CN104115000B - 用于检测结合亲和力的装置 - Google Patents

用于检测结合亲和力的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104115000B
CN104115000B CN201380005873.5A CN201380005873A CN104115000B CN 104115000 B CN104115000 B CN 104115000B CN 201380005873 A CN201380005873 A CN 201380005873A CN 104115000 B CN104115000 B CN 104115000B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
slab guide
target sample
scheduled
place
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.)
Active
Application number
CN201380005873.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104115000A (zh
Inventor
克里斯托夫·法蒂蒙尔
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.)
F Hoffmann La Roche AG
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
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 F Hoffmann La Roche AG filed Critical F Hoffmann La Roche AG
Publication of CN104115000A publication Critical patent/CN104115000A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104115000B publication Critical patent/CN104115000B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • 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
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • 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
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N21/774—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure
    • G01N21/7743—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure the reagent-coated grating coupling light in or out of the waveguide
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

一种用于检测结合亲和力的装置，包括布置在基板(3)上的平面波导(2)，以及用于将预定波长的相干光(1)耦合到所述平面波导中的光耦合器(4)。相干光传播通过平面波导(2)，其中渐消场(6)沿所述平面波导的外表面(5)传播。所述平面波导的外表面(5)包括所述外表面(5)上的结合地点(7)，所述结合地点(7)能够将目标样本(8)结合到所述结合地点(7)以使得所述渐消场(6)的光由结合到所述结合地点(7)的目标样本(8)所散射。所述结合地点(7)沿多个预定线路(9)布置，所述预定线路(9)被布置为使得散射光在预定检测方向处干涉光程长度上的一个差异，所述差异是所述光的预定波长的整数倍。

Description

用于检测结合亲和力的装置
技术领域
本发明涉及根据相应独立权利要求的用于检测结合亲和力的装置以及用于检测结合亲和力的系统的方法。
背景技术
例如，这种装置在多种应用中被用作为生物传感器。一种具体应用是检测及监视结合亲和力(binding affinity)或过程。例如，借助于这种生物传感器，对目标样品结合至结合地点进行检测的各种试验可以被执行。典型地，对在生物传感器表面上的二维微阵列处布置的场所处的生物传感器执行大量的这种试验。微阵列的使用提供了一种用于在高通量药物筛选中同时检测不同目标样本的结合亲和力或过程的工具，其中，诸如分子、蛋白质或DNA的大量目标样本可以被快速地分析。为了检测结合到特定结合地点的目标样本的亲和力(比如结合到不同捕捉分子的目标分子的亲和力)，大量的结合地点被固定在可例如通过喷墨测定地点(ink-jet spotting)应用的场所处的生物传感器的表面上。每个场所针对预定类型的捕捉分子来形成独立测量地带。目标样本对特定类型捕捉分子的亲和力被检测并且被用于提供关于目标样本的结合亲和力的信息。
用于检测目标样本的结合亲和力的公知技术使用能够在激发时发出荧光的标记。例如，荧光标签可以用作用于标记目标样本的标记。当激发时，荧光标签被使得发出具有特有的放射光谱的荧光。检测在具体场所处的这种特有放射光谱表明了带标记的目标分子已经结合到存在于各自场所处的特定类型的结合地点。
用于检测被标记目标样本的传感器在以下文章“Zeptosens’proteinmicroarrays:A novel high performance microarray platform for low abundanceprotein analysis”,Proteomics2002,2,S.383-393,Wiley-VCH Verlag GmBH,69451Weinheim,Germany被描述了。所描述的传感器包括布置在基板上的平面波导，以及用于将预定波长的相干光耦合到该平面波导中的光栅。另外光栅布置在平面波导远离光栅的那个端部处以将光耦合到波导中。通过平面波导传播的相干光通过另外光栅从平面波导耦合出来。耦合出来的光用于调节预定波长的相干光耦合到平面波导中。相干光在全反射条件下通过平面波导传播，其中相干光的渐消场(evanescent field)沿平面波导的外表面传播。渐消场穿入到平面波导外表面处的低折射率介质中的深度为传播通过平面波导的相干光的一小部分波长的数量级。渐消场激发结合到在平面波导外表面上布置的结合地点的被标记目标样本的荧光标签。由于渐消场到平面波导外表面处的光疏介质(opticallythinner medium)中的穿入非常小，因此仅仅结合到在平面波导外表面上布置的结合地点的被标记样本被激发。随后借助于CCD相机检测到由这些标签发出的荧光。
尽管在原理上可以通过使用荧光标记来检测结合亲和力，但这种技术不利之处在于：检测到的信号由标记产生而不是由结合方本身来产生。此外，标记目标样本需要额外的工作步骤。此外，被标记目标样本相对比较昂贵。另一个不利之处在于由光漂白或淬火效果引起的结果失真。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于检测结合亲和力的装置，以及能够检测这种结合亲和力的系统和方法，这克服了或至少很大程度上减少了上述现有技术传感器的不足。
根据本发明，这个目标通过用于检测结合亲和力的装置来实现。该装置包括布置在基板上的平面波导，并且还包括光耦合器，所述光耦合器用于将预定波长的相干光耦合到平面波导中以使得相干光传播通过平面波导，其中相干光的渐消场沿平面波导的外表面传播。平面波导的外表面包括其上的结合地点，所述结合地点能够将目标样本结合到结合地点以使得渐消场的光由结合到结合地点的目标样本散射。结合地点沿多个预定线路布置，预定线路被布置为使得由结合到结合地点的目标样本所散射的光在预定检测位置处干涉光程长度上的差异，该差异是光的预定波长的整数倍。
根据本发明，结合亲和力的检测既不限于特定类型的目标样本也不限于任意类型的结合地点，而是分子、蛋白质、DNA等结合特性可以相对于平面波导上任意类型的结合地点而被分析。结合亲和力的检测可以以无标记的方式来实现。可选地，对光强烈地散射的散射增强剂(比如散射标记)可以被用于提高检测灵敏度。这种散射增强剂可以是纳米颗粒(单独的或具有结合器的)或在另一示例中为胶体颗粒。待分析的结合特性可以具有静态类型(例如，可以分析是否目标样本已经结合到或未结合到结合地点)或具有动态类型(比如随时间推移的结合过程的动力学可以被分析)。结合地点是位于目标样本可以结合到的平面波导的外表面上的位置。例如，结合地点可以包括固定在平面波导外表面上的捕捉分子，或可以简单地包括在平面波导外表面上的活化位置以能够将目标样本结合到活化位置，或可以在平面波导外表面上的期望位置处以适于结合目标样本的任意其他形式来体现。多个预定线路可以包括各个独立线路或可以包括其中各个线路被连接以形成单个线路的线路式样，例如弯折的单个线路式样。在结合地点沿其布置的相邻预定线路之间的距离相关于光的预定波长来选择。相邻预定线路之间的优选距离为大于100纳米(nm)的数量级。对于相邻预定线路之间的距离约100纳米至约1000纳米的范围针对在平面波导中使用可见光是优选的，以便散射光可以通过标准光学装置被检测到。此外，优选地，平面光波导相对于平面波导外表面上的介质具有高的折射率，以便渐消场的穿入深度仅仅很小并且在渐消场中传播的相干光的分数是高的。例如，平面波导的折射率可以在1.6至2.5的范围之内，然而在平面波导表面处的介质的折射率典型地在1至1.5范围之内。经由示例，结合地点可以包括固定在平面波导外表面上的捕捉分子。固定的捕捉分子与结合到其的目标样本一起形成散射了渐消场的相干光的多个散射中心。沿平面波导传播的相干光具有预定波长并且优选是单色的(理论上处于单一波长)。由于沿平面波导表面传播的渐消场的光与在平面波导内传播的光是相干的，因此渐消场的相干光通过散射中心被相干地散射，其中散射中心由结合到在不同预定线路上布置的捕捉分子的目标分子(或更一般而言，由结合到结合地点的目标样本)来形成。在任意位置处的散射光可以通过添加来自各个散射中心的每一个散射中心的贡献来确定。散射光的最大值位于预定检测位置处，这是因为预定线路被布置成使得在预定检测位置处，由不同散射中心散射的光的光程长度相差光的波长的整数倍。针对在检测位置处的最大信号，从光耦合器到预定线路并且从该预定线路到预定检测位置的光的光程长度也是预定波长的整数倍。因此，由结合到结合地点的目标样本所散射的光在预定检测位置处干涉。构造的干涉的需求通过在检测位置中加入可检测信号的任意散射光来满足。预定检测位置并不限于具体形状，例如，其可以具有点或条带形状。“沿预定线路”的结合地点的布置代表了以下最优化情形：在其中，所有结合地点被准确地布置在预定线路上。结合地点的这种最优化设计在检测位置处引起最大信号。本领域技术人员显而易见的是，实践中结合地点的布置可以在某种程度上偏离这种最优化布置。例如，这种偏离可以由用于在平面波导外表面上布置结合地点的方法来产生，这在下面将会进行详细解释。
根据本发明的装置的一个方面，相邻预定线路之间的距离在渐消场的光的传播方向上减少。总体上讲，针对沿预定线路布置的不同散射中心(结合到结合地点的目标样本)，渐消场的散射光在预定检测位置处干涉的角度是不同的。由于在预定检测位置处散射光是要干涉至最大值的，因此由多种散射中心所散射的光在光程长度上的差异必须是光的波长的整数倍。相邻预定线路之间距离的减少解释了那个事实并且使光在预定检测位置处干涉至最大值，这不需要具有点形状或小斑形状但可以具有条带形状或任意其他期望的形状。
根据本发明的装置的另外一个方面，在其上布置结合地点的多个预定线路包括曲线。线路的曲率为使得由与沿这些预定线路布置的结合地点结合的目标样本所散射的渐消场的光在预定检测位置处干涉至最大值。检测位置优选具有点形状。各个预定线路中的每个线路可以具有不同于其他预定线路曲率的曲率。实际上，检测位置不是点而可以是小斑(spot)或是具有比沿其布置了结合地点的预定线路长度更小的条带。每个各个弯曲的预定线路的曲率被选择为使得从光耦合器传播到个别预定线路并且从该个别预定线路传播到预定检测位置处的光的光程长度针对整个曲线是传播光的预定波长的整数倍。这个有利之处还在于：由位于预定线路外部上的散射中心所散射的光对在点状检测位置(或斑状或条带状)的空间减少的区域中的信号有贡献。
仍然根据本发明装置的进一步的方面，多个预定线路以如下方式被布置在平面波导的外表面上：该方式使得它们在Xj,Yj坐标系中的位置由以下方程几何限定，
x j = λN ( A 0 + j ) - n s 2 ( N 2 - n s 2 ) ( y j 2 + f 2 ) + ( n s λ ) 2 ( A 0 + j ) 2 N 2 - n s 2 ,
其中
λ为传播光的真空波长，
N为平面波导中引导模式的有效折射率；N取决于平面波导的厚度和折射率、基板的折射率、在平面波导外表面上的介质的折射率以及引导模式的极化，
nS为基板的折射率，
f为基板的厚度，
A0为整数，其被选择为接近基板的折射率nS与基板的厚度f的积除以波长λ，以及
j是表示相应线路的索引的运行整数。
所选的整数A0给在线路中心处的负x值赋值负j值，并且给在线路中心处的正x值赋值正j值。或换句话说，整数A0限定了用于在平面波导的外表面上定位线路的x、y坐标框架的原点；所选的A0值将检测位置放置在x＝0，y＝0，z＝-f处。
如上概括，针对在预定检测位置处的改进信号，优选的是多个预定线路以如下方式布置以使得沿这些预定线路布置的散射中心位于具有在相邻预定线路之间减少距离的弯曲网格状结构上。这种布置实现了以下条件：针对从光耦合器传播到各个预定线路并且由散射中心散射到预定检测位置处的光，其光程长度上的差异为在波导中传播的光的预定波长的整数倍。此外，从光耦合器传播到各个预定线路并且从各个预定线路传播到预定检测位置的光的光程长度针对于整个曲线是传播光的预定波长的整数倍。因此，由于结合地点布置在平面波导的外表面上，因而可以形成紧凑装置，同时检测位置可以形成在承载平面波导的基板的底面处。
两个实施例被具体视为结合地点如何可以沿多个预定线路布置。根据第一实施例，结合地点包括仅沿预定线路附接到平面波导的表面的捕捉分子。这些捕捉分子能够结合目标样本并且被固定在平面波导的外表面上(虽然如上所述，结合地点可以由平面波导本身的活化表面来形成)。将捕捉分子沿预定线路固定在平面波导的外表面上可以大致通过任意适合的方法来执行，比如可以通过使用利用具有曲线的光刻掩膜的光刻方法来执行。毫无疑问，沿预定线路的结合地点的布置在本发明任意实施例中要以以下医师来理解：大多数结合地点(即在当前实施例中的捕捉分子)沿预定线路放置，并且明确包括：一些结合地点被布置在与该预定线路不同的位置处。
根据第二实施例，结合地点还包括能够结合目标样本的捕捉分子，这不局限于特定类型的结合地点或特定类型的目标样本。捕捉分子再次能够结合目标样本。然而，能够沿预定线路结合目标分子的捕捉分子的布置通过将能够结合目标样本的捕捉分子分配和固定在平面波导的(整个)表面上以及通过随后使不沿预定线路布置的那些捕捉分子去活化来执行。术语“去活化”在这方面指的是用于改变捕捉分子的结合能力(例如通过使捕捉分子暴露于光下一段预定时间)以实现它们不再能够结合目标样本的任意适合方法。根据本发明的这个实施例，捕捉分子可以被统一地或统计地施加在平面波导的外表面上。在使布置在预定线路之间的捕捉分子去活化后，仅仅沿预定线路布置的捕捉分子(没有被活化)能够结合目标样本。然而，去活化的捕捉分子保持固定在平面波导的外表面上。
这个实施例具有以下额外的益处：通过由结合到捕捉分子的目标分子散射的光所产生的信号对在检测位置处的整体信号的贡献增加。总体上说，与由单独由捕捉分子散射的光相比，在由结合到捕捉分子的目标分子散射的光的信号和没有任何目标分子结合到捕捉分子的情形下由捕捉分子散射的光的信号之间的差异是小的。假设沿预定线路布置的捕捉分子的散射特性(捕捉分子还未被去活化)和沿预定线路之间布置的去活化的捕捉分子的散射特性是等同的并且进一步假设捕捉分子均匀分布在平面波导的外表面上，则在捕捉分子被固定在平面波导的外表面上之后并且布置在预定线路之间的捕捉分子被去活化之后，理想情况中没有信号在检测位置处被产生。然而实际上，捕捉分子的去活化轻微地改变了捕捉分子的散射特性，使得布置在预定线路之间的所有捕捉分子去活化可能不是理想的。相反，仅布置在预定线路之间的大部分捕捉分子可以被去活化。捕捉分子的去活化被执行到以下程度：使得在检测位置处由那些沿预定线路布置的捕捉分子、以及由布置在预定线路之间的那些去活化和极少非去活化的捕捉分子所产生的整体信号处于最小值，并且优选为0。假设在检测位置处所获得的信号可以被减少到0，这意味着在添加目标样本之后，在检测位置处产生的信号仅由结合到捕捉分子的目标样本来产生。假使没有目标样本结合到捕捉分子，则检测位置处的信号保持为0。这增加了针对在检测位置处由结合到捕捉分子的目标分子所散射的光产生的信号的检测器的灵敏度。
根据本发明的装置的进一步方面，平面波导具有折射率nw，其实质上高于基板的折射率ns并且其实质上还高于平面波导外表面上的介质的折射率nmed，以使得针对于光的预定波长，渐消场具有40nm至200nm的穿入深度。术语“实质上高于”应该被理解为指明允许光耦合到平面波导中(光在其中在全反射下传播)的折射率上的差异。沿平面波导传播的光具有沿平面波导的外表面传播的渐消场。渐消场具有穿入深度，该穿入深度取决于因子nmed、引导模式的有效折射率n以及传播光的波长，因此穿入深度可以适于使得渐消场的光由结合到位于外表面的预定线路上(或接近预定线路)的结合地点的目标样本相干地散射。上述穿入深度的近似值被理解为明确包括其准确的边界值。
根据本发明的装置的进一步的方面，该装置包括用于使已传播通过平面波导的光耦合出的另外光耦合器。用于将光耦合到平面波导中的光耦合器以及使已传播通过平面波导的光耦合出的另外光耦合器都可以包括用于使光相干地耦合到平面波导中以及使光从平面波导相干地耦合出的光栅。在相应预定的入耦合(in-coupling)角或出耦合(out-coupling)角的条件下，光耦合器和另外光耦合器包括用于使光相干地耦合到平面波导中以及使光从平面波导相干地耦合出的光栅。入耦合角或出耦合角由光的波长以及光耦合器的特性来确定。然而，在本发明的保护范围内，光还可以通过适于使光耦合到平面波导中并且使光从平面波导耦合出的任意其他装置，来被耦合到平面波导中以及从平面波导被耦合出，其中，平面波导的厚度为几纳米至几百纳米范围。仅藉由示例，可选的光耦合器可以是光学棱镜。
根据本发明的装置的进一步的方面，相对于通过平面波导的光的传播方向，平面波导具有在平面波导的相对端布置的第一端部分和第二端部分。第一端部分和第二端部分包括在传播通过平面波导的光的波长处具有吸收性的材料。吸收性材料使沿平面波导朝各自端部分传播并且回到平面波导中的光的反射最小化。当可以从平面波导的端部反射的光被移除或者至少很大程度上被最小化时，这改善了检测信号。
根据本发明的装置的进一步的方面，多个测量地带布置在平面波导的外表面上。在每个测量地带中，结合地点沿多个预定线路布置。就高通量筛选而言，可以通过在独立测量区域中布置结合到结合地点的相应目标样本来针对不同类型结合地点和目标样本的样本实现结合亲和力的瞬时检测。每个测量地带具有对应的各个检测位置以允许独立检测渐消场的散射光。
根据本发明的装置的进一步的方面，多个测量地带包括不同尺寸的测量地带。测量地带的所有尺寸是公知的。在各自检测位置处，在不同尺寸的相应测量地带中散射的光可以被进行比较，其中，相同类型的目标样本结合到相同类型的结合地点。在检测位置处的散射光的强度与在波导平坦表面上的各自测量地带中的散射中心的数量二次相关。因此，针对在不同尺寸测量地带中的散射中心的均匀分布和面密度，在不同尺寸相应测量地带的各自检测位置处的散射光的强度与各自测量地带的尺寸二次相关。因此，在不同尺寸测量地带的检测位置处的散射光的强度可以被用于检验：被测量强度真正代表了由布置在预定线路上的散射中心所散射的光。
根据本发明的装置的进一步的方面，每个测量地带具有大于25μm2的面积，其中多个预定线路在相邻预定线路之间具有小于1.5μm的距离，具体是小于1.0μm。这允许获得具有大量测量地带的高度集成化装置，比如在每平方厘米上具有1000、10000、100000……直到4×106个测量区域。
有益地，在单一测量地带中，结合地点沿至少两种多个预定线路布置。两种多个预定线路中的每种均被布置为使得由结合到沿相应多个线路布置的结合地点的目标样本所散射的光干涉出光程长度上的一个差异，该差异是针对每种多个预定线路的在各个检测位置处的光的预定波长的整数倍。单个检测位置在空间上彼此分隔开。被布置以提供空间上分隔开的检测位置的、在测量地带中的多于一个的预定线路允许执行额外的用于检测结合事件的方法(比如检测协作结合或检测反应级联)。
根据本发明的装置的进一步的方面，装置包括具有孔洞的隔膜，其被布置以使得在检测位置处的光被允许通过该孔洞，而在不同于检测位置处的位置处的光被隔膜阻挡。机械隔膜以及电子隔膜可以适于盲掉(blind out)除被散射到检测位置的光之外的所有光。有益地，隔膜可以形成在基板外表面上远离平面波导的那侧上。例如非透明材料、比如铬层，可以被应用到基板远离波导的表面。非透明的铬层在检测方向处具有透明孔洞，散射到检测位置处的光可以通过该孔洞，同时未散射到该孔洞的剩余光被阻止。
根据本发明的装置的进一步的方面，隔膜还包括至少一个另外孔洞，其在当隔膜通过平面波导在光的传播方向上被看去时被布置成与上述该孔洞相邻。另外孔洞位于该孔洞附近以使得散射到另外孔洞的非相干光可以通过另外孔洞。有益地，检测的非相干背景光可以通过使用具有另外孔洞的隔膜来修正。另外孔洞本身在检测位置处不检测非相干背景光而是允许在检测位置处通过测量不同于检测位置的位置处的非相干光来确定非相干光的数量。在检测位置处的非相干光的数量的如此确定不能与在检测位置处的光分隔开，但是一旦在检测位置处的整体信号被检测器测量到，则可以从在检测位置处的整体信号中减去。针对改进的修正，第一另外孔洞相对于传播光的方向位于检测位置的前方并且第二另外孔洞位于检测位置的后方。这种构造允许在检测位置处检测非相干光的平均值以修正在检测位置处的信号。
本发明的另一方面涉及用于检测结合亲和力的系统，该系统包括根据本发明的用于检测结合亲和力的装置。该系统还包括用于发出预定波长的相干光的光源，其中该光源和该装置彼此相对布置以使得相干光通过光耦合器被耦合到平面波导中。可选地，由于光耦合器的准确耦合角可以随装置到装置而变化，因此系统还包括用于扫描和/或调节影响光耦合器的光的角度的光学装置。可选地，由系统中的光源发出的光的波长可以被调谐，这可以是有利的以防影响光耦合器的光的角度由于结构原因被固定。
仍然根据本发明的系统的另一方面，该系统还包括光学成像单元，其中该光学成像单元被聚焦以产生装置检测位置的图像。光学成像单元能够提供预定检测位置的图像，在其中，由结合到结合地点的目标样本所散射的光在光程长度上干涉出一个差异，其是光的预定波长的整数倍。光学成像单元可以被用于使存在于检测位置处的光成像至观察位置。光学成像单元可以适于使来自检测位置处的光以及来自另外孔洞或多个另外孔洞的光成像，这是因为这种光可以被用于从存在于检测位置处的全部光中减去非相干背景光。可选地或此外，该光学成像单元可以被用于通过将光学成像单元聚焦到检测位置来仅选择在检测位置处的光。随后，不再需要隔膜。
本发明另一方面涉及一种检测结合亲和力的方法。该方法包括以下步骤：
提供包括布置在基板上的平面波导和光耦合器的装置，
使预定波长的相干光耦合到平面波导中以使得相干光沿平面波导传播，其中相干光的渐消场沿平面波导的外表面传播，
将目标样本附接到沿平面波导外表面上的多个预定线路布置的结合地点，
在预定检测位置处检测由结合到沿预定线路布置的结合地点的目标样本所散射的渐消场的光，由结合到结合地点的目标样本所散射的该光在预定检测位置处具有在光程长度上的差异，其是光的预定波长的整数倍。
附图说明
参考说明书示意性附图，本发明进一步的有益方面通过本发明下面描述的实施例从而变得显而易见，其中：
图1示出了根据本发明的装置的实施例的立体图；
图2示出了图1装置的横截面视图；
图3示出了针对沿外表面传播并且被散射到检测位置的渐消场的光的不同光程的图示；
图4示出了根据本发明的装置的包括多个预定线路布置的测量地带，其中结合地点沿预定线路被固定；
图5示出了图4的测量，其中一些目标样本被结合到结合地点；
图6示出了根据本发明的装置的包括多个预定线路布置的测量地带，其中，结合地点沿预定线路被固定以及固定在预定线路之间；
图7示出了图6的测量地带，其中那些布置在预定线路之间的结合地点被去活化；
图8示出了图7的测量地带，其中目标样本被添加；
图9示出了图8的测量地带，其中目标样本结合到沿预定线路固定的结合地点；
图10示出了空白部分构造的图示，其中测量地带的预定线路要被除去；
图11示出了图10的测量地带，其中在空白部分中预定线路被除去；
图12示出了根据本发明的包括多个测量地带的装置的进一步实施例的俯视图；
图13示出了图10装置的实施例的仰视图，其中针对每个测量地带，孔洞布置在检测位置处并且两个另外孔洞布置在检测位置之前的位置和检测位置之后的位置处；
图14至图17示出了根据本发明的在结合目标样本的过程的不同阶段中的装置的测量地带的一部分；
图18示出装置的进一步实施例的横截面视图，其中装置包括额外的承载基板；
图19示出了针对渐消场的光的不同光程的图示，其中该渐消场的光在布置在单一测量地带中的两个不同预定线路处被散射；
图20示出了在其上布置12个测量地带的图18的装置的俯视图，其中三个预定线路布置在每个测量地带中；以及
图21示出了图18的装置的俯视图，其中该装置具有在形成在额外承载基板顶部上的非透明层中的孔洞。
图1示出了根据本发明的用于检测样本的结合亲和力的装置的实施例的立体图。该装置包括透明材料的基板3，其在所示的实施例中具有矩形立方体形状，但并非限于该形状。平面波导2(也参见图2)布置在基板3的上侧，相干光1被耦合到该平面波导2中以使得相干光在全反射条件下传播通过平面波导2。由于平面波导2仅具有几个纳米到几百纳米范围的厚度，因此其作为一个独立的层未在图1中示出，但在图2中被放大了。如在图1平行的箭头所示，预定波长的相干光1借助于用作光耦合器的光栅4通过基板3而被耦合到平面波导2中。被耦合到平面波导2中的相干光沿平面波导2传播，其中渐消场6(由箭头表示)穿入到平面波导2上表面的介质中(再次参见图2)。渐消场6沿平面波导2的外表面5传播。布置在平面波导2的外表面上的测量地带10包括多个预定线路9(所示线路中的每个线路代表多个线路，特别地在这种装置的当前示例中是50个线路；并且其中为了清晰目的，仅一个这样的测量地带被显示在图1中)。目标样本可以结合到的结合地点(未在图1中示出)沿这些预定线路9布置。渐消场6的相干光由结合到测量地带10内的结合地点的目标样本所散射。由结合到结合地点的目标样本所散射的一些光被导向至检测位置，在该检测位置中布置了包括孔洞21的隔膜11。隔膜11由非透明材料制成并且例如可以为施加到基板3下表面上的铬层。
图2示出了图1装置的横截面视图，其中，为了解释基本工作原理，平面波导的厚度被放大地示出了。如可以看到的，耦合到平面波导2中的光借助于光栅4在全反射条件下传播通过平面波导2直到达到在平面波导2相对端布置的另外光栅13为止。这个另外光栅用作使光从平面波导耦合出的另外光耦合器。为了避免反射以及为了最小化非相干背景光，平面波导2的第一端部分14和第二端部分15包括吸收性材料。对应于在平面波导中传播的光，渐消场6沿平面波导2的外表面5传播。
平面波导2的折射率nw实质上高于基板3的折射率ns，并且也实质上高于平面波导2外表面5上的介质的折射率nmed。外表面5上的介质的折射率nmed可以取决于施加到该介质的样本的类型而变化。例如，万一施加到平面波导2的外表面5上的水溶液中存在目标样本，则外表面5上的介质的折射率nmed可以达到水的折射率的数量级，或者万一是干燥的目标样本，则可以达到空气的折射率，或者万一目标样本8可以结合到的结合地点被容纳在外表面5上的水凝胶层16中，则可以是水凝胶层16的折射率的数量级。渐消场6在平面波导2的外表面5上的介质中的穿入深度(平面波导2的外表面5与渐消场6的1/e2强度下降之间的距离)取决于在平面波导2的外表面5上的介质的折射率nmed、引导模式的有效折射率N以及光的波长λ。
沿平面波导2的外表面5传播的渐消场6中的光由结合到结合地点的目标样本8所散射，并且这些结合地点可以包括能够结合目标样本8并且沿预定线路9被布置在测量地带10中(图1)的捕捉分子7。在图2中，通过减小长度的箭头表明：当在光的传播方向上观察时，在捕捉分子7沿其布置的相邻预定线路之间的距离减少。如可以被进一步看到的，在图2所示的实施例中，通过分配包含目标样本8的小滴，目标样本8被施加到测量地带。由结合到捕捉分子7的目标样本8所散射的光的一些被导向至检测位置，在该检测位置中布置了隔膜11的孔洞21。作为选择，可以将在检测位置处的光通过光学成像单元19成像到光电检测器20上。由于光学成像单元19和光电检测器20可以有选择地被提供或者被组合提供，并且尤其是可以以一个单元被组合提供，因此光学成像单元19和光电检测器20被示出得由虚线表示的箱子所包围。
尽管通过图2已有证据指出，由结合到不同捕捉分子7的目标样本8散射到检测位置的渐消场6的光的光程长度是不同的，但当浏览图3时这会变得更清晰，在图3中，多个这种光程被清晰地示出了。渐消场6的相干光的一些通过结合到不同捕捉分子7的目标样本8以例如在检测位置处干涉的方式散射，该检测位置为隔膜11的孔洞21的位置。针对预定检测位置，预定线路9的布置和几何结构以及基板3的厚度被选择为使得在检测位置处，在光程长度上的差异为相干光的预定波长的整数倍。因此，在检测位置处光的干涉是由结合到不同捕捉分子7的目标样本8散射到检测位置的光的相干加重叠。
针对图3中所示的实施例，多个预定曲线9以如下方式布置在平面波导的外表面5上：使得它们在平面波导的外表面5的平面中的位置通过方程
x j = λN ( A 0 + j ) - n s 2 ( N 2 - n s 2 ) ( y j 2 + f 2 ) + ( n s λ ) 2 ( A 0 + j ) 2 N 2 - n s 2
来以xj,yj坐标系在几何上表示，其中
λ为传播光的真空波长，
N为平面波导中的引导模式的有效折射率；N取决于平面波导的厚度和折射率、基板的折射率、在平面波导的外表面上的介质的折射率以及引导模式的极化，
nS为基板的折射率，
f为基板的厚度，
A0为整数，其被选择为接近基板的折射率nS与基板的厚度f的积除以波长λ，以及
j为表示相应线路的索引的运行整数。
图4示出了放大视图的包括预定线路9和由捕捉分子7表示的结合地点的测量地带10，其中捕捉分子7沿预定线路9固定在平面波导5的外表面上(参见图1)。仅沿预定线路固定捕捉分子7可以借助于平版印刷技术来执行，这在上面已经讨论过了。在图5中，目标样本8被结合到一些捕捉分子7。由于捕捉分子7沿多个预定线路9布置，因此结合到捕捉分子7的目标样本8也沿多个预定线路9布置。在检测位置处，这会导致由结合到捕捉分子7的目标样本8所形成的散射中心所散射的光的相干加重叠，这在上面已解释过了。
图6、图7、图8和图9再次示出了放大视图的测量地带10。然而，能够结合目标样本8的捕捉分子7如何沿预定线路被固定的方式是不同的。
在图6中可以看出，在第一步骤中，捕捉分子7固定在测量地带10中的平面波导的(整个)外表面上，以使得不存在沿多个预定线路9的捕捉分子的布置。因此，由捕捉分子7所散射的渐消场的光在检测位置处不以上述方式干涉。
从图7可以看到，布置在预定线路9之间的捕捉分子被去活化以使得不再有目标样本可以结合到这些被去活化的捕捉分子12。相应地，仅仅能够结合目标样本的捕捉分子7沿多个预定线路9布置。沿预定线路9的捕捉分子7的固定的准确性取决于对捕捉分子7进行附接、固定及去活化的方法。因此，能够结合目标样本8的被固定的捕捉分子7的位置可以不准确地在预定线路9“上”，但可以在某种程度上与预定线路9上的准确位置偏离。实际上，与预定线路9上的准确位置的偏离可以在如下一个范围之内，该范围小于相邻预定线路9的距离的四分之一。这仍然会引起散射到检测位置的光的结构干涉。
如在介绍部分所解释的，布置在预定线路9之间的捕捉分子12的去活化被执行以使得在去活化之后，在检测位置处由去活化的捕捉分子12和能够结合目标样本8的捕捉分子7所产生的整体信号(还没有目标样本8被添加)被设置或调节到在检测位置处的调谐最小信号，理想地调节到0。
下一步骤是将目标样本8添加到平面波导外表面上的测量地带10，如图8示出。由于仅沿预定线路9布置的捕捉分子7能够结合目标样本8，因此目标样本8被结合到沿预定线路9的那些捕捉分子7，如在图9中所示出的。由于此前在检测位置处由去活化的捕捉分子12和捕捉分子7引起的调谐信号已被设置或调节到最小化(见上)，因此在检测位置处信号随后被主要(或者全部地，如果由去活化捕捉分子和捕捉分子产生的信号在之前已经被减少到0的话)由结合到沿预定线路布置的捕捉分子7的目标样本8所散射的光引起。
图10示出了上述用于阐明空白部分的构造的测量地带10的一部分，在该空白部分中，预定线路9被除去以避免平面波导中的二阶布喇格(second order Bragg reflection)反射。由于布喇格反射会引起沿平面波导传播的光的强度下降，因此该布喇格反射应该被避免。这在万一多个测量地带10在传播光的方向上被依次布置在平面波导的外表面上的情况中是尤其不利的。因此，在随后的测量地带中被散射的传播光的强度的减小不仅由于在各个测量地带中描述的散射过程，而且由于在平面波导中的布喇格反射而引起额外减少。由于在每个测量地带中，在测量地带圆形部分中的预定线路9在相邻线路之间具有如下距离：其实现了用于二阶布喇格反射的条件，因此平面波导中的二阶布喇格反射限定了布喇格反射的光进行结构干涉的另外位置22。在所示的示例中，所示的圆21的弧与预定线路9的交叉点指示了预定线路9的、用于准确实现布喇格条件的那些点，以使得光被反射回来并且在另外位置22处结构干涉。这个反射光对于在随后布置的测量地带10中的散射是不可用的。
图11示出了包括区域23的测量地带10，该区域23接近圆21的弧，在区域23中，预定线路9被除去以避免这种二阶布喇格反射。
图12和图13示出了根据本发明的装置的进一步实施例的俯视图和仰视图。在该实施例中，装置包括第一尺寸的多个测量地带10以及不同尺寸的测量地带17。每个测量地带10包括区域23，在区域23中多个预定线路9被除去以避免布喇格反射(参见上面)。总体上说，测量地带还可以不包括区域23。提供了用于使光耦合到平面波导中的光栅4和用于使光从平面波导中耦合出来的另外光栅13被。在光栅4和另外光栅13之间，布置第一尺寸的多个测量地带10和不同尺寸的多个测量地带17，其中，结合地点沿预定线路9布置，这在上面已经被详细地描述了。第一尺寸的多个测量地带10和不同尺寸的多个测量地带17允许目标样本和结合地点的不同组合的同时检测，以便目标样本和结合地点的多个组合针对具体目标样本到具体结合地点的结合亲和力可以被同时分析。可选地，针对目标样本和结合地点的相同组合，多余的测量可以被执行。
从图13的仰视图可以看到，在检测位置处针对每个测量地带提供孔洞21，其中，散射光在光程长度上具有差异，其是在波导中传播到预定线路上的散射中心并且从散射中心传播到预定检测位置的光的波长的整数倍，这在上面已经被详细地描述过了。毫无疑问，可以布置光学成像单元，这一点相关图2已经被详细地讨论过了。
不同尺寸的测量地带17布置在测量地带10之间。测量地带17具有不同于测量地带10的尺寸的已知尺寸，其中所有尺寸是已知的。在各自的检测位置处，在检测区域10中以及在对应的检测区域17中被散射的光可以被比较(针对结合到相同类型结合地点的相同类型目标样本)。在检测位置处的散射光的强度与在波导平坦表面上的测量地带中的散射中心的数量二次相关。假设不同尺寸测量地带中的散射中心的面密度和均匀分布，在不同尺寸对应测量地带的各自检测位置处的散射光的强度与各自测量地带的尺寸二次相关。因此，在不同尺寸测量地带的检测位置处，散射光的强度可以被用于检验：被测量的强度真实代表了由布置在预定线路上的散射中心所散射的光。
针对改进的结合亲和力的检测，两个另外孔洞18形成在基板3上，其中该两个另外孔洞18位于每个孔洞21前方以及后方并且致力于相应的测量地带10。当传播通过平面波导2的相干光还可以通过平面波导2沿其方向被非相干地散射时，这个非相干散射光的贡献还通过孔洞21在检测位置被检测到。在孔洞21前方和孔洞21后方预定距离处的孔洞18用于确定表示这个非相干散射光的平均信号，以可以用于通过从在检测位置处检测到的整体信号中减去非相干光的平均信号来修正在检测位置处的检测到的信号。在检测位置处的信号的这个修正在结合了在没有任何目标分子附接到其上的情形下在结合地点处由散射引起的上述背景信号的减小时是尤其有利的。
图14至图17示出了根据本发明的在平面波导外表面5上形成的测量地带的一部分。使目标样本8结合到捕捉分子7的过程的不同阶段被示出。在这个过程中，目标样本8结合到捕捉分子7被增强。捕捉分子7固定在外表面5处。随后，目标样本8和连接器24被施加。被施加的目标样本8被允许结合到捕捉分子7直至达到平衡条件为止，在该平衡条件中，目标样本8结合到捕捉分子7以及目标样本8从捕捉分子7释放处于平衡中。连接器随后被活化(比如通过光)以增强目标样本8和捕捉分子7之间的结合。随后，未结合的目标样本8以及未使用的连接器24被洗掉。由于由连接器24所引起的目标样本8和捕捉分子7之间的增强的结合，因此防止了或至少极大地减少了结合到捕捉分子7的目标样本8的非注意洗掉。因此，检测位置处的信号可以被进一步增强。针对使用光活化的连接器的这种过程的示例在以下文献中被详细地描述了：“Capture Compound Mass Spectrometry:A Technology for theInvestigation of Small Molecule Protein Interactions”,化验和药物发展技术(ASSAY and Drug Development Technologies),卷5，号3，2007年。
图18示出了装置的横截面视图，该装置在图1中被主要地示出，但是根据进一步示例的该装置具有层状结构，该层状结构用在例如高度集成系统中(也就是说，每平方厘米达到大约4×106个测量地带)。在示出的示例中，测量地带10具有大约25μm2尺寸面积。这个尺寸允许将大量测量地带10布置在平面波导2的外表面5上以通过使用单个装置来执行大量测量。例如，通过从更大的测量地带实质上“切出”25μm2的所述减小尺寸面积来实现减少尺寸的测量地带10。然而，使在这种减少尺寸的测量地带10中的预定线路之间的距离不变将引起：由结合到在减小尺寸的检测地点10中的结合地点的目标样本处散射的光所形成的锥面将具有以下孔径角，其实质上小于更大尺寸测量地带的孔径角。光的锥面的更小孔径角将会引起：被用于测量更大的测量地带以及具有给定的孔径角的相同光学检测单元(与图2相比)不仅测量在检测位置处的光而且还测量一些非相干背景光。这会使信噪比(S/N-ratio)恶化。为了防止信噪比的恶化，测量地带10和检测位置之间的距离在理想地必须减少以使得由结合到减小尺寸的测量地带10的结合地点的目标样本所散射的并且在检测位置处进行干涉的光所形成的锥面的孔径角与光学检测单元的孔径角等同。为了降低减少尺寸的测量地带10和检测位置之间的距离，在减少尺寸的测量地带10中的多个预定线路的布置必须根据上述针对图3描述的公式来确定，以使得由结合到结合地点的目标样本8所散射的光在新的检测位置处干涉。由于减少尺寸的测量地带10和新的检测位置之间的距离仅在10微米至几百微米的范围之内，因此基板3的厚度也许变得不切实际的薄。尤其是在实验室条件下，处理包括具有10微米至几百微米范围厚度的基板3的装置可能是不利的。为了改善这种装置的操作，根据本实施例的装置具有如下层状结构(从下侧到上侧)：额外承载基板24、非透明材料层111、基板3和平面波导2。额外承载基板24由透明材料制成(比如玻璃、塑料)并具有使装置适于处理的厚度(比如达到3毫米)。非透明材料层111形成在额外承载基板24的顶部上。非透明材料层111例如为黑色铬层，在其中，孔洞21、18为平版印刷地形成。基板3为透明材料并且具有对应于在减少尺寸的测量地带10和检测位置之间的距离的厚度。如上所述，平面波导2和测量地带10在原理上是相似的。每个测量地带10可以包括多于一种的多个预定线路，这在下面将会结合合附图19进行详细讨论。
在图19中的光程的图示与图3中的相似。然而，两种不同的多个预定线路9，91被布置在单个测量地带中，并且在每个这样的地带中，光由结合到不同的多个预定线路9、91的目标样本而被散射到不同的、在空间上分隔开的检测位置(焦距)。沿外表面5传播的渐消场6的光，在结合到沿第一多个预定线路9的结合地点的目标样本处被散射以便在右手侧焦点处(粗线)干涉，并且在结合到沿第二多个预定线路91的结合地点的目标样本处被散射以便在左手侧焦点处(虚线)干涉。这个原理应用于与各自检测位置相关联的多个预定线路9、91中的每个线路，以便额外的多个预定线路可以被布置在这种测量地带中(例如在图20中示出的三个)。能够结合到被布置在两个预定线路9、91(图19)处的结合地点的目标样本可以在线路9、19的交叉处经由多个结合交互来形成协作结合。这种多个结合交互具有高的强度。两者结合可以同时形成或在短时间段内依次形成(瞬时的)。这种多个结合交互在两个独立的检测位置处被光学检测，以在两个检测位置处提供关联信号。
图20示出了图18的装置的俯视图，其中，12个测量地带10布置在平面波导的外表面上。在每个测量地带10中，提供了三种多个预定线路，并且结合到沿这三种多个预定线路的结合地点的目标样本将经由光耦合器4耦合到平面波导中的光散射到三个空间上单个分隔开的各个检测位置。当过程级联(process cascade)是可检测的时候，三种多个线路的布置是有益的。这种过程级联存在于例如当目标样本在所布置的第一类型捕捉分子处以单独产物被分裂时以在第一检测位置处提供信号。这个反应的第一产物随后结合到第二类型捕捉分子以在第二检测位置处提供信号。这个反应的第二产物结合到第三类型捕捉分子以在第三检测位置处提供信号。
图21示出了图20的装置的仰视图，从下面，通过透明的额外承载基板24，布置在额外承载板24顶部上的非透明材料层111可以被看到。9个孔洞的组形成在非透明材料层111中。从结构上讲，非透明材料层111包括具有多个孔洞，该多个空洞具有阻挡除了在各自检测位置处的测量所需的散射光之外的任何光的形状。为了在检测位置处最佳地抑制扩散的非相干背景光，圆孔洞的直径被选择为大于由在检测位置处干涉的散射光所产生的焦斑的直径d0。从原理上讲，尺寸由阿贝公式(Abbe’s formula)来给定，以计算理论上可能的显微镜的分辨率：
d0＝λ/2nS sinα＝λf/nS D，
其中
λ为在平面波导中传播的相干光的真空波长，
α为测量地带的张角的一半，
nS为基板3的折射率，
f为测量地带的焦距，并且
D为测量地带的直径。
另外孔洞被形成在非透明层111中的孔洞21的前方和后方(参见图18)以确定平均背景信号。孔洞的形状可以被选择以便对应于由在检测位置处干涉的光所形成的焦斑的形状。可以有利的是，提供伸长的孔洞21(在渐消场传播的方向上延伸)以避免利用孔洞的边缘切断要在检测位置被检测的光，例如，以防在由施加到平面波导外表面的样本的折射率变化引起的焦斑位置的变化或者由平面波导的厚度的小变化引起的焦斑位置的变化。
然而，借助于说明书附图已经描述了本发明的实施例，在没有背离隐含本发明的普遍教导的情形下，针对描述的实施例的多种修改和变化是可能的。因此，本发明不应被理解为限制描述的实施例，而保护范围是由权利要求书来限定的。

Claims (19)

1.用于检测结合亲和力的装置，所述装置包括布置在基板(3)上的平面波导(2)，并且还包括光耦合器(4)，所述光耦合器(4)用于将预定波长的相干光(1)耦合到所述平面波导(2)中以使得所述相干光传播通过所述平面波导(2)，其中所述相干光的渐消场(6)沿所述平面波导(2)的外表面(5)传播，所述平面波导(2)的外表面(5)包括在所述外表面(5)上的结合地点，所述结合地点能够将目标样本(8)结合到所述结合地点以使得所述渐消场(6)的光由结合到所述结合地点的目标样本(8)所散射，其中所述结合地点沿多个预定线路(9)布置，所述预定线路(9)被布置为使得由结合到所述结合地点的目标样本(8)散射的光在预定检测位置处干涉光程长度上的一个差异，所述差异是所述光的预定波长的整数倍。
2.根据权利要求1所述的装置，其中相邻预定线路(9)之间的距离在所述渐消场的光的传播方向上减少。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，其上布置所述结合地点的所述多个预定线路(9)包括曲线，所述线路的曲率被布置为使得由结合到所述结合地点的目标样本(8)所散射的渐消场(6)的光在作为检测位置的预定检测点处干涉。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述多个预定线路(9)以如下方式被布置在所述平面波导(2)的外表面(5)上以使得它们的位置由方程
x j = λ N ( A 0 + j ) - n s 2 ( N 2 - n s 2 ) ( y j 2 + f 2 ) + ( n s λ ) 2 ( A 0 + j ) 2 N 2 - n s 2
来几何限定，其中
λ为传播光的真空波长，
N为所述平面波导中的引导模式的有效折射率；N取决于所述平面波导的厚度和折射率、所述基板的折射率、在所述平面波导的外表面上的介质的折射率以及引导模式的极化，
nS为所述基板的折射率，
f为所述基板的厚度，
A0为整数，其被选择为接近基板的折射率nS与基板的厚度f的积除以波长λ，以及
j为表示相应线路的索引的运行整数。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其中所述结合地点包括捕捉分子(7)，所述捕捉分子(7)仅沿所述预定线路(9)附接到所述平面波导(2)的表面，所述捕捉分子能够结合所述目标样本(8)。
6.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其中所述结合地点包括能够结合所述目标样本(8)的捕捉分子(7)，其中，能够结合目标样本(8)的捕捉分子(7)通过将能够结合目标样本(8)的所述捕捉分子(7)分配到所述平面波导(2)的外表面(5)上并且通过对那些不沿所述预定线路(9)布置的捕捉分子(12)去活化来沿所述预定线路(9)布置。
7.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其中所述平面波导(2)具有折射率(nw)，其实质上高于所述基板(3)的折射率(ns)，并且其实质上也高于所述平面波导(2)的外表面(5)上的介质的折射率(nmed)，以使得针对所述光的预定波长，所述渐消场(6)具有50纳米至200纳米范围的穿入深度。
8.根据权利要求1至4任一项所述的装置，所述装置包括用于使传播通过所述平面波导(2)的光耦合出来的另外光耦合器(13)，其中，用于使光耦合到所述平面波导(2)中的光耦合器(4)以及用于使已传播通过所述平面波导(2)的光耦合出来的另外光耦合器(13)都包括用于使光相干地耦合到平面波导(2)中以及使光从所述平面波导(2)相干地耦合出来的光栅(4、13)。
9.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其中相关于通过所述平面波导的光的传播方向，所述平面波导(2)具有在所述平面波导(2)的相对端布置的第一端部分(14)和第二端部分(15)，所述第一端部分(14)和第二端部分(15)中的每个均包括在传播通过所述平面波导(2)的光的波长处有吸收性的材料。
10.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其中多个测量地带(10、17)布置在所述平面波导(2)的外表面(5)上，其中在每个测量地带(10)中，所述结合地点沿所述多个预定线路(9)布置。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述多个测量地带包括不同尺寸的测量地带(10、17)。
12.根据权利要求10所述的装置，其中每个测量地带(10)具有大于25μm2的面积，并且其中所述多个预定线路(9)在相邻预定线路(9)之间具有小于1.5μm的距离，特别地小于1μm的距离。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述结合地点沿单个测量地带(10)中的至少两种多个预定线路(9)布置，其中所述两种多个预定线路(9)中的每种被布置为使得由结合到沿相应多个预定线路(9)布置的结合地点的目标样本(8)所散射的光干涉光程长度上的一个差异，所述差异是针对每种多个预定线路(9)的在各个检测位置处的所述光的预定波长的整数倍，并且其中各个检测位置在空间上被彼此分隔开。
14.根据权利要求1至4任一项所述的装置，还包括具有孔洞(21)的隔膜(11)，其被布置为使得在检测位置处的光被允许通过所述孔洞(21)而同时在与检测位置不同的位置处的光被所述隔膜(11)阻挡。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述隔膜(11)还包括至少一个另外孔洞(18)，当通过平面波导(2)在光的传播方向上观察时，所述至少一个另外孔洞(18)被布置成与所述孔洞(21)相邻。
16.用于检测结合亲和力的系统，包括根据前述任一项权利要求所述的装置，并且还包括用于发出预定波长的相干光(1)的光源，所述光源和所述装置彼此相对布置为以使得所述相干光(1)经由光耦合器(4)被耦合到平面波导(2)中。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括光学成像单元(19)，所述光学成像单元(19)被聚焦以产生所述装置的检测位置的图像。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其中所述系统还包括用于测量在检测位置处的光的强度的光电检测器(20)。
19.用于检测结合亲和力的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供包括布置在基板(3)上的平面波导(2)和光耦合器(4)的装置，
-使预定波长的相干光(1)耦合到所述平面波导(2)中以使得所述相干光沿所述平面波导(2)传播，其中，相干光的渐消场(6)沿所述平面波导(2)的外表面(5)传播，
-将目标样本(8)附接到沿所述平面波导(2)的外表面(5)上的预定线路(9)布置的结合地点，
-在预定检测位置处检测由结合到沿所述预定线路(9)布置的结合地点的所述目标样本(8)所散射的渐消场的光，其中，由结合到所述结合地点的目标样本(8)所散射的光在预定检测位置处具有光程长度上的一个差异，该差异是光的预定波长的整数倍。
CN201380005873.5A 2012-01-17 2013-01-17 用于检测结合亲和力的装置 Active CN104115000B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12151436.8A EP2618130A1 (en) 2012-01-17 2012-01-17 Device for use in the detection of binding affinities
EP12151436.8 2012-01-17
PCT/EP2013/050825 WO2013107811A1 (en) 2012-01-17 2013-01-17 Device for use in the detection of binding affinities

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104115000A CN104115000A (zh) 2014-10-22
CN104115000B true CN104115000B (zh) 2016-11-23

Family

ID=47628121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380005873.5A Active CN104115000B (zh) 2012-01-17 2013-01-17 用于检测结合亲和力的装置

Country Status (11)

Country Link
US (2) US10006866B2 (zh)
EP (2) EP2618130A1 (zh)
JP (1) JP6202401B2 (zh)
KR (1) KR102050118B1 (zh)
CN (1) CN104115000B (zh)
BR (1) BR112014017474B1 (zh)
CA (1) CA2860104C (zh)
HK (1) HK1199304A1 (zh)
MX (1) MX2014008372A (zh)
RU (1) RU2609184C2 (zh)
WO (1) WO2013107811A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2824446A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-14 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities
EP2827130A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-21 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities
JP2017538970A (ja) * 2014-12-29 2017-12-28 アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ 光カプラ
EP3040750A1 (en) 2014-12-29 2016-07-06 IMEC vzw Device and method for performing lens-free imaging
CN107709974B (zh) * 2015-07-07 2020-09-29 古野电气株式会社 测定用芯片、测定装置及测定方法
KR101754774B1 (ko) * 2015-12-29 2017-07-06 주식회사 스칼라팍스트롯 바이오 칩 및 바이오 칩의 제조 방법
EP3205512B1 (en) 2016-02-09 2018-06-13 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Optical security device
WO2018143474A1 (ja) * 2017-02-06 2018-08-09 Tdk株式会社 光導波型センサーおよび物質検出方法
DE102017211910A1 (de) 2017-07-12 2019-01-17 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Diffraktiver Biosensor
US11500203B2 (en) 2017-10-02 2022-11-15 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA—Recherche et Développement Resonant waveguide grating and applications thereof
CN111788473A (zh) * 2018-03-01 2020-10-16 弗·哈夫曼-拉罗切有限公司 用于检测结合亲和力的装置
WO2020015872A1 (de) 2018-07-18 2020-01-23 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Diffraktiver biosensor
KR102080688B1 (ko) * 2018-10-23 2020-02-24 인하대학교 산학협력단 격자 결합기
RU2700584C1 (ru) * 2018-12-13 2019-09-18 Общество С Ограниченной Ответственностью "Апто-Фарм" Способ оценки сродства олигонуклеотида
JP2022548356A (ja) * 2019-09-17 2022-11-18 エフ．ホフマン－ラ ロシュ アーゲー 生体分子検出デバイス
DE102019134172A1 (de) 2019-12-12 2021-06-17 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Einkopplung von Licht mit verschiedenen Wellenlängen in einen Wellenleiter
DE102020212031A1 (de) 2020-09-24 2022-03-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Intensität des in einem planaren Wellenleiter geführten Lichts IWG(x, y)
DE102020212029A1 (de) 2020-09-24 2022-03-24 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur simultanen Abbildung zweier Objektebenen
US20240060897A1 (en) * 2020-12-29 2024-02-22 Interherence GmbH Optoelectronic chip
EP4155709A1 (en) 2021-09-28 2023-03-29 Bayer AG On-line biomolecular interaction analysis for monitoring or controlling bioprocesses
WO2023187078A1 (en) 2022-03-30 2023-10-05 Miltenyi Biotec B.V. & Co. KG White light scattering in optical biomolecule interaction analysis
EP4306940A1 (en) 2022-07-15 2024-01-17 lino Biotech AG Device for use in the detection of binding affinities

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211954B1 (en) * 1996-03-30 2001-04-03 Novartis Ag Integrated optical luminescence sensor
CN1419658A (zh) * 2000-01-27 2003-05-21 尤纳克西斯巴尔策斯公司 用于生产光栅结构、光学元件、瞬逝场传感器板、微滴定度板及用于通讯技术的光学耦合器的方法以及用于监视波长的设备
CN1879018A (zh) * 2003-09-22 2006-12-13 Sru生物系统公司 利用比色共振反射光学生物传感器进行测定的无标记方法
CN101243299A (zh) * 2005-06-13 2008-08-13 佛特比奥公司 基于相移干涉测量术的光纤分析装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647544A (en) 1984-06-25 1987-03-03 Nicoli David F Immunoassay using optical interference detection
JP3162448B2 (ja) 1991-12-19 2001-04-25 松下電工株式会社 システム天井
JPH05172732A (ja) 1991-12-25 1993-07-09 Hitachi Electron Eng Co Ltd 液体中微粒子検出装置およびその検出方法
US6586193B2 (en) * 1996-04-25 2003-07-01 Genicon Sciences Corporation Analyte assay using particulate labels
US6395558B1 (en) * 1996-08-29 2002-05-28 Zeptosens Ag Optical chemical/biochemical sensor
SE514512C2 (sv) * 1999-07-02 2001-03-05 Proximion Fiber Optics Ab Förfarande och anordning för koppling av ljus
AU5824300A (en) * 1999-07-05 2001-01-22 Novartis Ag Sensor platform, apparatus incorporating the platform, and process using the platform
US6951715B2 (en) * 2000-10-30 2005-10-04 Sru Biosystems, Inc. Optical detection of label-free biomolecular interactions using microreplicated plastic sensor elements
US20040186359A1 (en) * 2001-07-09 2004-09-23 Beaudoin Stephen P. Afinity biosensor for monitoring biological process
JP2003194697A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Canon Inc グレーティングカップラを有する探針及びその製造方法、該探針を有するプローブ、及び該プローブを有する情報処理装置、表面観察装置、露光装置、該露光装置による光学素子
US6829073B1 (en) * 2003-10-20 2004-12-07 Corning Incorporated Optical reading system and method for spectral multiplexing of resonant waveguide gratings
US7233391B2 (en) 2003-11-21 2007-06-19 Perkinelmer Las, Inc. Optical device integrated with well
EP1907805B1 (en) * 2005-07-18 2012-10-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Luminescence sensor using multi-layer substrate structure
JP2008014732A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Tohoku Univ 表面プラズモン共鳴測定装置
US20100053610A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Kwangyeol Lee System and method for detecting molecules
EP2741074A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-11 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities
EP2757374A1 (en) * 2013-01-17 2014-07-23 F. Hoffmann-La Roche AG Method for preparing an outer surface of a planar waveguide to be capable of binding target samples along a plurality of predetermined lines and a planar waveguide
EP2824446A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-14 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities
EP2827130A1 (en) * 2013-07-15 2015-01-21 F. Hoffmann-La Roche AG Device for use in the detection of binding affinities

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211954B1 (en) * 1996-03-30 2001-04-03 Novartis Ag Integrated optical luminescence sensor
CN1419658A (zh) * 2000-01-27 2003-05-21 尤纳克西斯巴尔策斯公司 用于生产光栅结构、光学元件、瞬逝场传感器板、微滴定度板及用于通讯技术的光学耦合器的方法以及用于监视波长的设备
CN1879018A (zh) * 2003-09-22 2006-12-13 Sru生物系统公司 利用比色共振反射光学生物传感器进行测定的无标记方法
CN101243299A (zh) * 2005-06-13 2008-08-13 佛特比奥公司 基于相移干涉测量术的光纤分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014017474B1 (pt) 2020-11-10
WO2013107811A1 (en) 2013-07-25
EP2618130A1 (en) 2013-07-24
MX2014008372A (es) 2014-09-26
BR112014017474A8 (pt) 2017-07-04
CA2860104C (en) 2020-02-25
RU2014133427A (ru) 2016-03-10
US20180364174A1 (en) 2018-12-20
JP6202401B2 (ja) 2017-09-27
EP2805149B1 (en) 2021-12-08
RU2609184C2 (ru) 2017-01-30
CN104115000A (zh) 2014-10-22
US20140363901A1 (en) 2014-12-11
BR112014017474A2 (pt) 2017-06-13
US10006866B2 (en) 2018-06-26
KR20140114364A (ko) 2014-09-26
US10684227B2 (en) 2020-06-16
EP2805149A1 (en) 2014-11-26
JP2015503757A (ja) 2015-02-02
KR102050118B1 (ko) 2019-11-28
HK1199304A1 (zh) 2015-06-26
CA2860104A1 (en) 2013-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104115000B (zh) 用于检测结合亲和力的装置
JP6362051B2 (ja) 結合親和性の検出に用いる装置
US7652768B2 (en) Chemical sensing apparatus and chemical sensing method
US8119995B2 (en) Device for detection of excitation using a multiple spot arrangement
JP2011508199A (ja) 標的粒子を検出するためのマイクロエレクトロニクスセンサデバイス
JP2009530637A (ja) 蛍光式読み取り装置
US7842465B2 (en) Immunocytostaining methods for enhanced dye ratio discrimination in rare event detection
CN105378463B (zh) 用于检测结合亲和力的装置
US8937756B2 (en) Method for and use of digital holographic microscopy and imaging on labelled cell samples
US20080180673A1 (en) Indicator detection using transverse emissions
US11946930B2 (en) Device for use in the detection of binding affinities
Koenderink et al. Super-resolution imaging: when biophysics meets nanophotonics
JP2006267052A (ja) 免疫反応測定用検査装置
JP2007178442A (ja) イメージングの装置及び方法
JP3945636B2 (ja) 測定装置
US20170089835A1 (en) Sensor Element For Photoluminescence Measurements, Photoluminescence Detection Means, Method For Operating Photoluminescence Detection Means, Method For Producing A Sensor Element And Use Of A Sensor Element
JP2007192841A (ja) 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置
JP2020071136A (ja) 計測装置及び計測方法
JPWO2019176442A1 (ja) 検出装置、検出基板及び検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1199304

Country of ref document: HK

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1199304

Country of ref document: HK