[发明专利]电压门控的金属增强荧光、化学发光或生物发光方法及系统

说明书

与相关申请的交叉参考

本申请要求2008年3月3日提交的美国临时专利申请No.61/033,231的优先权，所述申请的内容在此出于所有目的引为参考。

发明背景

技术领域

总的来说，本发明涉及金属增强荧光(MEF)，更具体来说涉及通过使直流电通过低电阻金属互连粒子来“打开和关闭”发射，以操纵MEF发射的能力。

相关技术

多年来，已经从发展对金属增强荧光(MEF)^1-3现象的基本理解以及其次将荧光团的增强的光物理性质应用于生物学应用⁴的观点上，对荧光团接近等离子体激元(plasmon)共振粒子的效应进行了报道。在所有这些报道中，通过紧邻荧光团偶极子在近场诱导了表面等离子体激元，表面等离子体激元又辐射耦合量子，导致荧光放大，正如图4上部的图所示。耦合荧光在很大程度上与不存在金属情况下观察到的自由空间荧光非常类似，例外之处在于辐射寿命明显较短，这据认为是由等离子体激元衰变^1-3和耦合发射的角度依赖性发射⁵造成的。

因为目前正在对金属-荧光团相互作用及其在生物学和临床诊断学中的应用正在进行深入研究，因此发现MEF的其他可应用的用途、例如能够(根据需要)打开或关闭MEF将是有利的，并可用于诸如芯片实验室(lab-on-a-chip)和光子检测器的技术。

发明概述

本发明涉及通过将直流电导入并使其通过具有低电阻的“恰好连续”的金属薄膜来“打开和关闭”发射，以操纵MEF发射的能力。

一方面，本发明涉及用于操纵来自金属增强荧光系统的发射的方法，所述方法包括：

a)在基材上提供导电金属表面，其中所述导电金属表面包含在所述基材上恰好连续的薄膜，并且其中所述基材包括玻璃、石英、铜或聚合材料；

b)将分子定位于所述导电金属表面附近，其中所述分子能够发射可检测的电磁能量，并且其中所述分子在距所述导电金属表面以增强发射的可检测电磁能量的强度的距离处定位；

c)施加电磁能量，所述电磁能量的波长足以激发所述分子并引起可检测的电磁能量发射；以及

d)将所述导电金属表面与电压源例如蓄电池、太阳能板、氢燃料电池或风源以及可致动开关相连，其中所述开关打开允许直流电通过所述导电金属表面输送，这减小或停止可检测的电磁能量发射，并且所述开关关闭为可检测的电磁能量发射提供可检测的电磁能量发射。

上面描述的方法可用于多种荧光检测系统中，包括但不限于微波加速的金属增强荧光(MAMEF)、微波触发的金属增强化学发光(MTMEC)或微波加速的表面增强拉曼散射(MASERS)。上面描述的方法可用于多种荧光检测系统中，包括但不限于微波加速的金属增强荧光(MAMEF)和微波加速的表面增强拉曼散射(MASERS)。此外，所述系统可以用于许多不同的分析中，包括但不限于免疫分析、杂交分析、共振能量转移分析、基于偏振/各向异性的分析、基于生物发光的分析、基于化学发光的分析、基于发光的分析或酶联免疫吸附分析。

在一个实施方案中，分子包含当与从UV或IR范围内的辐射接触时有能力发射荧光的荧光组分。优选，荧光组分是不干扰分析系统中任何化学反应的分子。

优选，导电金属表面采取“恰好连续”表面的形式，鉴于下述事实，它与连续导电表面和不连续表面不同：即“恰好连续”表面存在相连的金属材料或粒子网，所述金属材料或粒子包括但不限于纳米结构、岛、多孔金属基质、胶体或金属薄膜，所述薄膜厚度从约12到17nm并已被退火以提供具有粒子特性的破裂薄膜。金属材料可以包括任何形式的导电金属，包括银、金、铂、铝、铑和铜，并更优选金属材料是银或铜。

能够发射可检测的电磁能量的分子包括但不限于荧光团、发色团或发光团。能够发射荧光的化合物可以是固有荧光团或与外来荧光团结合的化合物。

另一方面，本发明涉及用于分析中的装置系统，所述系统包含：

a)基材上的导电金属表面，其中所述导电金属表面在所述基材上是几乎连续的并表现出低电阻，并且其中所述基材包括玻璃、石英或聚合材料；

b)位于导电金属表面上或其附近的分子，其中所述分子能够在激发时发射电磁能量；

c)用于激发所述分子并引起电磁能量发射的电磁能量源；