，J Microbiol Methods 53(2)，221(2003)；K.Nithipatikom，M.J.McCoy，S.R.Hawi等，Anal Biochem 322(2)，198(2003)；J.B.Jackson和N.J.Halas，P Natl Acad Sci USA101(52)，17930(2004))。在粗糙金属表面或分散的金属纳米颗粒聚集体上进行的SERS测量显示对于下至单个分子水平的检测的高达10¹⁴的最高拉曼增强因子(Katrin Kneipp，Harald Kneipp，Irving Itzkan等，Current Science (Bangalore)77(7)，915(1999)；S.Nie和S.R.Emory，Science 275(5303)，1102(1997))，但是这些测量经常遭受差的重现性(M.Moskovits，Reviews of Modern Physics 57(3)，783(1985))。为了改善重现性，已经开发了其它方法以高达10⁸的重现性增强因子在大面积上制造由同质特征组成的SERS基底，所述方法包括金属胶体纳米颗粒的自组装(R.G.Freeman，K.C.Grabar，K.J.Allison等，Science 267(5204)，1629(1995))、纳米球平版印刷术(lithography)(NSL)和纳米球上的金属膜(MFON)(C.L.Haynes和R.P.VanDuyne，Journal of Physical Chemistry B 107(30)，7426(2003))、抛光的金基底的电化学糙化(J.M.Sylvia，J.A.Janni，J.D.Klein等，Analytical Chemistry 72(23)，5834(2000))和使用电子束平版印刷术的周期结构化的金属基底(M.Kahl，E.Voges，S.Kostrewa等，Sensors and Actuators B-Chemical 51(1-3)，285(1998))。虽然这些努力导致SERS分析成功用于许多有前途的应用中，但是缺少在特定位置制造SERS热点的能力限制了对于非常小的样品量的应用，所述有前途的应用包括基因和蛋白质鉴别(Y.C.Cao，R.C.Jin，J.M.Nam等，J Am Chem Soc 125(48)，14676(2003)；Y.W.C.Cao，R.C.Jin和C.A.Mirkin，Science 297(5586)，1536(2002)；T.Vo-Dinh，F.Yan和M.B.Wabuyele，Journal of Raman Spectroscopy 36(6-7)，640(2005))、生物战剂检测(D.A.Stuart，K.B.Biggs和R.P.Van Duyne，Analyst 131(4)，568(2006))和实时葡萄糖监测(O.Lyandres，N.C.Shah，C.R.Yonzon等，Analytical Chemistry 77(19)，6134(2005))。