CN101548211A - 包含高折射率有机材料的导向模式共振过滤器及包含该导向模式共振过滤器的光学生物传感器 - Google Patents

包含高折射率有机材料的导向模式共振过滤器及包含该导向模式共振过滤器的光学生物传感器 Download PDF

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Abstract

提供了一种包含高折射率有机材料的导向模式共振过滤器以及包含该导向模式共振过滤器的光学生物传感器。导向模式共振过滤器包含：基板；形成于基板上的衍射光栅；以及在衍射光栅的顶面露出的有机层，衍射光栅的顶面与衍射光栅的面向基板的表面相对。有机层可构成衍射光栅的至少一部分或者为覆盖衍射光栅的顶面的单独的高折射率有机薄膜。光学传感器包含：导向模式共振过滤器，包含在顶面露出的有机层；以及抗体，特异地可结合到包含在目标样品内的抗原且高亲和性地吸附或结合到导向模式共振过滤器的有机层。

Description

包含高折射率有机材料的导向模式共振过滤器及包含该导向模式共振过滤器的光学生物传感器
技术领域
本发明涉及导向模式共振过滤器(guided mode resonance filter)以及包含其的光学生物传感器，更具体而言涉及用于根据生物材料的相互作用或变形来测量光波长变化的导向模式共振过滤器以及包含该导向模式共振过滤器的光学生物传感器。该工作得到MIC/IITA的IT R&D计划支持。[2006-S-007-01，Ubiquitous Health Monitoring Module and SystemDevelopment]
背景技术
光学生物传感器已经广泛地用于探测例如蛋白质、DNA、激素和酶的生物材料。包含导向模式共振过滤器的光学生物传感器使用衍射光栅的反射光谱的峰值，该衍射光栅可用作高折射率波导。当由衍射光栅衍射的光和由高折射率波导导向的模式之间存在耦合时产生该反射光谱，该反射光谱具有窄线宽，由此使得该光学生物传感器可具有高灵敏度。
传统导向模式共振过滤器包含通过电子束光刻或者利用印模来传递纳米图案的压印而形成的纳米尺寸衍射光栅。传统导向模式共振过滤器这样制作，即，在透明基板上形成折射率高于透明基板的折射率的无机层且随后干法或湿法图案化该高折射率无机层以形成衍射光栅，或者通过干法或湿法蚀刻该基板在该基板上形成纳米图案以及在该基板上形成折射率高于该基板的折射率的无机层。备选地，传统导向模式共振过滤器是利用压印使用由硅或石英形成的印模在基板上形成有机纳米图案以形成衍射光栅来制作。然而，传统导向模式共振过滤器中通过压印用于形成衍射光栅的有机材料具有低的折射率，由此无法满足用于高灵敏度生物传感器的共振条件。相应地，需要在通过压印形成的衍射光栅上形成高折射率无机薄膜的单独的沉积工艺。
技术问题
如上所述，传统导向模式共振过滤器必须进行单独的形成无机薄膜的工艺，从而提供足够高的折射率以满足共振条件。在衍射光栅的表面上露出的无机薄膜具有对于生物材料的不良亲和性。相应地，为了将生物材料结合到该无机薄膜，还需要将特定反应基团引入到无机薄膜表面上的单独的改性工艺。因此，传统导向模式共振过滤器复杂、昂贵且制作耗时，并且实现稳定的生物传感器存在限制。
技术方案
本发明提供一种导向模式共振过滤器，该导向模式共振过滤器对于可以特异地结合到目标材料的生物材料具有高亲和性并提供足够高的折射率以满足期望的衍射条件，使得当应用在光学生物传感器内时，该导向模式共振过滤器可以根据生物材料的相互作用或变形来精确地测量共振光的波长变化。
本发明还提供包含导向模式共振过滤器的光学生物传感器，该导向模式共振过滤器对于生物材料具有高亲和性并提供足够高的折射率以满足期望的共振条件，使得该光学生物传感器可以高灵敏度地探测目标材料且可以低成本地简单地制作。
根据本发明一方面，提供了一种导向模式共振过滤器，其包含：基板；形成于该基板上的衍射光栅；以及在该衍射光栅的顶面露出的有机层，该衍射光栅的顶面与该衍射光栅的面向该基板的表面相对。
该有机层可构成衍射光栅的至少一部分且可由折射率为1.4至2.5的有机材料形成。该基板可由选自由半导体、玻璃、石英和聚合物膜组成的群组的其中之一形成。
该有机层可以为覆盖衍射光栅的顶面的单独的高折射率有机薄膜。该衍射光栅可由有机材料或无机材料形成。该高折射率有机薄膜可由折射率为1.4至2.5的有机材料形成。该高折射率有机薄膜可包含由有机材料形成的有机薄膜以及分散在有机薄膜内的多个无机纳米点。多个无机纳米点每个可由选自由氧化物、氮化物及其组合组成的群组的其中之一形成。
根据本发明另一方面，提供了一种光学生物传感器，包含：导向模式共振过滤器，包含基板、形成于该基板上的衍射光栅、以及在该衍射光栅的顶面露出的有机层，该衍射光栅的顶面与该衍射光栅的面向该基板的表面相对；抗体，特异地可结合到包含在目标样品内的抗原且直接吸附或结合到该导向模式共振过滤器的该有机层；光源，发射光到该导向模式共振过滤器；反射光探测器，探测由该导向模式共振过滤器反射的光；透射光探测器，探测由该光源发射的光的透射穿过该导向模式共振过滤器的光；以及微透镜，将光从该光源引导至该导向模式共振过滤器以及将由该导向模式共振过滤器反射的光引导至该反射光探测器。
该光学生物传感器可进一步包含形成于该导向模式共振过滤器的该有机层上，以防止该抗体或该抗原与该露出的有机层之间非特异的相互作用和结合的区块。
有益效果
根据本发明另一方面，均具有高折射率的由高折射率有机材料形成的该有机层或者由有机材料形成且其中分散有多个无机纳米点的该有机薄膜在导向模式共振过滤器的衍射光栅的顶面露出。相应地，生物材料可以高亲和性地吸附或结合到有机层。
该光学生物传感器可以低成本地简单地制作。由于生物材料高亲和性地结合到导向模式共振过滤器，该光学生物传感器的探测效率可以提高。
附图说明
参考附图而详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加显而易见，附图中：
图1为本发明一实施例的导向模式共振过滤器的截面图；
图2为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器的截面图；
图3为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器的截面图；
图4为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器的截面图；以及
图5为本发明一实施例的光学生物传感器的截面图。
最佳模式
本发明现在将参考附图予以更全面地描述，附图中示出了本发明的示例性实施例。
图1为本发明一实施例的导向模式共振过滤器100的截面图。
参考图1，导向模式共振过滤器100包含基板110以及形成于基板110上的高折射率有机衍射光栅120。
高折射率有机衍射光栅120可由折射率约为1.4至2.5的有机材料形成。具体而言，高折射率有机衍射光栅120可由在400nm至900nm的波长具有50％以上的平均透射率的材料形成。例如，高折射率有机衍射光栅120可由甲基丙烯酸酯基((meth)acrylate based)聚合物或者乙炔基(acetylene based)聚合物形成。
基板110可以是半导体、玻璃、石英、或者由聚合物膜形成的透明基板。
高折射率有机衍射光栅120可以这样形成于基板110上，即，利用诸如旋涂或浸渍的湿法工艺将有机材料涂布在基板110的表面上，以形成具有预定厚度的有机薄膜，以及利用光刻来蚀刻该有机薄膜或者利用纳米压印来形成凹陷。
由导向模式共振过滤器100的衍射光栅120衍射的光由高折射率波导来导向以形成共振光谱。衍射光栅120的光栅周期可以小于发射到导向模式共振过滤器100的光的平均波长。
由于由有机材料形成的高折射率有机衍射光栅120在导向模式共振过滤器100的顶面露出，生物材料可以高亲和性地吸附或结合到高折射率有机衍射光栅120，而无需诸如复杂的表面处理或真空沉积的单独工艺。如果需要，露出的高折射率有机衍射光栅120可以进行氧气等离子体处理，或者使用例如硫酸的酸溶液进行表面处理，以使得生物材料更容易吸附或结合到高折射率有机衍射光栅120。
本发明的模式
图2为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器200的截面图。
参考图2，导向模式共振过滤器200包含基板210以及形成于基板210上的有机衍射光栅220。
有机衍射光栅120包含有机衍射薄膜222以及分散在有机衍射薄膜222内的多个无机纳米点(nanodot)224。
有机衍射薄膜222可由使用氟原子或不使用氟原子取代的甲基丙烯酸酯基聚合物或者使用氟原子或不使用氟原子取代的乙炔基聚合物形成。
多个无机纳米点224每个可具有1nm至200nm的颗粒尺寸。多个无机纳米点224可由氧化物、氮化物、或其组合形成。例如，多个无机纳米点224每个可由选自由SiO2、TiO2、InSnO、ZnO、SnO2、NiO、Cu2SrO2、Si3N4、GaN、以及In3N2或其组合组成的群组的其中之一形成。
有机衍射光栅220可以这样形成于基板210上，即，利用诸如旋涂或浸渍的湿法工艺将无机纳米点224分散于其中的有机溶液涂布在基板210的表面上，以形成无机纳米点224分散于其中的具有预定厚度的有机薄膜，以及利用光刻来蚀刻该有机薄膜或者利用纳米压印来形成凹陷。
多个无机纳米点224每个可由包含在构成有机衍射薄膜222的有机化合物内的无机原子组成。这种情况下，有机衍射光栅220可以这样形成，即，将包含无机原子的有机化合物涂布在基板210上以形成无机原子分散于其中的有机薄膜，以及利用光刻来蚀刻该有机薄膜或者利用纳米压印来形成凹陷。
由于导向模式共振过滤器200包含含有有机衍射薄膜222以及分散在有机衍射薄膜222内的多个无机纳米点224的有机衍射光栅220，由有机材料形成的有机衍射薄膜222在导向模式共振过滤器200的顶面露出。相应地，生物材料可以高亲和性地吸附或结合到有机衍射薄膜222。如果需要，露出的有机衍射光栅220可以进行氧气等离子体处理，或者使用例如硫酸的酸溶液进行表面处理，以使得生物材料更容易吸附或结合到有机衍射薄膜222。
基板210与参考图1所述的基板110相同。
图3为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器300的截面图。
参考图3，导向模式共振过滤器300包含基板310、形成于基板310上的衍射光栅320、以及形成于衍射光栅320上的高折射率有机薄膜330。
衍射光栅320可由有机材料或无机材料形成。例如，衍射光栅320可由使用氟原子或不使用氟原子取代的甲基丙烯酸酯基聚合物或者使用氟原子或不使用氟原子取代的乙炔基聚合物形成。备选地，衍射光栅320可由例如SiO2、Si3N4或TiO2的无机材料形成。
衍射光栅320可按照与参考图1所述高折射率有机衍射光栅120相似的方式形成。
高折射率有机薄膜330可由折射率约为1.4至2.5的有机材料形成。具体而言，高折射率有机薄膜330可由在400nm至900nm的波长具有50％以上的平均透射率的材料形成。例如，高折射率有机薄膜330可由包含甲基丙烯酸酯基聚合物或者乙炔基聚合物的有机材料形成。
高折射率有机薄膜330可通过诸如旋涂或浸渍的湿法工艺形成于衍射光栅320上。
由于高折射率有机薄膜330形成于导向模式共振过滤器300的衍射光栅320上，由有机材料形成的高折射率有机薄膜330在导向模式共振过滤器300的顶面露出。相应地，生物材料可以高亲和性地吸附或结合到高折射率有机薄膜330。如果需要，露出的高折射率有机薄膜330可以进行氧气等离子体处理，或者使用例如硫酸的酸溶液进行表面处理，以使得生物材料更容易吸附或结合到高折射率有机薄膜330。
基板310与参考图1所述的基板110相同。
图4为本发明另一实施例的导向模式共振过滤器400截面图。
参考图4，导向模式共振过滤器400包含基板410、形成于基板410上的衍射光栅420、以及形成于衍射光栅420上的高折射率薄膜430。
衍射光栅420可由有机材料或无机材料形成。例如，衍射光栅420可由包含使用氟原子或不使用氟原子取代的甲基丙烯酸酯基聚合物或者使用氟原子或不使用氟原子取代的乙炔基聚合物的有机材料形成。备选地，衍射光栅420可由例如SiO2、Si3N4或TiO2的无机材料形成。
衍射光栅420可按照与参考图1所述高折射率有机衍射光栅120相似的方式形成于基板410上。
高折射率薄膜430包含有机薄膜432以及分散在有机薄膜432内的多个无机纳米点434。
有机薄膜432可由包含使用氟原子或不使用氟原子取代的甲基丙烯酸酯基聚合物或者使用氟原子或不使用氟原子取代的乙炔基聚合物的有机材料形成。
多个无机纳米点434每个可具有约1nm至200nm的颗粒尺寸。多个无机纳米点434每个可由氧化物、氮化物、或其组合形成。例如，多个无机纳米点434每个可由选自由SiO2、TiO2、InSnO、ZnO、SnO2、NiO、Cu2SrO2、Si3N4、GaN和In3N2、或其组合组成的群组的其中之一形成。
高折射率薄膜430可以这样形成于衍射光栅420上，即，利用诸如旋涂或浸渍的湿法工艺将无机纳米点434分散于其中的有机溶液涂布在衍射光栅420的表面上。
备选地，多个无机纳米点434可由包含在构成有机衍射薄膜432的有机化合物内的无机原子组成。这种情况下，高折射率薄膜430可以通过将包含无机原子的有机化合物涂布在衍射光栅420上来形成。
备选地，高折射率薄膜430可以通过使包含无机原子的有机化合物自组装于衍射光栅420的表面上来形成。
由于导向模式共振过滤器400包含含有有机薄膜432以及分散在有机薄膜432内的多个无机纳米点434的高折射率薄膜430，由有机材料形成的有机薄膜432在导向模式共振过滤器400的顶面露出。相应地，生物材料可以高亲和性地吸附或结合到有机薄膜432。如果需要，露出的高折射率薄膜430可以进行氧气等离子体处理，或者使用例如硫酸的酸溶液进行表面处理，以使得生物材料更容易吸附或结合到有机薄膜432。
基板410与参考图1所述的基板110相同。
在导向模式共振过滤器100、200、300和400中，衍射光栅120、220、320和420或者形成于衍射光栅320和420上的高折射率薄膜330和430是由有机材料或者包含无机纳米点的有机材料形成。相应地，当导向模式共振过滤器100、200、300和400应用到光学生物传感器时，对于可以特异地结合到目标材料的生物材料的亲和性可以增强且探测效率可以提高。
图5为本发明一实施例的光学生物传感器500的截面图。
参考图5，光学生物传感器500包含导向模式共振过滤器510。
导向模式共振过滤器510可以是参考图1至4所述的导向模式共振过滤器100、200、300和400的任意一个。在图5，导向模式共振过滤器510具有与图4的导向模式共振过滤器400相同的构造。然而，本实施例不限于此，且导向模式共振过滤器510可以具有落在本发明范围内的各种构造。将不给出关于导向模式共振过滤器510的详细解释，且关于导向模式共振过滤器510的细节，请参考图1至4的导向模式共振过滤器100、200、300和400。
可以特异地结合到包含在目标样品(未示出)内的抗原600的抗体502吸附或结合到光学生物传感器500的导向模式共振过滤器510的有机层。光学生物传感器500可进一步包含形成于导向模式共振过滤器510的有机层上以防止抗体502或抗原600非特异地结合到有机层的露出表面的区块(block)610。
尽管图5中导向模式共振过滤器510的有机层为形成于衍射光栅420上的高折射率薄膜430，不过本实施例不限于此，并且可以进行各种调整。例如，导向模式共振过滤器510的有机层可以具有与图1的高折射率有机衍射光栅120、图2的有机衍射光栅220或者图3的高折射率有机薄膜330相同的构造。
光学生物传感器500包含：光源512，发射光到导向模式共振过滤器510；反射光探测器514，探测由导向模式共振过滤器510反射的光；以及透射光探测器516，探测由光源512发射且透射穿过导向模式共振过滤器510的光。光源512可以是白色光源或者具有特定波长的激光光源。微透镜518布置在导向模式共振过滤器510和反射光探测器514之间，以将光从光源512引导至导向模式共振过滤器510并将由导向模式共振过滤器510反射的光反射到反射光探测器514。
图5的光学生物传感器500的操作现在予以解释。
当区块610吸附或结合到形成于导向模式共振过滤器510的衍射光栅420上以防止抗体502和具体生物材料之间非特异相互作用和结合的高折射率薄膜430时，测试样品应用到导向模式共振过滤器510。当可以特异地结合到抗原600的抗体502存在于测试样品内时，抗体502特异地结合到抗原600，由此改变导向模式共振过滤器510的光学折射率。为了探测折射率改变时导向模式共振过滤器510共振波长的变化，使用探测透射穿过导向模式共振过滤器510的光的透射光探测器516或者探测由导向模式共振过滤器510反射的光的反射光探测器514。也就是说，由固定到固定单元700的光源512发射的光通过微透镜518透射穿过或者被导向模式共振过滤器510反射。透射或反射光由透射光探测器516或反射光探测器514探测。透射光探测器516和反射光探测器514每个可以是光电探测器，或者是测量光谱的光谱仪。
当例如蛋白质、DNA、激素或酶的生物材料吸附或结合到导向模式共振过滤器510的衍射光栅420上由有机材料形成的高折射率薄膜430时，如上所述构造的光学生物传感器500可以用作生物传感器。
如果需要，衍射光栅420上由有机材料形成的高折射率薄膜430的表面可以通过使用O2、Ar和N2并应用小于100W的射频(RF)功率来进行氧气等离子体处理，以使得生物材料更容易吸附或结合到高折射率薄膜430。备选地，高折射率薄膜430可以通过在高折射率薄膜430表面上使用酸溶液或碱溶液以形成例如-OH基团的反应基团来进行表面处理。用于在有机层表面上形成反应基团的溶液可以是例如H2SO4、HF、HNO3、HCl或H3PO4的酸溶液，或者是例如NaOH、KOH、Ca(OH)2、NH4OH的碱溶液。
尽管光学生物传感器500已经在上文描述，不过本实施例不限于此，且可以在权利要求书、具体实施方式和附图的范围内进行各种调整。例如，尽管导向模式共振过滤器的衍射光栅或者形成于衍射光栅上的高折射率薄膜是由有机材料形成，不过本实施例不限于此。只要有机层在与基板相对的顶面露出，也就是说，只要可以特异地结合到包含在目标样品内的抗原的抗体可以吸附或结合到有机层，则可以在本发明的范围内进行构造上的各种调整。
工业应用性
光学生物传感器可以低成本地简单地制作。由于生物材料高亲和性地结合到导向模式共振过滤器，光学生物传感器的探测效率可以提高。

Claims (16)

1.一种导向模式共振过滤器，包含：
基板；
形成于所述基板上的衍射光栅；以及
在所述衍射光栅的顶面露出的有机层，所述衍射光栅的顶面与所述衍射光栅的面向所述基板的表面相对。
2.如权利要求1所述的导向模式共振过滤器，其中所述有机层构成所述衍射光栅的至少一部分且是由折射率为1.4至2.5的有机材料形成。
3.如权利要求1所述的导向模式共振过滤器，其中所述衍射光栅是由甲基丙烯酸酯基聚合物或者乙炔基聚合物形成。
4.如权利要求1所述的导向模式共振过滤器，其中所述基板是由选自由半导体、玻璃、石英和聚合物膜组成的群组的其中之一形成。
5.如权利要求1所述的导向模式共振过滤器，其中所述有机层为覆盖所述衍射光栅的所述顶面的单独的高折射率有机薄膜。
6.如权利要求5所述的导向模式共振过滤器，其中所述衍射光栅是由有机材料形成。
7.如权利要求5所述的导向模式共振过滤器，其中所述衍射光栅是由无机材料形成。
8.如权利要求5所述的导向模式共振过滤器，其中所述高折射率有机薄膜是由折射率为1.4至2.5的有机材料形成。
9.如权利要求5所述的导向模式共振过滤器，其中所述高折射率有机薄膜包含由有机材料形成的有机薄膜以及分散在所述有机薄膜内的多个无机纳米点。
10.如权利要求9所述的导向模式共振过滤器，其中所述多个无机纳米点每个具有1nm至200nm的颗粒尺寸。
11.如权利要求9所述的导向模式共振过滤器，其中所述多个无机纳米点每个是由选自由氧化物、氮化物及其组合组成的群组的其中之一形成。
12.如权利要求9所述的导向模式共振过滤器，其中所述多个无机纳米点每个是由选自由SiO2、TiO2、InSnO、ZnO、SnO2、NiO、Cu2SrO2、Si3N4、GaN和In3N2、或其组合组成的群组的其中之一形成。
13.一种光学生物传感器，包含：
导向模式共振过滤器，包含：
基板；
形成于所述基板上的衍射光栅；以及
在所述衍射光栅的顶面露出的有机层，所述衍射光栅的顶面与所述衍射光栅的面向所述基板的表面相对，
抗体，特异地可结合到包含在目标样品内的抗原且直接吸附或结合到所述导向模式共振过滤器的所述有机层；
光源，发射光到所述导向模式共振过滤器；
反射光探测器，探测由所述导向模式共振过滤器反射的光；
透射光探测器，探测由所述光源发射的光的透射穿过所述导向模式共振过滤器的光；以及
微透镜，将光从所述光源引导至所述导向模式共振过滤器以及将由所述导向模式共振过滤器反射的光引导至所述反射光探测器。
14.如权利要求13所述的光学生物传感器，还包含形成于所述导向模式共振过滤器的所述有机层上，以防止所述抗体或所述抗原与所述露出的有机层之间非特异的相互作用和结合的区块。
15.如权利要求13所述的光学生物传感器，其中所述导向模式共振过滤器的所述有机层构成所述衍射光栅的至少一部分且是由折射率为1.4至2.5的有机材料形成。
16.如权利要求13所述的光学生物传感器，其中所述导向模式共振过滤器的所述有机层为覆盖所述衍射光栅的所述顶面的单独的高折射率薄膜。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018172A (zh) * 2012-12-07 2013-04-03 华侨大学 聚合物光栅核酸适体生物传感器及检测装置
CN103398952A (zh) * 2013-08-13 2013-11-20 上海理工大学 生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法
CN103969185A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 上海理工大学 一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法
TWI730170B (zh) * 2016-09-16 2021-06-11 美商康寧公司 高折射率奈米複合物

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928203B1 (ko) * 2007-12-10 2009-11-25 한국전자통신연구원 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법
KR100927603B1 (ko) * 2007-12-11 2009-11-23 한국전자통신연구원 표적 바이오 물질 검출 키트 및 표적 바이오 물질 검출방법
CN105424656B (zh) * 2016-01-11 2018-04-13 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种角度依赖的光子晶体氢气传感器的测量方法
KR102285677B1 (ko) * 2016-02-22 2021-08-05 한국전자통신연구원 광센서
USD831285S1 (en) 2017-05-18 2018-10-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Detergent container for washing machine
EP3617757B1 (en) * 2018-08-27 2021-02-24 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Optical filter, optical filter system, spectrometer and method of fabrication thereof
CN109856087B (zh) * 2018-12-29 2021-01-29 复旦大学 传感芯片及其制备方法、检测系统、检测方法
CN113391388B (zh) * 2021-05-27 2023-05-09 扬州大学 基于pdms的峰值连续可变导模共振滤光片及制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1305921C (en) * 1987-01-30 1992-08-04 Eric K. Gustafson Diffraction immunoassay and reagents
SE501013C2 (sv) * 1990-10-01 1994-10-17 Pharmacia Biosensor Ab Förfarande för förbättring av analys med bindning till fast fas
US6579673B2 (en) * 1998-12-17 2003-06-17 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Patterned deposition of antibody binding protein for optical diffraction-based biosensors
US6212312B1 (en) * 1999-09-17 2001-04-03 U.T. Battelle, Llc Optical multiplexer/demultiplexer using resonant grating filters
US7142296B2 (en) * 2000-10-30 2006-11-28 Sru Biosystems, Inc. Method and apparatus for detecting biomolecular interactions
US7118710B2 (en) * 2000-10-30 2006-10-10 Sru Biosystems, Inc. Label-free high-throughput optical technique for detecting biomolecular interactions
US6951715B2 (en) * 2000-10-30 2005-10-04 Sru Biosystems, Inc. Optical detection of label-free biomolecular interactions using microreplicated plastic sensor elements
US7264973B2 (en) * 2000-10-30 2007-09-04 Sru Biosystems, Inc. Label-free methods for performing assays using a colorimetric resonant optical biosensor
JP4076902B2 (ja) * 2003-05-06 2008-04-16 株式会社東芝 光学式バイオセンサ
US20050018944A1 (en) * 2003-07-25 2005-01-27 Mozdy Eric J. Polarization modulation interrogation of grating-coupled waveguide sensors
US6990259B2 (en) * 2004-03-29 2006-01-24 Sru Biosystems, Inc. Photonic crystal defect cavity biosensor
US7264872B2 (en) * 2004-12-30 2007-09-04 3M Innovative Properties Company Durable high index nanocomposites for AR coatings
US7197198B2 (en) 2005-06-23 2007-03-27 Sru Biosystems, Inc. Biosensor substrate structure for reducing the effects of optical interference

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018172A (zh) * 2012-12-07 2013-04-03 华侨大学 聚合物光栅核酸适体生物传感器及检测装置
CN103018172B (zh) * 2012-12-07 2015-05-20 华侨大学 聚合物光栅核酸适体生物传感器及检测装置
CN103398952A (zh) * 2013-08-13 2013-11-20 上海理工大学 生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法
CN103398952B (zh) * 2013-08-13 2016-01-20 上海理工大学 生物传感器检测中的导模共振滤波片反射率优化方法
CN103969185A (zh) * 2014-05-19 2014-08-06 上海理工大学 一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法
CN103969185B (zh) * 2014-05-19 2016-09-14 上海理工大学 一种提高导模共振生物传感器测试灵敏度的方法
TWI730170B (zh) * 2016-09-16 2021-06-11 美商康寧公司 高折射率奈米複合物

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