CN101395463B - 包括至少两个线栅的发光传感器 - Google Patents

包括至少两个线栅的发光传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN101395463B
CN101395463B CN2006800346484A CN200680034648A CN101395463B CN 101395463 B CN101395463 B CN 101395463B CN 2006800346484 A CN2006800346484 A CN 2006800346484A CN 200680034648 A CN200680034648 A CN 200680034648A CN 101395463 B CN101395463 B CN 101395463B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wiregrating
luminescence sensor
radiation
slit
luminescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2006800346484A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101395463A (zh
Inventor
M·M·J·W·范赫佩恩
H·范霍滕
D·J·W·克隆德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN101395463A publication Critical patent/CN101395463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101395463B publication Critical patent/CN101395463B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/648—Specially adapted constructive features of fluorimeters using evanescent coupling or surface plasmon coupling for the excitation of fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/036—Cuvette constructions transformable, modifiable
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6482—Sample cells, cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6445—Measuring fluorescence polarisation

Abstract

本发明提出了一种亚波长发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器，其包括相互垂直设置的至少两个线栅(1、2)。发光传感器具有改善的信噪比以及分离的激发和发光辐射，在该发光传感器中，能够有效使用激发辐射并且有效检测发光辐射。

Description

包括至少两个线栅的发光传感器
技术领域
本发明涉及诸如发光生物传感器或发光化学传感器之类的发光传感器，以及涉及一种用于检测由这种发光传感器中存在的一个或多个发光体产生的发光辐射的方法。更具体而言，本发明涉及高信噪比的发光传感器。
背景技术
传感器广泛应用于测量物理属性或物理事件。它们将该测量的功能读数作为电、光或数字信号输出。该信号是可由其它设备转换成信息的数据。传感器的一个特定例子为生物传感器。生物传感器是检测存在(即定性检测)或测量诸如血液、血清、血浆、唾液......等流体中的诸如蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA等目标分子的特定量(即定量检测)的设备。目标分子也称作“被分析物”。几乎在所有的情形中，生物传感器都使用包括特异性识别元素的表面来俘获被分析物。因此，通过将特异性分子附着到传感器的表面，来对传感器的表面进行改性，其中，传感器的表面适于结合流体中存在的目标分子。
为了使被分析物与特异性分子的结合效率最优，优选大表面面积和短扩散长度。因此，已经提出了微孔或毫微孔衬底(薄膜)作为兼具大面积与快速结合动力的生物传感器衬底。特别是，当被分析物的浓度较低(例如，低于1nM或低于1pM)时，扩散动力在生物传感器化验中起重要的作用。
可通过诸如荧光等发光来检测所结合的被分析物的量。在此情形中，被分析物本身可携带发光标记，例如荧光标记，或者可替换地，可执行具有发光标记(例如荧光标记)的第二识别元素的附加培养。
在现有技术的发光生物传感器中，存在分离激发和发光辐射(例如荧光辐射)的问题，这是因为这些类型的辐射具有类似的波长。
为了解决上述问题，提出了在流体内工作的使用亚波长孔口或狭缝的具有亚波长空间分辨率的发光传感器。简言之，激发辐射在亚波长孔口或狭缝上反射，因为这些孔口或狭缝小到辐射无法检测。这在孔口或狭缝内产生渐逝场，其被用于激发存在于孔口或狭缝中的发光体。产生的发光从与被照射的侧(即激发侧)相对的一侧上的孔口或缝隙发出，由此分离激发辐射和发光辐射。该(反射)效应还抑制了在孔口或缝隙的激发侧上产生的背景发光。
使用孔口的发光传感器的问题是发射的发光需要能够从孔口发出，因此发光需要接近孔口的出口侧发射。这意味着，在激发辐射产生能够有效地离开孔口的发光(例如荧光)之前大量的激发辐射已经被抑制了。实际上，这意味着有些激发辐射在它到达孔口中的发光体(例如荧光体)之前被抑制了，并且产生的有些发光(例如荧光)也在到达检测器之前被抑制了。
除了使用具有孔口的传感器以外，使用具有狭缝的传感器也可以解决该问题，这是因为一种偏振总能穿过狭缝，并且因此产生的发光(例如荧光)的至少50％总能到达检测器侧。然而，这些种类传感器的问题在于产生的背景辐射的50％也能透过狭缝。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改善的信噪比的发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器。本发明的另一个目的是提供一种用于检测由这种发光传感器中存在的一个或多个发光体产生的发光辐射的方法。本发明的优点是能够有效地使用激发辐射，并且能够有效地检测发光辐射。
通过根据本发明的设备和方法来实现上述目的。
在所附的独立和从属权利要求中，阐述了本发明的特定和优选方面。可以将从属权利要求的特征与独立权利要求以及其它从属权利要求的特征适当结合，而不仅是权利要求中明确阐述的。
本发明提供了一种发光传感器，例如荧光传感器，其包括至少第一线栅和第二线栅。第一线栅包括沿第一方向延伸的狭缝和线，第二线栅包括沿第二方向延伸的狭缝和线，第一方向和第二方向基本上相互垂直。根据本发明，当利用来自激发辐射源(例如光源)的激发辐射(例如激发光)照射传感器时，激发辐射(例如激发光)被偏振，使得它基本上被至少第一和第二线栅中的一个抑制，并且基本上不被至少第一和第二线栅中的另一个抑制。
根据本发明的优选实施例，激发辐射(例如激发光)被偏振，使得它基本上被最远离激发辐射源(例如光源)的第二线栅抑制，并且基本上不被最接近激发辐射源(例如光源)的第一线栅抑制。
根据本发明的发光传感器与现有技术的传感器相比具有一些优点。对于根据本发明的发光传感器，激发体积(即在线之间产生发光的体积)非常小，即至少在两个维度(dimension)上小于衍射极限。因为两个线栅的组合形成了亚波长孔口，所以实现了这一点。另一个优点在于：如果将根据本发明的发光传感器应用于透射模式，即激发辐射源位于传感器的一侧而检测器位于另一侧，那么根据本发明的发光传感器提供激发辐射(例如激发光)与发光(例如荧光)辐射的自动分离。而且，在该情况下，在传感器的与检测器所在一侧相对的一侧上产生的背景发光(例如荧光)不能透射由第一和第二线栅的位置所形成的孔口，从而改善了信号-背景比。根据本发明的发光传感器容易对准和使用，并且发光(例如荧光)辐射能够有效地到达检测器，这还意味着可以有效地实现激发。
根据本发明的实施例，第二线栅可以具有顶面，并且第一线栅可以位于第二线栅的顶部上。
根据本发明的实施例，在第一线栅和第二线栅之间可以存在间隙，这使得在第一和第二线栅之间存在距离d。这些实施例的优点在于：第一和第二线栅之间的全部距离都可用于激发。这意味着具有增大的激发体积，该激发体积可以通过改变线栅之间的距离来改变。
根据本发明的实施例，距离d可以具有任何适合的值，并且典型地在100nm至100μm之间，并且根据另外的实施例，该距离d可以通过相互独立地安装线栅1和线栅2来任意改变。
根据本发明的实施例，发光传感器可以进一步包括第三线栅，排列第三线栅，以使得第三线栅的线分别位于第一或第二线栅的狭缝的下方或上方。
根据特定实施例，第三线栅可以位于第二线栅的顶面上，并且排列该第三线栅，以使得第三线栅的线位于第二线栅的狭缝的上方。
在根据本发明的其它实施例中，第三线栅可以位于第一线栅的底面，并且排列该第三线栅，以使得第三线栅的线位于第一线栅的狭缝的下方。
根据本发明的实施例，发光传感器可以进一步包括在第一线栅和第三线栅之间的间隙，或第三线栅和第二线栅之间的间隙。
狭缝可以具有最小尺寸，并且可以将传感器浸入在浸入流体中。根据本发明的实施例，狭缝的最小尺寸可以小于所述浸入流体中的激发辐射的波长。
根据本发明的实施例，至少第一和第二线栅中的至少一个可以位于支撑基板的顶部上。
根据本发明的实施例，发光传感器可以是荧光传感器。在特定实施例中，发光传感器可以是发光生物传感器，例如荧光生物传感器。
本发明进一步提供了一种用于检测由至少一个发光体(例如荧光体)产生的发光(例如荧光)辐射的方法。该方法包括利用激发辐射(例如激发光)照射发光传感器(例如荧光传感器)，该发光传感器(例如荧光传感器)至少包括第一线栅，其具有沿第一方向延伸的狭缝和线；以及第二线栅，其具有沿第二方向延伸的狭缝和线，第一和第二方向基本上相互垂直。根据本发明的方法，来自激发辐射源的激发辐射(例如激发光)被偏振，使得它基本不被至少第一和第二线栅中的一个抑制，并且基本上被至少第一和第二线栅中的另一个抑制。
根据本发明的实施例，激发辐射(例如激发光)的偏振基本上不被最接近激发辐射源的第一线栅抑制，而是基本上仅仅被最远离激发辐射源的第二线栅抑制。
根据实施例，根据本发明的方法进一步包括检测所产生的发光(例如荧光)辐射。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的这些和其它特征，特点和优点将变得很清楚，附图通过示例说明了本发明的原理。该描述仅作为示例给出，并不限定本发明的范围。下面引用的参考图指的是附图。
图1至3示出了根据本发明第一实施例的发光传感器的不同视图(分别是透视图、顶透视图和底透视图)；
图4示出了根据本发明第一实施例的发光传感器的基本原理；
图5示出了在根据本发明第一实施例的发光传感器中的可能流体流向；
图6示出了根据本发明第二实施例的发光传感器；
图7示出了根据本发明第二实施例的发光传感器的基本原理；以及
图8示出了根据本发明第三实施例的发光传感器。
在不同附图中，相同的附图标记指的是相同或相似的元件。
具体实施方式
将参照具体实施例并参照特定附图描述本发明，但是，本发明不限于此，而仅由权利要求限定。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制其范围。所描绘的附图仅是示意性的，而非限制性的。在附图中，放大了某些元件的尺寸，并且为了说明的目的而并未按照比例绘制。本说明书和权利要求中使用了术语“包括”，它并不是要排除其它元件或步骤。当提到单个名词时，使用不定冠词或者定冠词，例如“一”或者“一个”，除非特别说明，其包括多个所述名词。
此外，在说明书和权利要求中，术语第一、第二、第三等等用于区分相似元件，并非必然描述顺序或时序。应当理解，这样使用的术语在适当情况下是可互换的，并且此处所描述的本发明的实施例能够以不同于这里所描述或说明的其它顺序操作。
而且，在说明书和权利要求书中，术语顶部、底部、上方、下方等用于说明的目的，并非必然描述相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当情况下是可互换的，并且此处所描述的本发明的实施例能够以不同于这里所描述或说明的其它方位进行操作。
注意，不应该将权利要求中使用的术语“包括”解释为局限于后面列出的装置；它不排除其它元件或步骤。从而，将其解释为指定所述特征、整体、步骤或部件的存在，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤或部件，或者其组合。因此，语句“包括装置A和B的设备”应当不局限于仅由部件A和B组成的设备。对于本发明来说，这仅意味着设备的相关部件为A和B。
本发明提供一种定性或定量传感器，更具体而言，提供一种发光传感器，其例如可以是表现出良好信号-背景比的发光生物传感器或发光化学传感器，并且还提供了一种用于制造该发光传感器的方法。根据本发明的发光传感器至少包括第一线栅1和第二线栅2。线栅1、2在衬底中形成为狭缝3的网络，优选使狭缝3均匀隔开。这可以通过应用本领域技术人员所公知的诸如电子束光刻或激光干涉光刻之类的传统工艺来获得。衬底4的剩余部分形成线4。衬底例如可以是金属衬底(例如金衬底)或者半导体衬底(例如硅衬底)。在下文的描述中，由于衬底意味着形成线栅1、2的材料，因此它也称为线栅材料。
根据本发明的一个方面，在第一线栅1中，狭缝3沿第一方向延伸，而在第二线栅2中，狭缝3沿第二方向延伸，第一和第二方向基本上相互垂直。根据本发明实施例的传感器包括这样交叉的第一和第二线栅1、2，并用激发辐射照射该传感器，该激发辐射被偏振，使得它不会被第一线栅1抑制，而会被第二线栅2抑制。
在本发明的第一实施例中，发光传感器(例如荧光传感器)包括形成在第一衬底中的第一线栅1和形成在第二衬底中的第二线栅2。第一和第二衬底(换言之，分别用于形成第一和第二线栅1、2的线栅材料)两者例如都可以是金属衬底(例如金衬底或材料)或者半导体衬底或材料(例如硅衬底或材料)，或者第一(或第二)衬底或材料可以是金属，而第二(或第一)衬底或材料可以是半导体材料。根据本发明的实施例，第一衬底(由此第一线栅1)和第二衬底(由此第二线栅2)可以具有相同厚度，但是，在其它实施例中，也可以具有不同厚度。典型地，第一和第二线栅1、2的厚度可以基本上与根据本发明实施例的狭缝3的宽度相同，并且可以小于填充该狭缝的介质中的激发辐射的波长。然而，如果它的厚度大于该波长，那么线栅1、2的性能将得到改善。因此，线栅1、2的厚度可以在100至1000nm之间。填充狭缝的介质可以是液体或气体，但是它也可以是至少包括一种要检测的发光颗粒的真空。在使用中，可以将传感器浸入在介质中，例如液体介质中，或者狭缝可以用介质以任何其它适合的方式填充，例如在液体介质的情况下借助于微量吸管，或者通过将气体喷射到传感器上以及狭缝中。
第一线栅1可替换地包括沿图1中的箭头所指示的第一方向5延伸的狭缝3和线4，第二线栅2可替换地包括沿图1中的箭头所指示的第二方向6延伸的狭缝3和线4，第一方向5和第二方向6基本互相垂直。狭缝3的最小尺寸可以优选小于传感器所浸入的或用于填充狭缝的介质中的激发辐射的波长。优选地，狭缝3的最小尺寸可以小于传感器所浸入的流体中的或用于填充狭缝的介质中的激发辐射的波长的一半。
在本发明的第一实施例中，第一线栅1位于第二线栅2的顶面7上。通过第一线栅1的顶面8照射该传感器。
根据第一实施例的第一和第二线栅1、2的结构在图1、图2(顶视图)和图3(底视图)中示出。发光体(例如荧光体)可以优选在第二线栅2的线4的那些侧边(在图1至3中，由附图标记9指示)处附着到第二线栅2，该第二线栅2离第二线栅2的狭缝3中的激发辐射源(往远看)最远。利用这种方式，它们更接近用于检测来自发光体的发光辐射(例如来自荧光体的荧光)的检测器，并且更加远离利用激发辐照(例如激发光)照射传感器的激发源(例如光源)。根据本发明，诸如光源等辐照源优选可以位于发光传感器的第一侧，而检测器优选可以位于发光传感器的第二侧，第一和第二侧相对于发光传感器彼此相对。第一线栅1上产生的发光不得不通过第一和第二线栅1、2的组合透射，并且这意味着它将被抑制。因此，发光体(例如荧光体)优选附着到更加接近检测器的第二线栅2。
第一实施例中的第一线栅1和第二线栅2的组合导致形成了深度等于第一线栅1和第二线栅2的厚度总和的孔口10。
在图4中，示出了根据本发明第一实施例的发光传感器的基本原理。激发辐射11(例如激发光)通过第一线栅1的顶面8照射传感器。
线栅1、2具有依赖于偏振的抑制作用。类似于单个狭缝3，辐射通过线栅1、2的透射表现出强烈的偏振依赖性：对TE偏振态(平行于狭缝的E场)的透射明显低于对TM偏振态的透射。线栅1、2内部的TM偏振辐射的强度分布为驻波图案，这表明Fabry-Perot效应；这也得到针对狭缝高度600nm的更强的最大归一化强度，即谐振效应的支持。在线栅1、2的后面，强度迅速地下降，这归因于在线栅1、2后面的自由空间中的发散(如同TE偏振)。
可以优选对来自诸如光源之类的激发辐射源(图中未示出)的激发辐射11(例如激发光)进行偏振，从而其基本不被第一线栅1抑制，或完全不被第一线栅1抑制，而是基本上仅被第二线栅2抑制。例如，对于TM偏振激发辐射，例如TM偏振激发光，其中电场E垂直于第一线栅1中的狭缝3，激发辐射将通过第一线栅1。根据本发明，两个线栅1、2相互垂直。这意味着线栅1、2之一通过TM，而线栅1、2中的另一个通过TE偏振激发辐射，例如TE偏振激发光。如果第一线栅1被排列为对激发辐射(例如激发光)进行微小抑制或不抑制，则这意味着激发辐射(例如激发光)具有在与线栅1中的狭缝3对准的方向上的TM偏振。因此，激发辐射(例如激发光)具有与线栅2中的狭缝3对准的TE偏振，因此线栅2将基本上抑制激发辐射(例如激发光)。所述抑制通过吸收或反射实现，后者导致图4所示的反射光束12。激发辐射11(例如激发光)的强度在线栅2内仅沿箭头13所示的方向降低。为了更有效地照射线栅1、2的开口区域，特别是孔口10，激发辐射11(例如激发光)可以是宽光束形式，也可以是多点光源形式。另一方面，如果激发辐射源所发射的辐射的偏振方向没有很好地与第一线栅1的狭缝对准，则第一线栅1阻挡部分激发辐射(例如激发光)。这对于发光传感器的操作不是问题，但是，较少量的激发辐射(例如激发光)在这种情况下会产生发光(例如荧光)。因此，这将导致发光传感器的效率降低，因为检测器只能检测到产生的较少发光。
如上所述，诸如荧光体之类的发光体优选可以在图1至3中附图标记9所示的线的侧边处附着到第二线栅2。在这个区域中产生的发光(例如荧光)将仅仅碰到第二线栅2。这意味着，当假设激发辐射随机偏振并由此存在50％TE和50％TM偏振光时，至少50％发光(例如荧光)通过第二线栅2，而不被抑制，即TM偏振光和部分TE偏振光，这是因为TE偏振光基本被抑制，但是仍然有少量透射。这导致存在两束不同偏振方向的发光(例如荧光)。这些光束在图4中由箭头14和15指示。光束15在第二线栅2的底侧16离开传感器，在那里其被检测器17检测，检测器17例如是CCD或CMOS检测器。光束14在第一线栅1的顶面8离开传感器。
为了使发光体(例如荧光体)处于发光传感器的第二线栅2的优选结合部位9，包括发光体的流体需要流过线栅1、2的狭缝3。这可以沿图5中由箭头18和19所示的两个方向中的任意一个方向进行。
一种可能的流体流动方向由箭头18指示。该流体直接通过线栅1、2，并沿垂直于线栅1、2的平面的方向流动。使用该流体流动方向18的优点在于易于实现并且它具有相对低的流阻，并由此允许每秒通过线栅1、2泵送更大的体积。
另一个可能的流体流动方向是在线栅的平面中，如图5中的箭头19所示。在这种情况下，在所给的示例中，流体流通过第二线栅2的狭缝3。然而，流体流也可以通过第一线栅1的狭缝3。因此，在线栅1、2之一的狭缝3中，流体平行于线栅1、2流动。如果第二线栅2位于第一线栅1的下方，如根据本发明第一实施例的传感器中的情况，那么流体优选在第二线栅2的狭缝3中并平行于线栅2流动。仅有有限的或者少量的流体流过另一个线栅，即，如果主要的流体流通过第二线栅2，那么仅有较少的流体流通过第一线栅1，这是因为当这两个线栅1、2的狭缝3位于基本相互平行的平面中时，它垂直于流动的主要方向设置。其优点在于发光体的最有效结合出现在具有最有效发光(例如荧光)检测和激发的区域中，即在第二线栅2的线4的侧边上，其最接近于检测器17。
在上述实施例中，第一线栅1设置在第二线栅2的顶面7上。然而，在一些情况下，可能有利的是：发光传感器(例如荧光传感器)在第一线栅1和第二线栅2之间内进一步包括间隙20，这使得在第一线栅1和第二线栅2之间存在距离d(参见图6)。这种情况的一个示例是在由于例如发光(例如荧光)检测器不足够灵敏而需要更大发光(例如荧光)信号的场合中。典型地，这可能发生在发光体(例如荧光体)的浓度稍微降低的场合中，例如单分子检测。
因此，在第二实施例中，发光传感器(例如荧光传感器)包括第一线栅1，其包括沿第一方向5延伸的狭缝3和线4；以及第二线栅2，其包括沿第二方向6延伸的狭缝3和线4，第一方向5和第二方向6基本相互垂直。狭缝3的最小尺寸可以小于传感器所浸入的流体中的激发辐射的波长。该浸入流体可以是液体或气体，不过还可以是包括至少一种要被检测的发光颗粒的真空。本领域技术人员可以利用公知的传统工艺在衬底中形成线栅1、2。衬底例如可以是金属衬底(例如金衬底)或半导体衬底(例如硅衬底)。在第一线栅1和第二线栅2之间内，存在间隙20，这使得在第一线栅1和第二线栅2之间存在距离d。距离d可以是任意适合的值，典型地是在100nm至100μm之间，并且该距离d可以通过相互独立地安装线栅1和线栅2而任意改变。
根据该第二实施例，类似于第一实施例，发光体(例如荧光体)可以优选地设置在第二线栅2上或者设置在填充间隙20的介质(例如流体)中。
在图7中，示出了第二实施例的传感器结构的基本原理。该图示出了第一和第二线栅1、2，其中间隙20存在于第一线栅1的底面21和第二线栅2的顶面7之间，因此使得在第一线栅1和第二线栅2之间存在距离d。利用诸如激发光之类的激发辐射11通过第一线栅1的顶面8照射传感器。与第一实施例相类似，激发辐射(例如激发光)的偏振可以是这样的，以至于它基本上不被第一线栅1抑制或者完全不被第一线栅1抑制，因此它基本上仅被第二线栅2抑制。
第二实施例的优点在于线栅1、2之间的全部距离都可以用于激发。这意味着具有增大的激发体积，该激发体积可以通过改变线栅1、2之间的距离来调整。因为发光(例如荧光)的激发发生在间隙20内，因此该间隙的长度决定激发体积。因此，激发体积可以通过改变线栅1，2之间的距离来调整。发光体(例如荧光体)可以设置在间隙20中，但是同样可行的是：发光体(例如荧光体)漂浮在填充间隙20的介质(例如流体)内。
在本发明的第三实施例中，发光传感器(例如荧光传感器)进一步包括由透明材料形成的第三线栅22，该透明材料例如是玻璃材料或类似于玻璃的材料。第三线栅22位于第一线栅1和第二线栅2之间，第一线栅1包括沿第一方向5延伸的狭缝3和线4，第二线栅2包括沿第二方向6延伸的狭缝3和线4，第一和第二方向5、6基本相互垂直。狭缝3的最小尺寸可以小于传感器所浸入的流体中的激发辐射11的波长。浸入流体可以是液体或气体，不过也可以是包括至少一种要被检测的发光颗粒的真空。第三线栅22还包括线4和狭缝3，其被以这样的方式排列，使得第三线栅22的线4分别位于第一线栅1和第二线栅2的狭缝3的下方或上方，平行于第一线栅1或第二线栅2的狭缝3并且沿与第一线栅1或第二线栅2的狭缝3相同的方向伸展。
在一种可能的实现方式中，如图8所示，第三线栅22可以位于第二线栅2的顶部上，使得第三线栅22的线4位于第二线栅2的狭缝3的上方。在第二线栅2和第三线栅22之间可以存在间隙。然而，优选的是第二线栅2和第三线栅22之间的距离尽可能小。任选地，在第一线栅1和第三线栅22之间可以存在间隙20。
在第二种可能的实现方式中，未在图中示出，第三线栅22可以位于第一线栅1的底面21，使得第三线栅22的线4位于第一线栅1的狭缝3的下方，并且与其平行并且沿相同方向伸展。根据本发明的实施例，在第一线栅1和第三线栅22之间可以存在间隙。然而，在另外的实施例中，在第一线栅1和第三线栅22之间可以不存在间隙。任选地，在第三线栅22和第二线栅2之间可以存在间隙20。
当发光体(例如荧光体)优选地结合到第三线栅22上时，发光(例如荧光)源现在位于具有最优发光(例如荧光)激发和检测的位置上。这是因为激发辐射、强度和发光检测效率在间隙20内最高。使用第三线栅22的原因是为了提供一种在线栅之间的间隙20内放置发光体(例如荧光体)的方法。因此，第三线栅22的主要功能是为发光体(例如荧光体)提供结合部位，并且将这些部位设置在最适合的位置。这使得生物传感器的灵敏度更好。
在上述实施例中，线栅1、2形成在衬底中。根据本发明，然而，这些线栅1、2还可以位于支撑衬底的顶部上(未在任何图中示出)。与形成线栅的线栅材料或衬底相比(其由对激发辐射(例如激发光)和发光(例如荧光)辐射不透明的材料制成)，支撑衬底可以由对激发辐射(例如激发光)和发光(例如荧光)辐射透明的材料制成。
根据本发明的发光传感器与现有技术的发光传感器相比具有以下优点：
激发体积非常小，即至少在两个维度上小于衍射极限。因为两个线栅1、2的组合形成了亚波长孔口10，所以实现了这一点。在该深度下，获得了一些额外的距离，这是因为激发辐射11(例如激发光)不被第一线栅1抑制，并且因为在第一线栅1内产生的一些发光(例如荧光)将能够透射到第二线栅2并且然后到达检测器17。实际上，小激发体积意味着：第一和第二线栅1、2的组合所形成的狭缝3或孔口10仅将激发辐射11透射到局限于孔口10或狭缝3的位置周围的小体积中。这可以被用于发光辐射14、15的局部探测，以及使孔口10或狭缝3后面产生的发光辐射14、15与孔口10或狭缝3内产生的发光辐射14、15的比值最小。
激发辐射11和发光(例如荧光)辐射14、15的自动分离。
在传感器的与检测器17所在一侧相对的一侧上产生的背景发光(例如荧光)不能透射孔口10，这改善了信号-背景比。在与检测器侧相对的线栅1、2的组合侧上产生的背景发光(例如荧光)将需要透射这两个线栅1、2，并因此被抑制。
易于对准和使用。对准非常简单，但是需要控制激发辐射11的偏振。然而，可以允许偏振中出现小的未对准，这是因为当传播通过第一线栅1时，它仅仅引起激发辐射11(例如激发光)的轻微损失。假设TE偏振激发辐射(例如TE偏振光)被完全阻断，线栅1、2的透射率可以由(cos(未对准的角度))2确定。
发光(例如荧光)可以有效地到达检测器17，这还意味着激发可以有效地完成。根据本发明，所产生的发光(例如荧光)的至少50％能够到达线栅1、2的检测器侧，即传感器的设置检测器17的一侧。另外的优点在于在第二线栅2的顶部(激发光束最强烈处)产生的发光(例如荧光)可以容易地到达检测器侧。这意味着，接近更有效的发光(例如荧光)检测以及激发可以更加有效地实现。
应当理解的是，尽管此处针对根据本发明的设备已经讨论了优选实施例、具体构造、结构以及材料，不过在不偏离本发明范围和精神的条件下可对形式和细节作出各种改变或改进。

Claims (13)

1.一种发光传感器，包括：
用于产生激发辐射的辐射源；
包含发光体的介质；
分别由沿第一方向(5)和第二方向(6)延伸的线(4)构成的具有偏振效果的第一和第二线栅(1，2)，每个线栅的所述线相互隔开，由此在其间形成狭缝(3)，所述第一方向(5)和所述第二方向(6)基本上相互垂直，所述第一和第二线栅沿垂直于所述第一和第二方向的第三方向以间隙(20)隔开，每个线栅的所述狭缝配置为由所述介质浸入并且在由所述激发辐射照射时适于在所述间隙中产生渐逝场。
2.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述激发辐射(11)被偏振，使得它基本上被所述至少第一线栅(1)和第二线栅(2)中的一个抑制，并且基本上不被所述至少第一线栅(1)和第二线栅(2)中的另一个抑制。
3.根据权利要求2所述的发光传感器，其中所述激发辐射(11)被偏振，使得它基本上被最远离所述激发辐射源的所述第二线栅(2)抑制，并且基本上不被最接近所述激发辐射源的所述第一线栅(1)抑制。
4.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述间隙使得在所述第一和所述第二线栅之间存在距离d，所述距离d在100nm至100μm之间。
5.根据权利要求4所述的发光传感器，其中所述距离d能够被改变。
6.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述发光传感器进一步包括第三线栅(22)，排列该第三线栅(22)，以使得所述第三线栅(22)的线(4)分别位于所述第一或第二线栅(1、2)的所述狭缝(3)的下方或上方。
7.根据权利要求6所述的发光传感器，其中所述第三线栅(22)位于所述第二线栅(2)的顶面(7)上。
8.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述狭缝(3)的最小尺寸小于所述介质中的所述激发辐射(11)的波长。
9.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述至少第一和第二线栅(1、2)中的至少一个位于支撑衬底的顶部上。
10.根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述发光传感器是发光生物传感器。
11.一种用于检测由介质中的至少一个发光体产生的发光辐射(14、15)的方法，该方法包括将所述介质浸入发光传感器，利用激发辐射(11)照射所述发光传感器，所述发光传感器包括分别由沿第一方向(5)和第二方向(6)延伸的线(4)构成的具有偏振效果的第一和第二线栅(1、2)，每个线栅的所述线相互隔开，由此在其间形成狭缝，所述第一方向(5)和所述第二方向(6)基本上相互垂直，所述第一和第二线栅沿垂直于所述第一和第二方向的第三方向以间隙(20)隔开，每个线栅的所述狭缝配置为由所述介质浸入并且在由所述激发辐射照射时适于在所述间隙中产生渐逝场。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述激发辐射(11)基本上不被所述第一线栅(1)抑制，而基本上仅被所述第二线栅(2)抑制。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括检测由所述激发辐射激发的所述至少一个发光体产生的发光辐射(14、15)。
CN2006800346484A 2005-09-22 2006-09-18 包括至少两个线栅的发光传感器 Expired - Fee Related CN101395463B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP05108773.2 2005-09-22
EP05108773 2005-09-22
PCT/IB2006/053336 WO2007034395A2 (en) 2005-09-22 2006-09-18 Luminescence sensor comprising at least two wire grids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101395463A CN101395463A (zh) 2009-03-25
CN101395463B true CN101395463B (zh) 2011-05-25

Family

ID=37889217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800346484A Expired - Fee Related CN101395463B (zh) 2005-09-22 2006-09-18 包括至少两个线栅的发光传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7615760B2 (zh)
EP (1) EP1938049B1 (zh)
JP (1) JP2009509158A (zh)
CN (1) CN101395463B (zh)
WO (1) WO2007034395A2 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8075841B2 (en) 2005-12-20 2011-12-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Biosensor with one-dimensional sub-diffraction-limited apertures composed of a grid and a polarizer
CN101595380B (zh) * 2006-10-31 2012-10-24 皇家飞利浦电子股份有限公司 使用线栅增加腔体能量的生物传感器
CN101583864A (zh) * 2006-12-21 2009-11-18 皇家飞利浦电子股份有限公司 线栅波导
RU2457466C2 (ru) * 2007-02-12 2012-07-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Устройство контроля на основе решетки
WO2010029498A1 (en) 2008-09-09 2010-03-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Improved wire grid substrate structure and method for manufacturing such a substrate
US9442067B2 (en) * 2009-04-21 2016-09-13 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Plasmon sensor and manufacturing method therefor, and method for inserting sample into plasmon sensor
TWI454755B (zh) 2011-11-23 2014-10-01 Univ Nat Cheng Kung 金屬性結構與光電裝置
JP2016114356A (ja) * 2013-04-10 2016-06-23 パナソニック株式会社 蛍光検出装置、及び蛍光検出方法
TWI533035B (zh) * 2013-05-13 2016-05-11 首源科技股份有限公司 具有金屬性結構的光電裝置
JP5798649B2 (ja) * 2014-03-05 2015-10-21 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ マルチレイヤ基板構造を用いた発光センサ
KR20160060860A (ko) * 2014-11-20 2016-05-31 삼성디스플레이 주식회사 와이어 그리드 편광자, 이를 포함하는 표시 장치 및 이의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1226007A (zh) * 1998-02-09 1999-08-18 株式会社三协精机制作所 偏振光分离元件及其制造方法和光拾取装置
US6483096B1 (en) * 1999-09-15 2002-11-19 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Integrated-optical chemical and biochemical sensor
CN2630841Y (zh) * 2003-06-18 2004-08-04 中国石油天然气集团公司 一种用于油气管线检测的光纤光栅传感测试系统
CN1602420A (zh) * 2001-12-11 2005-03-30 医药及科学传感器公司 高性能荧光光学传感器
CN1712928A (zh) * 2005-07-01 2005-12-28 重庆工学院 光纤微结构mz干涉式spr化学与生物传感器及系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786270A (en) * 1973-02-01 1974-01-15 Atomic Energy Commission Proportional counter radiation camera
AU5223986A (en) 1986-01-13 1987-07-16 Satoh, T. Disposable barbeque
US5045701A (en) * 1989-09-27 1991-09-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Infrared spectropolarimeter
DE4311388B4 (de) * 1993-04-07 2005-07-28 Forschungszentrum Jülich GmbH Schichtsystem mit elektrisch aktivierbarer Schicht
US6108131A (en) * 1998-05-14 2000-08-22 Moxtek Polarizer apparatus for producing a generally polarized beam of light
JP3878782B2 (ja) * 2000-01-27 2007-02-07 財団法人山形県産業技術振興機構 食品状態評価方法及び食品状態評価装置
US7008794B2 (en) * 2000-03-22 2006-03-07 Axela Biosensors Inc. Method and apparatus for assay for multiple analytes
KR100991573B1 (ko) * 2000-12-11 2010-11-04 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하버드 칼리지 나노센서
CA2633212C (en) 2001-12-03 2009-09-08 Design Ideas, Ltd. Mesh container
JP3897703B2 (ja) * 2002-01-11 2007-03-28 キヤノン株式会社 センサ装置およびそれを用いた検査方法
US7399445B2 (en) * 2002-01-11 2008-07-15 Canon Kabushiki Kaisha Chemical sensor
US8004876B2 (en) * 2002-08-30 2011-08-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Configurable molecular switch array
US7456932B2 (en) * 2003-07-25 2008-11-25 Asml Netherlands B.V. Filter window, lithographic projection apparatus, filter window manufacturing method, device manufacturing method and device manufactured thereby
KR20060130543A (ko) * 2003-08-06 2006-12-19 유니버시티 오브 피츠버그 오브 더 커먼웰쓰 시스템 오브 하이어 에듀케이션 표면 플라즈몬-강화 나노-광 소자 및 그의 제조 방법
JP4386413B2 (ja) * 2003-08-25 2009-12-16 株式会社エンプラス ワイヤーグリッド偏光子の製造方法
JP2009543023A (ja) * 2005-07-18 2009-12-03 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ マルチレイヤ基板構造を用いた発光センサ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1226007A (zh) * 1998-02-09 1999-08-18 株式会社三协精机制作所 偏振光分离元件及其制造方法和光拾取装置
US6483096B1 (en) * 1999-09-15 2002-11-19 Csem Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa Integrated-optical chemical and biochemical sensor
CN1602420A (zh) * 2001-12-11 2005-03-30 医药及科学传感器公司 高性能荧光光学传感器
CN2630841Y (zh) * 2003-06-18 2004-08-04 中国石油天然气集团公司 一种用于油气管线检测的光纤光栅传感测试系统
CN1712928A (zh) * 2005-07-01 2005-12-28 重庆工学院 光纤微结构mz干涉式spr化学与生物传感器及系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP1938049A2 (en) 2008-07-02
US7615760B2 (en) 2009-11-10
CN101395463A (zh) 2009-03-25
EP1938049B1 (en) 2019-01-02
JP2009509158A (ja) 2009-03-05
WO2007034395A2 (en) 2007-03-29
US20080217558A1 (en) 2008-09-11
WO2007034395A3 (en) 2008-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101395463B (zh) 包括至少两个线栅的发光传感器
CN101203743B (zh) 使用亚波长孔径或狭缝的发光传感器
JP5705432B2 (ja) 光学アッセイシステム
JP5199116B2 (ja) 反射モードで動作するルミネス・センサ
US8119995B2 (en) Device for detection of excitation using a multiple spot arrangement
CN101583864A (zh) 线栅波导
JP2009537148A (ja) 単分子配列のためのシステム、方法および装置
JP2011503536A (ja) マイクロエレクトロニクスセンサ
JP2013511713A (ja) 向上した蛍光検出及び方法
JPWO2011002010A1 (ja) 高感度蛍光検出デバイス
JP2009080011A (ja) 蛍光検出方法
JP2005502880A (ja) 発光に基づくセンサーアセンブリー
CN101595380B (zh) 使用线栅增加腔体能量的生物传感器
US7312867B2 (en) Method and device for the detection of at least one luminescent substance
EP4083610A1 (en) Biomolecular inspection chip for fluorescence detection
CN101568823A (zh) 具有沟槽的孔生物传感器
WO2009130646A1 (en) Plasmonic biosensor
JP2009128136A (ja) 蛍光検出方法
JP5238820B2 (ja) マイクロ電子センサデバイス
JP2008249360A (ja) 表面プラズモンセンサー
US20200182794A1 (en) Biosensor using wire-grid polarizers for increasing cavity energy

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110525

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee