[发明专利]生物传感器中的消逝场调制

说明书

技术领域

本发明涉及受抑全内反射(FTIR)生物传感器系统以及检测FTIR生物传感器信号的方法。

背景技术

申请人已经提交了几个涉及生物传感器或生物传感器系统的共同待决的申请。生物传感器通常允许检测分析物或流体样本内的给定特异性分子，其中所述分子的量典型地为小。因此，使用靶(target)颗粒，例如超顺磁性标签珠，如果要检测的分子存在于分析物或流体样本内，那么所述靶颗粒仅结合到(bind to)特定结合部位或位点。可替换地，在抑制测定法(assay)中，这些分子可以抑制这些颗粒或珠结合到传感器表面。一种检测结合到结合位点或结合表面的这些标签颗粒的已知技术是FTIR。其中，光以可以发生全内反射的角度耦合到样本或样本体积中。如果不存在靠近样本表面的颗粒，那么光被完全反射。然而，如果标签颗粒结合到所述表面，那么全内反射的条件被破坏，光的一部分散射到样本中并且因而由表面反射的光量减少。通过利用光学检测器测量反射光的强度，有可能估计结合到表面的颗粒或珠的量。

然而，FTIR的一个缺陷在于，FTIR系统以这样的方式工作：起始信号，即不存在靠近传感器表面的颗粒或珠时的信号为高。珠结合到表面于是将减少初始时高的光学信号。因此，感兴趣信号x，即靠近表面的珠的量通过(1-x)测量，即作为初始时高或大的信号的(小)变化。如果信号x的变化与总的测量的光学信号(即(1-x))相比相当小，那么这可能造成所谓的“增益问题”，因为起始信号相对于感兴趣信号是大的。因此，难于放大信号x，因为背景信号(1-x)也被放大，这可能导致例如放大器、ADC等等的非线性行为或者甚至饱和。此外，这导致对增益变化和噪声(例如电子噪声)非常敏感的信号。

发明内容

因此，希望的是限制或者至少降低FTIR生物传感器系统中的背景并且能够以直接的方式测量结合到这种生物传感器的传感器表面的珠的量。因此，本发明的一个目的是提供一种克服上述问题的改进的FTIR生物传感器系统。本发明的另一个目的是提供一种执行FTIR生物传感器测量或测定的改进的方法。这些目的是利用权利要求的特征来实现的。

本发明基于调制FTIR产生的消逝场(evanescent field)的衰减长度并且相应地解调反射的信号的思想。因此，产生“直接的”信号，一旦不存在靠近传感器表面的颗粒，则所述信号消失。

相应地，本发明提供了一种FTIR系统，该系统包括：第一光源，其发射第一波长的光；样本体积，其具有相邻的传感器表面；检测器，其用于检测所述传感器表面处反射的光。传感器表面由所述第一光源照射，满足全内反射条件并且在样本体积内产生具有衰减长度的消逝场。所述系统还包括用于改变消逝场的衰减长度的装置以及用于使检测的信号与消逝场的衰减长度的变化相关的装置。

可以设想若干改变消逝场的衰减长度的方式。例如，可以改变照射传感器表面的入射角以便改变消逝场的衰减长度。然而，优选的是用于改变消逝场的衰减长度的装置适于改变第一光源的第一波长。

依照本发明的一个优选的实施例，所述FTIR系统还包括发射与第一波长不同的第二波长的光的第二光源并且还包括允许利用第一和第二光源照射传感器表面的光学器件。例如，可以使用二向色镜使所述两个光源(例如蓝色和红色激光器)的光束重叠。这允许以平行的方式将红色和蓝色光耦合到样本体积中。

优选的是，所述系统还包括用于反相地接通和断开第一和第二光源的装置。在红色和蓝色激光器的情况下，该装置优选地适于用高频(例如若干100MHz)调制两个激光器，并且还适于利用大约10与100kHz之间的中等频率调制波长。由于照射传感器表面的光在所述表面处反射并且由检测器检测，因而这些强度和波长调制被检测。所述检测的信号然后由用于解调的装置进行解调。如果波长调制的调制频率选择在足够高的频率处，那么可以消除低频处存在的1/f噪声。有利的是，该系统还包括用于控制第一和第二光源相对于彼此的强度的装置。

本发明还涉及检测FTIR生物传感器信号的方法。所述方法包括步骤：利用第一波长的光照射与样本体积相邻的传感器表面，其中全内反射条件被满足并且在样本体积内产生具有衰减长度的消逝场。该方法还包括步骤：检测传感器表面处反射的光并且在照射和检测期间改变消逝场的衰减长度。

其中，可以通过改变照射光束的入射角或者通过改变第一波长来改变消逝场的衰减长度。

可选地，所述方法还包括步骤：利用第二波长的光照射传感器表面。在这种情况下，优选的是传感器表面由第一和第二波长的光交替地照射。该方法还可以包括解调检测的信号的步骤。