[发明专利]利用抗体结合蛋白的模式化沉积产生基于光衍射的生物传感器

说明书

技术领域

一般而言，本发明涉及对介质中的分析物进行检测的领域，更详细地说，本发明涉及将抗体结合蛋白微晒图(micro-contact print)在一种基质上，用于产生可表明介质中存在该分析物的一次性专用传感器。

发明背景

有多种系统和装置可用来检测不同介质中的多种分析物。这些系统和装置大多比较昂贵，并且要由经过培训的技术人员来进行测试。在很多情况下，最好是能够快速而廉价地测定分析物的存在情况。而所需要的正是一种易于生产、造价低廉，并且能够灵敏可靠地检测分析物甚至微量分析物的生物传感系统。此外还需要一种简单灵活的方法来制备可实现最佳大规模处理的生物传感器。

Sandstrom et al.，24 Applied Optics 472，1985对一种硅制光学基质的应用进行了描述，该基质含有一层一氧化硅，并含有一层作为介质薄膜的硅。文中指出，薄膜的厚度变化可改变光学基质的特性，从而随薄膜的厚度产生不同的颜色。薄膜的厚度与观察到的颜色相关，而光学基质上覆盖的一层薄膜能够产生可见的颜色变化。作者指出，颜色变化可利用数学模型来定量，而“利用计算机模型进行计算的结果表明，使用多层结构不会引起光学特性的变化……但表面的生物层几乎不改变这种结构的反射作用，因为其光学特性主要由该多层结构的内界面决定。尽管可由额外的介质层来实现其它大多数应用性能，但最灵敏的生物层检测系统为单层系统”。

Sandstrom et al.还指出，金属表面的金属氧化膜具有一些缺点，并且金属离子的存在还会在许多生化应用中产生有害作用。他们指出，理想的表层介质薄膜是将一氧化硅层置于环境大气中时自然形成的2-3nm厚的二氧化硅层，在玻璃或塑料基质上则可采用在40-60nm一氧化硅层上形成70-95nm二氧化硅层的方案。另外，他们还描述了一氧化硅楔的形成，方法是对一氧化硅进行选择性蚀刻、用二氯二甲基硅烷处理二氧化硅表面，并施加抗原与抗体生物层。他们可通过该楔形结构由一种偏振光椭圆计来测量薄膜厚度，并指出“最大的反差位于约65nm区域，这里的干涉色由紫色变为蓝色”。他们指出，这种系统的灵敏度之高足以通过固定化抗体来检测蛋白抗原。他们断定“提供的该设计方案具有足以适用于广泛应用领域的灵敏性”。所用原料，即玻璃、硅和氧化硅，具有化学惰性，并且不会影响所研究的生化反应。利用上述计算方法可设计出针对不同应用而优化的薄片。这种薄片可通过工业方法来生产，并且可确保其品质，目前能够以商品形式购买的有两种设计款式。

Kumar et al.发表的美国专利5,512,131描述了一种装置，该装置含有一种带金属涂层的聚合物基质。抗体结合蛋白层则模压(stamp)在带涂层基质的表面。该装置可用于模压过程，或可作为一种开关。当分析物与该装置结合时可产生一种衍射图像。因而可使用一种显象装置，如摄谱仪(spectrometer)，来确定该衍射图像的存在情况。

但Kumar et al.描述的该装置具有一些缺点。其中之一就是需要额外的显象装置来观察所有的衍射图像。由于需要衍射装置而不能裸眼来确定分析物的存在情况，所以Kumar et al.的装置不能对大量的样品进行测试。

Bogart et al.的美国专利号5,482,830描述了一种装置，该装置包含一种带有光学活性表面的基质，这种光学活性表面可随光照而显示出第一颜色。第一种颜色被定义为发射光的光谱分布该基质还可显示出与第一颜色不同的第二种颜色(通过与第一颜色的波长组合不同的光波长组合，或不同的光谱分布，或通过与第一颜色不同的一种或多种波长的强度)。当分析物出现在该表面时，在相同的光的刺激下可显示出第二种颜色。由一种颜色向另一种颜色的变化可通过仪器或眼睛来测量。这种灵敏的检测方法相对于上文Sandstrom和Nygren描述的装置而言是一种进步，从商业角度考虑，使用该装置更具前途和竞争力。

但在Bogart et al.的专利中描述的方法和装置也有一些缺点。一是该装置造价昂贵。另一问题是难以控制晶片上的不同薄层以获得可靠的数据。而所需要的正是一种易于生产、造价低廉，并且能够灵敏可靠地检测待测分析物的生物传感装置。

发明概述