CN1318850C - 通过喷墨印刷生产基于衍射的生物传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测并定量测定存在于一种介质中的分析物的廉价、并且灵敏的装置和方法。该装置包括一个金属化的薄膜，在该薄膜上通过喷墨印刷印刷了一种特殊的、预定图案的粘接剂，如抗体。在目标分析物与印刷了所述粘接剂的塑料薄膜上的特定区域结合之后，通过物理特性产生了透射和/或反射光的衍射，并且确定所述分析物的精确位置。产生了一种衍射图像，这种图像可以用肉眼方便地观察或者选择性地用传感装置观察。

Description

通过喷墨印刷生产基于衍射的生物传感器

技术领域

本发明总体上涉及检测介质中分析物的领域，更具体地讲，本发明涉及用于指示所述分析物在一种介质中存在的传感装置。

发明背景

现有很多种用于检测各种介质中的多种分析物的系统和装置。大多数系统和装置的价格比较昂贵，并且需要熟练的技术人员来进行检测。在很多场合下，如果能够快速而又低成本地确定是否存在一种分析物，那将是有利的。需要的是这样一种生物传感器系统，它的生产简单，成本低廉，并且能够可靠地、灵敏地检测分析物，包括较小的分析物。另外，需要一种制备所述生物传感器的简单而又灵活的方法，该方法可以进行最佳的大规模加工。

Sandstrom等，24 Applied Optics 472，1985披露了利用具有一层硅一氧化物和一个硅层的硅光学基质作为介电薄膜。它们证实薄膜厚度的改变会改变这种光学基质的特性，从而产生与薄膜厚度相关的不同的颜色。薄膜的厚度与所观察到的颜色相关，并且，在光学基质表面所提供的一种薄膜，可以产生一种可见的颜色变化。以上作者指出，可以用一种数学模型对颜色变化进行定量，并且“用计算机模型进行的计算，证实了利用多层结构可以获得的光学性能的增加非常少...但是，在该表面上的一个生物层对该结构反射能力的改变非常小，因为光学特性主要是由所述多层结构内部的界面所决定的。用于检测生物层的最灵敏的系统是一层涂层，而在大多数其他用途中，可以通过其他介电层提供性能。”

Sandstrom等进一步指出，由金属上的金属氧化物所制成的载玻片具有某些缺陷，并且，金属离子的存在在很多生物化学应用中还可能是有害的。它们指出，理想的表面介电薄膜是厚度为2-3纳米的二氧化硅，该薄膜是当一氧化硅层在环境大气中沉积时自动形成的，并且还可将70-95纳米的二氧化硅层，用在玻璃或塑料基质上的40-60纳米的一氧化硅层上。它们还披露了通过选择性地蚀刻所述一氧化硅层形成一氧化硅刻痕，用二氯二甲基甲硅烷处理二氧化硅表面，并涂上一个抗原和抗体的生物层。它们通过该刻痕结构，能够用椭圆对称测定仪测定薄膜的厚度，并且发现“最大对比出现在65纳米范围内，其中，干扰颜色从紫色变成兰色”。他们指出，这种系统的灵敏度足以通过固定化抗体进行蛋白抗原的检测。他们的结论是“所提供的设计对多种用途来说是足够灵敏的”。所述材料，即玻璃、硅和二氧化硅在化学上是稳定的，并且不会影响所研究的生物化学反应。采用上述计算方法，可以设计出对不同用途来说都是优化过的载玻片。可以用工业方法生产所述载玻片，并且确保其品质，并且，现在市场上有两种设计出售。

授于Kumar等的美国专利5512131披露了一种包括一个具有金属涂层的聚合物基质的装置。将抗体结合的蛋白层印在所述包衣的基质上。该装置被用于印刷工艺中或用作开关。当一种分析物与该装置结合时就产生了一种衍射图案。然后用一台诸如光谱仪的观察装置确定所述衍射图案的存在。

不过，由Kumar等所披露的装置具有若干缺陷。一个缺陷是需要额外的观察装置来观察任何衍射图案。由于需要一台观察装置，Kumar等的装置不能检测大量的样品。因为它不可能通过使用肉眼确定一种分析物的存在。

授予Bogart等的美国专利5982830披露了一种包括一种基质的装置，该基质具有一种光学活性表面，它在光线照射到它上面时出现第一种颜色。所述第一种颜色被确定为发射光线的光谱分布。所述基质还具有不同于第一种颜色的第二种颜色(具有不同于存在于第一种颜色中的组合的光波长的组合，或者具有不同的光谱分布，或者具有不同于第一种颜色中所存在的所述一种或多种波长的强度)。所述第二种颜色是在所述分析物出现在该表面上时在相同的光照条件下出现的。一种颜色向另一种颜色的变化可以利用仪器或通过肉眼检测。这种灵敏的检测是上文所述Sandstrom和Nygren所披露的装置的一种改进，并且可以以商业上有活力，并且有竞争力的方式使用该装置。

不过，Bogart等的专利中所披露的方法和装置具有若干缺陷。一个缺陷是该装置的成本高。该装置的另一个问题是难于控制设置在所述薄片上的各种层，以便获得可靠的读数。

现有技术还包括应用在某些用途中的喷射技术。例如，授予Hayes等的美国专利4877745披露了一种用于分析一种分析物的方法和装置。该方法和装置包括一个用于将精确数量的诊断试剂和流体样品分配到一种基质上的喷射腔。将所述诊断试剂或流体样品中的一种喷射到一种基质上。然后喷射所述诊断试剂或流体样品中的另一种，以便它能与首先喷射的流体起反应。该方法采用机电装置交替喷射所述诊断液体和样品，直到将所需数量的流体分配到一种基质上。该方法包括将一种基质相对一个喷射腔进行定位，并通过采用电脉冲将一种诊断液体以预定的方式喷射到所述基质上。所述诊断试剂被装在一个可收缩的容器中，该容器在所述装置的使用过程中能改变体积。不过，由于该方法对分析物专一性受体材料和待检测的样品都进行了印刷，该方法难于操作，并且需要复杂的电机装置。

因此，需要一种容易制造并且造价低廉的生物传感器装置，并且该装置能可靠地并且灵敏地检测待检测的分析物。

发明概述

本发明提供了一种用于检测存在于介质中的分析物的廉价而又灵敏的装置和方法。该装置包括一个具有一种基质的生物传感装置，如金属化的聚合物薄膜，在它上面喷墨印刷了一种粘接剂的特殊的预定图案，所述粘接剂包括抗体或硫醇化的抗体或DNA。或者，可以喷墨印刷诸如蛋白A或蛋白G的结合抗体的蛋白。然后接触对所述需要的分析物专一的抗体，导致形成该抗体的图案形式的沉积。总体上讲，这是一种模式化生产方案，可以生产出大量的有图案的蛋白，以便用于不同的分析物。然后，根据需要，通过接触必需的抗体生产最终的产品。

在将一种能够散射光线的靶分析物结合到在它上面具有形成图案的蛋白和/或抗体的聚合物薄膜上的特定部位上时，通过物理特征出现了透射和/或反射光线的衍射，并且确定该分析物的精确位置。产生了一种衍射图像，可以用肉眼或者选择性地用一种传感装置方便地观察该图像。

本发明采用了喷墨印刷有图案的粘接剂的方法。所述粘接剂可以是抗体或蛋白。如果使用蛋白的话，这些蛋白与抗体结合，在所述表面上形成图案，并且保持对受体抗体的最佳取向。所述受体抗体对一种特定的分析物或特定类型的分析物具有专一性，这取决于所使用的蛋白。

形成图案的抗体会导致分析物形成图案的沉积或结合在它上面。因此，所生产的本发明的生物传感装置，可以根据分析物的大小以两种方式中的一种使用。对于诸如微生物的能够由它本身导致衍射的分析物来说，该系统是以如下方式使用的：首先让该生物传感装置接触含有所述选择的分析物的介质，在经过合适的培养时间之后，让诸如激光的光线透射通过所述薄膜，或者使光线从该薄膜上反射出去。如果在所述介质中存在所述分析物，并且与形成图案的抗体层结合的话，所述光线就以能产生可见图像的方式衍射。

对于诸如蛋白或DNA的很小的分析物来说，该系统可以选择性地使用“衍射增强因子”，该因子能够与靶分析物结合，并且与所述生物传感器结合，并且能够使高度和/或折射指数发生显著改变，从而增加生物传感器的衍射效率，并允许检测较小的分析物。使用时，靶分析物要么与所述衍射增强因子结合，然后再与所述生物传感器结合，要么直接与在它上面有形成图案的抗体的聚合物薄膜的特定部位结合。然后通过物理特征发生透射和/或反射光线的衍射，并且确定该分析物的精确位置。产生了一种衍射图像，可以用肉眼或者选择性地用一种传感装置方便地观察该图像。

该传感器使用的另外一种选择包括检测作为抗体的分析物。所述传感装置可以仅包括所述形成图案的能结合抗体的蛋白，然后，与含有衍射增强颗粒的介质接触，该颗粒对待检测的抗体具有抗体专一性。优选对所述颗粒上的抗体进行选择，以便它不会与所述形成图案的能结合抗体的蛋白发生非专一性结合，并且只能在所述分析物抗体也结合在它上面时才能结合。这样，如果存在所述分析物抗体的话，所述衍射增强因子就可以导致高度和/或折射指数发生显著变化，从而导致形成衍射图像。可以理解的是，相同的方案可以用在其他免疫测定方法中，如侧流测定或微孔平板。

因此，所述抗体和在它上面结合了分析物的抗体层能够产生显示该分析物存在的光学衍射图案。所述光线可以是可见光，并且可以被所述薄膜反射或者能透射通过该薄膜。所述光线可以是点光源，如白光或在可见范围内的单色电磁辐射。本发明可用于直接在弹性支持物上进行印刷。所述支持物可以包括一层金或其他合适的金属或金属合金，在它上面印刷了所述抗体。

使用该传感器的另外一种选择包括检测诸如DNA的基于核苷酸的分析物。这种选择可以使用具有互补于所述目标的形成图案的寡核苷酸的传感装置，让该装置与含有衍射增强颗粒的介质接触，该颗粒具有对靶DNA的其他片段具有专一性的寡核苷酸。然后按照上述方法通过观察衍射图像检测所述核苷酸。

本发明提供了一种低成本、可以大批量生产的一次性传感器，它包括使用由一种抗体或能结合抗体的蛋白形成图案的表面。通常，所述抗体结合蛋白能通过其恒定区(Fc)结合一种抗体，以便该抗体的抗原结合区(Fab)具有最佳的结合活性。所述形成图案的蛋白表面的制备还可以使传感器的生产具有最大的灵活性。生产中的最后一个步骤是将需要的抗体捕捉在所述形成图案的部位，该步骤可以根据需要的分析物的要求实施(即在生产的时候实施)。

本发明的生物传感器可以作为用于检测分析物的一次性检测装置或者将其制成多次检测装置。本发明的生物传感器可用于检测诸如尿布的服装中的医学状态或污染情况，并且用于检测微生物的污染。

作为理想的喷墨印刷方法，在印刷诸如抗体的对温度敏感的蛋白时，可能需要具有压电印刷头的印刷装置。

本发明还可用在隐型眼镜、眼镜、窗户玻璃、医药小瓶、溶剂容器、水瓶和粘性绷带等上，用于检测污染情况。

在阅读了下面的对所披露的实施方案所作的详细说明之后，可以理解本发明的上述和其他特征。

附图说明

图1表示能够同时测定一种介质中的若干种不同分析物的生物传感器的俯视图。

图2表示在喷墨印刷特征中形成图案的微颗粒的显微照片，表示一种分析物的存在。

详述

本发明涉及用于检测一种介质中感兴趣的分析物的存在或数量的改进的生物传感装置，以及制备和使用这种生物传感装置的方法。可以通过本发明检测的所述分析物包括，但不限于微生物，如细菌、酵母、真菌和病毒。与现有装置不同，本发明的装置能够以只需要数分钟时间的快速测定方式检测出介质中极少量的分析物。另外，与其他生物传感装置相比，本发明的生物传感装置的生产成本要低得多，并且生产速度要快得多。

本发明披露了将粘接剂通过喷墨印刷方式印刷到诸如塑料薄膜的聚合物薄膜上。所述聚合物薄膜还可以具有一个金属涂层。“粘接剂”可以包括抗体，包括硫醇化的抗体或抗体结合蛋白。本发明提供了一种适合高速生产的简便的生产方法。本发明可以开发出使用一次的一次性生物传感器，该传感器根据光线衍射指示所述分析物的存在。在靶分析物与含有所述粘接剂的聚合物薄膜的特定部位结合之后，通过物理特征产生了透射和/或反射光线的衍射，并且确定该分析物的精确位置。例如，酵母、真菌或细菌就足够大，在以有组织的图案涂在一个表面上时，可以起着可见光的衍射因子的作用。另外，本发明可以包括能够增强所述生物传感器的衍射效率的衍射增强因子，从而使它能够检测任何数量的不同的分析物。除了产生一种简单的衍射图像之外，分析物的图案还可以是这样的，它能够形成一个全息传感图像和/或发生可见颜色的改变。因此，一种全息图像的出现或现有全息图的改变表示一种阳性反应。由透射光线的衍射所产生的所述图案可以是任何形状的，包括，但不限于在所述分析物与受体材料结合之后一种图案向另一种图案的转变。在特别优选的实施方案中，所述衍射图案在所述分析物与本发明的生物传感装置接触之后1小时之内是可以分辨的。

在被所述分析物衍射时能产生光线的衍射的衍射光栅优选具有不同于周围介质的折射指数。诸如病毒或分子的非常小的分析物可以利用对这种小的分析物有专一性的较大的颗粒进行间接检测。在一种实施方案中，可以检测的所述小的分析物包括用能专一性结合感兴趣的分析物的蛋白材料对诸如乳胶球的颗粒进行包衣。在本发明中可以使用的颗粒包括，但不限于玻璃、纤维素、合成聚合物或塑料、乳胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯、蛋白、细菌或真菌细胞等。所述颗粒的形状优选是球形的，不过，在本发明中任何结构或空间构像形式的颗粒都可以使用。例如，所述颗粒可以是长条形、椭圆形、和正方形等。理想的颗粒大小在直径为大约0.2-50.0微米的范围内，优选在大约0.4-1微米之间。所述颗粒的组成可以改变。

被固定在所述表面上的/在该表面上形成图案的抗体能专一性地结合所述分析物上的一种表位，该表位与用于结合所述衍射增强因子的表位不同。因此，为了检测含有诸如病毒颗粒的小的分析物的介质，首先让该介质接触所述衍射增强因子颗粒，如乳胶颗粒，使病毒颗粒与乳胶颗粒结合。然后，选择性地洗涤所述衍射增强因子颗粒，并且与印刷有所述病毒专一性抗体的聚合物薄膜接触。这样，所述抗体就结合在所述因子颗粒上的病毒颗粒上，从而将所述因子颗粒以与抗体相同的图案固定在该薄膜上。由于所述结合的因子颗粒会导致可见光的衍射，形成了一种衍射图案，该图案能指示所述病毒颗粒在所述液体中的存在。另外，所述聚合物薄膜上可以包括一个金属涂层。然后，所述印刷的抗体层可以存在于所述薄膜的金属化的表面上。

另外，可以用以下方法检测所述分析物：首先让所述基质接触含有所述分析物的介质，并使得该分析物与印刷的分析物专一性抗体结合。然后，含有所述衍射增强因子颗粒的溶液与具有结合的分析物的基质接触。这样所述颗粒就结合在所述分析物上。因为所述结合的因子颗粒会导致可见光线的衍射，这样就形成了一种衍射图案，该图案能指示所述分析物在所述液体中的存在。

在另一种实施方案中，可以同时混合所述衍射增强因子颗粒和含有所述分析物的介质。这样会导致上述结合方法的一种组合。某些分析物在与所述基质结合之前会首先结合一种衍射增强因子颗粒。其他分析物会首先与所述基质结合，然后再与一种因子颗粒结合。当通过所述传感器发出或发射一个点光源时，形成一种衍射图案，该图案能指示所述分析物在所述液体中的存在。

最后，在另一种实施方案中，可以减少使用所述衍射增强因子颗粒的衍射诊断装置的用户的操作步骤数量。该方法包括使用一种毛细制剂，该制剂被用于除去未结合的标记颗粒，以及除去样品中任何残余的液体。所述毛细制剂还可以消除对任何其他漂洗步骤的需要，这些步骤对于用户来说可能是麻烦的或者更困难的。另外，在所述毛细制剂的中央打一个小孔(例如，4/32英寸)，以便一旦将所述样品和多余的颗粒吸走，该孔使得用户能够马上检查衍射图像，而不必取出该毛细材料。毛细制剂的例子包括硝酸纤维素膜，乙酸纤维素膜，以及玻璃微纤维结构。

另外，可以改变所述孔的大小，以便控制毛细速度和毛细力。这样可以影响该诊断装置的精确性，并且被用于生产一种一个步骤的装置。为了达到这一目的，一个步骤的装置在一种诸如金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯基质(金/MYLAR)的基质具有喷墨印刷的捕捉抗体，然后将标记过的颗粒预先干燥在它的表面上。另外，将一个具有切除的孔的小孔度膜(例如，0.45微米硝酸纤维素)放置在该装置的顶部，以使它完整。用户简单地加入待检测的样品(例如血清或血液)，然后，一旦发生了毛细作用，就观察衍射图像。所述小孔度能够延长毛细作用时间到足以进行适度培养的程度，这样能够发生需要的抗体/抗原相互作用。另外，可以通过在所述毛细制剂环周围使用一种蚀刻制剂延长毛细作用时间。该制剂最终会溶解或者衍生化，以便在经过特定的时间之后可以发生毛细作用。

可以用本发明方法检测的分析物包括，但不限于细菌；酵母；真菌；病毒；类风湿因子，抗体，但不限于IgG、IgM、IgA和IgE抗体；癌胚胎抗原；A型链球菌抗原；病毒抗原；与自身免疫病相关的抗原；过敏原；肿瘤抗原；B型链球菌抗原；HIV I或HIV II抗原；或对所述病毒和其他病毒的宿主反应(抗体)；对RSV专一的抗原或对所述病毒的宿主反应(抗体)；抗原；酶；激素；多糖；蛋白；脂类；碳水化合物；药物或核酸；沙门氏菌；念珠菌，包括，但不限于白色念珠菌和热带念珠菌；沙门氏菌；脑膜炎萘瑟氏球菌A、B、C、Y和W型，135亚型，肺炎链球菌，大肠杆菌K1，乙型流感嗜血菌；来自微生物的抗原；半抗原，滥用的药物；治疗性药物；环境制剂；以及对肝炎专一的抗原。

在本发明的另一种实施方案中，可以将特定类型微生物的营养物质掺入所述粘接剂层中。这样，通过以下方法就可以检测到极低浓度的微生物：首先让本发明的生物传感器与所述掺入其中的所述养分接触，然后在适合所结合的微生物生长的条件下培养所述生物传感器。让所述微生物生长直到有足够的微生物形成一种衍射图案。当然，在某些场合下，所述微生物可以进行充分的增殖，以便在所述形成图案的粘接剂上没有养分的条件下形成衍射图案。

本发明的一部分是用于使诸如抗体的受体在聚合物薄膜或金属化的聚合物薄膜上形成图案的方法。在一方面，该方法需要对与抗体结合的蛋白进行喷墨印刷。所述蛋白可以包括，但不限于蛋白A、蛋白G、蛋白L，以及它们的重组形式。所述蛋白的商品化形式如Zymed’s(旧金山，加州，KAPPALOCK^TM)同样是适合的。因此，所述蛋白材料被定义为用于产生专一性结合对的基础材料，另一部分是对感兴趣的分析物有专一性的抗体。

在本发明中，用喷墨印刷装置将诸如抗体的生物活性材料以特定图案形式印刷到金属化的聚合物薄膜上，如金/MYLAR基质。720dpi的分辨率提供了一种排列，该排列在被靶分析物和标记过的微颗粒结合之后能产生一种衍射图像。不过，还可以使用其他分辨率。喷墨印刷装置的较低的分辨率仍然能提供适度的小的图案大小(直径40-100微米)，以便产生一种衍射图像。所述抗体可以是硫醇化的，并且，在所得到的磷酸缓冲的盐溶液中还可以添加甘油(占重量的40％)，以便避免印刷图案在所述薄膜上的扩散。

然后，所得到的装置就可以按照上文所披露的方法使用。如果形成了一种衍射图像，就表明了所述分析物的存在。由于衍射角与图像间距成反比，发现需要距离光源的较大的距离，以便获得可以分辨的衍射图像。可以利用专业的观察装置，以便使得所述图像更容易检测。

结合在所述形成图案的蛋白上的受体材料是由专一性地结合感兴趣的分析物的能力决定的。无论感兴趣的特定的分析物是什么，都将所述蛋白材料设计成专一性地结合感兴趣的分析物。在所述理想的实施方案中，所述生物传感装置被设计和排列成能提供由肉眼检测的图案的形式，当感兴趣的分析物被夹在所述抗体和衍射增强因子之间时，可以根据多色光的透射进行检测。在另一种实施方案中，所述分析物大到足于使光线衍射，因此不需要衍射增强因子。

在很多场合下，可能需要“阻断剂”来抑制非专一性结合。本文所使用的术语“阻断剂”表示一种与传感器表面粘接，以便“阻断”或抑制非分析物材料与该表面进行非专一性结合的制剂(所述表面位于形成图案或未形成图案的区域)。所述阻断步骤可以作为对表面的后处理步骤进行，该表面业已进行了喷墨印刷(后阻断)，并且是用另一种硫醇填充非喷墨印刷区的标准技术。不过，本发明人业已发现，“预阻断”技术比后阻断技术更理想。在预阻断技术中，用一种含有非硫醇的阻断剂对所述基质的表面进行预处理，然后进行喷墨印刷。不希望受任何理论的约束，从理论上讲，所述喷墨印刷材料(通常含硫)取代了物理吸附阻断剂，从而使得所述印刷材料能直接结合到所述基质的表面上。如果必要，还可以随后进行后阻断。阻断剂可以包括，但不限于β-酪蛋白，诸如牛血清白蛋白的白蛋白，pluronic或其他表面活性剂，聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，或上述化合物的含硫衍生物，以及本领域普通技术人员所公知的任何其他阻断材料。

含有感兴趣的分析物的介质可以是固体、气体或体液，如组织间隙液、粘液、唾液、尿液、粪便材料、组织、骨髓、脑脊液、血清、血浆、全血、关节滑液、缓冲过的溶液、提取液、精液、阴道分泌物、心包、胃液、腹膜、胸膜、咽喉洗漱液、或其他洗涤液。感兴趣的分析物可以是抗原、抗体、酶、毒素、环境制剂、细胞质成分、有毛的或鞭毛状成分、蛋白、多糖、药物、或任何其他能被抗体识别的材料。例如，细菌的受体材料可以专一性结合表面膜成分、蛋白或脂类、多糖、核酸或酶。作为细菌指标的分析物可以是糖或多糖、酶、核酸、膜成分、神经节苷脂或宿主针对该细菌所产生的抗体。所述分析物的存在可以指示一种传染性疾病(细菌或病毒性疾病)、癌症、过敏反应或其他医学疾病或症状。所述分析物的存在可以表明水或食物污染或其他有害材料。所述分析物可以指示药物的滥用或可以监测治疗剂的水平。

在某些场合下，所述分析物可能不会简单地结合受体材料，而是导致该受体材料发生可检测的变化。这种相互作用可能会导致受体材料的量在所述检测表面上的增加或减少。后一种情况的一种例子是降解性酶或材料与一种特殊的固定化基质的相互作用。在这种情况下，在与感兴趣的分析物相互作用之前，人们会看到一种衍射图案，但是如果存在所述分析物的话，该衍射图案就会消失。对于本发明来说，所述分析物与受体材料结合、杂交或相互作用的具体机制并不重要，但是它可以对在最终的测定方法中所使用的反应条件产生影响。

有可能存在分析物的介质可以是固体、凝胶样、液体或气体。为了检测体液中的分析物，所述体液选自，但不限于尿液、血清、血浆、脊髓液、精液、全血、唾液、尿道-生殖道分泌物、粪便提取物、心包、胃液、腹膜、胸膜洗涤液、阴道分泌物、或咽喉洗漱液，并且，该方法选择性地包括利用分光光度计测定折射图案的外观。有可能用在本发明的生物传感装置上的最常见的气体是空气。

本发明的生物传感装置利用喷墨印刷方法将形成图案的粘接剂印刷在基质上，优选金属化的聚合物薄膜，然后接触一种抗体，从而获得形成图案的抗体，由此产生了所述组合物，以及该组合物的用途。形成图案的粘接剂层可以有控制地在它上面结合抗体，这些抗体可以结合一种分析物。本文所使用的术语“形成图案的粘接剂层”表示所述粘接剂，如蛋白或抗体，以及在所述基质上的任何图案的需要的抗体层，包括固体图案。

当所述具有形成图案的粘接剂层的薄膜接触能够与所述抗体起反应的分析物时，该薄膜就会产生光学衍射图案，该图案根据所述抗体与感兴趣的反应物的反应而有所不同。所述液体可以是诸如水的高表面张力的液体。所述光线可以是可见光范围内的光线，并且可以从所述薄膜上反射或者通过该薄膜透射过去，而所述分析物可以是能够与所述形成图案的粘接剂层起反应的任何化合物。

在理想的实施方案中，该方法包括让所述基质与有可能含有所述分析物的检测样品接触，反应条件为所述基质能导致折射指数发生改变。当光线通过具有形成图案的粘接剂层的薄膜透射时，就形成了一种可见的衍射图案，并可以通过将所述光线导向一个表面进行观察或者直接通过所述基质进行观察。

另外，所述衍射图像可以借助简单的观察装置观察，该装置包括一个点光源和诸如镜头和镜子的光学元件。该观察装置可以针对由喷墨印刷方法所获得的样品进行专门设计。如果设计适当的话，该观察装置就能够通过手持装置提供图像(例如，大约为6英寸大小)，该图像相当于通过没有该观察装置的长的多的观察通道长度所获得的图像(例如，大约5英尺)。在没有该观察装置的前提下，通常需要更长的观察通道长度，因为与现有的接触印刷方法相比，通过喷墨印刷装置获得了更大的间隙(大于50微米)。

在一种实施方案中，本发明涉及一种量杆形式，其中，所述喷墨印刷的薄膜被安装在该量杆的末端。在使用时，将该量杆浸入有可能存在怀疑的分析物的液体中，并在其中保持若干分钟。然后取出所述量杆，并且让光线通过该薄膜投射或者通过该薄膜后面的光线观察该薄膜。如果观察到一种图案，在该液体中就存在所述分析物。

在本发明的另一种实施方案中，可以用一个支持条检测多种分析物。如图1所示，条10具有若干喷墨印刷的薄膜20、25、30和35，每一个薄膜具有印刷在它上面的图案40。喷墨印刷的薄膜20、25、30和35中的每一个可以是金属化的聚合物薄膜，每一种薄膜上面具有不同的抗体，这些抗体对不同的分析物有专一性。可以看出，本发明可以以任何方式与多种喷墨印刷薄膜组合，使得本发明生物传感装置的用户可以用一个支持物检测介质中的多种分析物。

在本发明的另一种实施方案中，所述生物传感器可以结合在后背有粘接剂的印刷头或移画印花装置上，然后可以将它放置在硬表面或容器壁上。所述生物传感器可以安装在诸如食品包装或玻璃瓶的容器的内表面。然后可以观察该生物传感器，以便确定分析物的存在。

通常，在聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜、Si/SiO2薄片或玻璃片材上支撑着厚度为5-2000纳米的金薄膜。还可将诸如钛的促粘剂用在金和支持物之间作为促粘剂。所述粘接剂在喷墨印刷期间与所述金表面结合。

下面是对本发明方法和组合物的更详细的说明。本文所引用的所有文献以全文形式收作参考。

任何聚合物薄膜都适用于本发明。所述聚合物薄膜优选是塑料薄膜。更优选的是，所述聚合物薄膜还可以具有沉积在它上面的金属涂层。其中包括，但不限于以下聚合物：聚乙烯对苯二甲酸酯(MYLAR)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，丙烯腈-甲基丙烯酸共聚物，玻璃纸、纤维素聚合物，如乙基纤维素、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、丙酸纤维素、三乙酸纤维素、三乙酸纤维素、聚乙烯，聚乙烯-乙烯乙酸共聚物，离聚物(乙烯聚合物)聚乙烯尼龙共聚物，聚丙烯，甲基五烯聚合物，聚氟乙烯，和芳族聚砜。所述塑料薄膜的光学透明度优选大于80％。其他合适的热塑材料和供应商可以从参考文献中查阅到，例如，Modern PlasticsEncyclopedia(McGraw-Hill Publishing Co.，NeW York 1923-1996)。

在本发明的一种实施方案中，所述聚合物薄膜上面具有金属涂层，所得到的金属化聚合物薄膜的光学透明度为大约5％-95％。用于本发明的聚合物薄膜的更理想的光学透明度为大约20％-大约80％。在本发明的一种优选实施方案中，所述聚合物薄膜的光学透明度至少为大约80％，而金属涂层的厚度可以保持光学透明度高于大约20％，这样，可以通过反射或透射光产生衍射图案。所述光学透明度基于通过该薄膜的可见光波长的可见的穿透性。这种光学透明度水平相当于金属涂层的厚度为大约10纳米。不过，在本发明的其他实施方案中，所述金的厚度可以为大约1-1000纳米。

用于沉积在所述薄膜上的理想的金属是金。不过，可以使用其他金属，包括，但不限于银、铝、铬、铜、铁、锆、白金和镍，以及这些金属的氧化物。

在另一种实施方案中，本发明涉及一种光学检测装置，该装置具有一个光学活性接收表面，该表面被设计和安装成可以在所述表面上同时分析多种样品中的一种感兴趣的分析物，以及一种自动化液体控制装置(例如，移液装置)，该装置被设计并安装成能够将样品和试剂溶液分配到所述表面上。

下面是对可用于制造本发明的光学检测表面的最佳材料和方法的说明。一般，本发明包括用于直接检测一种分析物的新的具有光学活性的检测表面。该检测表面具有以特定图案形式印刷在该检测表面上的分析物专一性抗体。所述检测方法包括让该装置与含有感兴趣的分析物的样品液体接触，然后通过观察是否形成了衍射图案检查透射或反射光线的衍射的变化。

另外，所述分析物专一性抗体是利用结合层-抗体结合蛋白结合的。因此，本发明提供了一种检测装置，该装置包括选择一种光学基质，在该基质上印刷一种抗体结合蛋白的图案，然后让该基质接触所需要的分析物的抗体。

在一种场合下，所述分析物可以是基于核苷酸的分析物，如DNA。将所述靶DNA的互补寡核苷酸通过喷墨印刷方法印刷在所述基质上，然后用阻断材料选择性地阻断所述传感器，所述阻断材料如β-酪蛋白、白蛋白、表面活性剂、聚乙二醇、聚乙烯醇、或它的含硫的衍生物，漂洗并且风干。然后将该传感器放入含有感兴趣的DNA链的分析物溶液中。然后，向该传感器上添加具有互补于所述分析物DNA的其他部分的寡核苷酸的衍射增强因子颗粒。然后对所述传感器和颗粒进行加热，并进行漂洗。此后，让点光源通过所述传感器样品透射或反射。在有所述DNA分析物的情况下，在所述光束的另一侧可以看到衍射图像。

本发明具有多种用途，并可用于多种专一性结合的成对的检测方法中。例如，本发明的装置可用于免疫检测方法中，用于抗原或抗体检测。该装置还可用于直接、间接、或竞争性检测方法中。

在本发明的一种实施方案中，所述抗体结合蛋白层具有以下通式：

X-P-Ab

X是可以化学吸附到金属或金属氧化物上的选择性的成分，例如，X可以是非对称的或对成的二硫化物(-R’SSY’，-RSSY)，硫化物(-R’SY’，-RSY)，二硒化物(-R’Se-SeY’)，硒化物(-R’SeY’，-RSeY)，硫醇(-SH)，腈(-CN)，异腈、硝基(-NO2)、硒醇(-SeH)，三价磷化物，异硫氰酸盐、黄原酸盐、硫代氨基甲酸盐，磷化物，硫代酸或二硫代酸，羧酸、羟酸或异羟肟酸。

P表示抗体结合蛋白，它可能是用X衍生化的。Ab表示对所需分析物具有专一性的抗体。

在另一种实施方案中，所述传感装置可以包括一个在它上面涂有诸如抗体或蛋白的粘接剂材料的基质，所述粘接剂材料被涂在该基质的整个表面上(例如，通过浸泡或对整个表面进行喷雾)。所述粘接剂覆盖所述基质的整个表面，所述基质如聚合物薄膜或金属包衣的聚合物薄膜。然后，将诸如蛋白酶或强阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸钠(SDS)的失活制剂，以能导致一部分粘接剂材料失活的方式印刷在所述粘接剂包衣的基质上。所述失活的部分会在该基质上形成预定的图案。然后即使该装置的所述形成图案的部分被失活，该装置可以按上文所披露的方法使用。所述分析物只能结合所述粘接剂材料的活性部分。透射或反射光线仍然能导致形成衍射图案，该图案可以用肉眼观察，或者优选借助专门设计的观察装置观察。

将通过以下实施例对本发明作进一步说明，这些实施例并非以任何方式构成对本发明范围的限定。相反，可以清楚地理解的是，本领域技术人员在阅读本说明书之后在不超出本发明范围的前提下，可以提出各种其他实施方案、改进、及其等同方案。

实施例

例1

本实施例涉及对蛋白(例如，抗体或抗体结合蛋白，如蛋白A)进行硫醇化的方法。

将450微升磷酸缓冲的盐溶液(PBS，按照说明用Pierce产品目录号#28372制备，pH7.2，含有0.1M磷酸钠和0.15M氯化钠)。然后，添加50微升10mM的硫代-LC-SPDP水溶液(Pierce产品目录号#21650)。让该混合物在室温下反应60分钟，然后注入D-盐聚丙烯酰胺脱盐柱(Pierce，用合适缓冲液平衡的5毫升的床体积)中。随后要对二硫键进行还原的话，使用由0.1M乙酸钠和0.1M氯化钠制备的磷酸缓冲液，将该缓冲液调整到pH4.5，而如果要让蛋白衍生物保持二硫化物形式的话，使用pH7.2的PBS缓冲液。[注：业已发现两种形式都适合制备生物传感装置，不过优选的形式是用PBS缓冲液制备的，因为它不需要随后的还原步骤。]从该柱上收集分别为500微升的级份，并且通过COOMASSIE+蛋白测定方法测定含有蛋白衍生物的级份。

例2-7

例2-7涉及利用喷墨印刷技术制备传感装置。

例2

用抗Strep B的硫醇化的多克隆抗体(例如，产品目录号#M-C664-50L，购自Lee实验室；Grayson，GA)以720dpi的分辨率印刷在金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯(MYLAR)上。所述金包衣的MYLAR是“Icl453/Au-20”/包衣，它是200号的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜，它上面的金涂层能够提供每平方19-20欧姆的平均表面电阻(+20％)，该薄膜购自Courtaulds Performance Films(Canoga Park，California)。所述印刷装置是喷墨印刷装置(例如，Epson Stylus 640或740印刷装置)，其参数为：纸＝光学纸；油墨＝仅有黑色油墨；印刷品质＝720dpi；中间色调＝无中间色调。例如，将x，y排列的20MD的行列设定为每英寸1500像素的分辨度(Adobe Photoshop)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。让所得到的印刷样品接触34微升Strep B抗原标记过的缓冲溶液(例如，pH7.2的磷酸缓冲的盐溶液；抗原＝Difco产品目录号#2979-50)，将34微升所述溶液作为液滴滴在所述印刷过的薄膜表面。5分钟之后，通过移液将11微升与抗Strep B的多克隆抗体结合的0.5微米的颗粒直接添加到含有所述抗原的液滴的上面；将所述颗粒以大约10％的固体的浓度悬浮在含有β-酪蛋白的盐水/Tween20溶液(例如，0.005-0.01％Tween20，0.001-0.01M氯化钠，5毫克/毫升β酪蛋白)中。在培养10分钟之后，将在其中央有一个孔(例如，直径4/32英寸)的硝酸纤维素膜(例如，孔度为0.8微米)放置在所述液体/颗粒混合物上面，这样能吸走未结合的颗粒和多余的液体，使得该样品可以利用诸如激光的点光源检查衍射图像。所述光线的目的是要通过所述孔进行照射，这样，如果存在所述分析物的话，就可以看到衍射图像。另外，还可以使用采用了镜子和一个显微镜目镜镜头的手持式观察装置，以便在存在分析物的时候显示衍射图像。

例3

用抗IgE的硫醇化的单克隆抗体(如对IgE的C3-C4结构域专一的抗体)以720dpi的分辨率印刷例2中的金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜，所述印刷装置是喷墨印刷装置(Epson Stylus 640或740印刷装置)，其参数为：纸＝光学纸；油墨＝仅有黑色油墨；印刷品质＝720dpi；色调＝无色调。例如，x，y排列的20MD的行列被设定为每英寸1500像素的分辨度(Adobe Photoshop)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。

例4

用抗IgE的硫醇化的单克隆抗体(如对IgE的C3-C4结构域专一的抗体)以1440dpi印刷例2中的金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜，所述印刷装置是喷墨印刷装置(Epson Stylus 640或740印刷装置)，其参数为：纸＝光学纸；油墨＝仅有黑色油墨；印刷品质＝720dpi；色调＝无色调。例如，x，y排列的20MD的行列被设定为每英寸1500像素的分辨度(Adobe Photoshop)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。

例5

用抗IgE的硫醇化的单克隆抗体(如对IgE的C3-C4结构域专一的抗体)以720dpi的分辨率印刷例2中的金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜，所述印刷装置是喷墨印刷装置(Epson Stylus 640或740印刷装置)，其参数为：纸＝光学纸；油墨＝仅有黑色油墨；印刷品质＝720dpi；色调＝无色调。例如，x，y排列的20MD的行列被设定为每英寸1500像素的分辨度(Adobe Photoshop)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。让所得到的印刷样品接触34微升IgE标记过的缓冲溶液(例如，IgE＝人多克隆IgE，购自Biodesign，产品目录号#A10164H)，将34微升所述溶液作为液滴滴在所述印刷过的薄膜表面。5分钟之后，通过移液将11微升与烟曲霉过敏原提取物(例如，购自Greer实验室)结合的0.5微米的颗粒添加到含有抗原的液滴上面；将所述颗粒以大约10％的固体的浓度悬浮在含有β酪蛋白的盐水/Tween20溶液(例如，0.005-0.01％Tween20，0.001-0.01M氯化钠，5毫克/毫升β酪蛋白)中。在培养10分钟之后，将在其中央有一个孔(例如，直径4/32英寸)的硝酸纤维素(例如，孔度为0.8微米)放置在所述液体/颗粒混合物上面，这样能吸走未结合的颗粒和多余的液体，使得该样品可以利用诸如激光的点光源检查衍射图像。所述光线的目的是要通过所述孔进行照射，这样，如果存在所述分析物的话，就可以看到衍射图像。另外，还可以使用采用了镜子和一个显微镜目镜镜头的手持式观察装置，以便在存在分析物的时候显示衍射图像。

例6

用抗IgE的硫醇化的单克隆抗体(如对IgE的C3-C4结构域专一的抗体)以720dpi的分辨率印刷例2中的金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜，所述印刷装置是喷墨印刷装置(Epson Stylus 640或740印刷装置)，其参数为：纸＝光学纸；油墨＝仅有黑色油墨；印刷品质＝720dpi；色调＝无色调。例如，x，y排列的20MD的行列被设定为每英寸1500像素的分辨度(Adobe Photoshop)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。让所得到的印刷样品接触34微升IgE标记过的缓冲溶液(例如，IgE＝人多克隆IgE，购自Biodesign，产品目录号#A10164H)，将34微升所述溶液作为液滴滴在所述印刷过的薄膜表面。5分钟之后，通过移液将11微升与烟曲霉过敏原提取物(例如，购自Greer实验室)结合的0.5微米的颗粒添加到含有抗原的液滴上面；将所述颗粒以大约10％的固体的浓度悬浮在含有β酪蛋白的盐水/Tween20溶液(例如，0.005-0.01％Tween20，0.001-0.01M氯化钠，5毫克/毫升β酪蛋白)中。在培养10分钟之后，将在其中央有一个孔(例如，直径4/32英寸)的硝酸纤维素(例如，孔度为0.8微米)放置在所述液体/颗粒混合物上面，这样能吸走未结合的颗粒和多余的液体，使得该样品可以利用诸如激光的点光源检查衍射图像。所述光线的目的是要通过所述孔进行照射，这样，如果存在所述分析物的话，就可以看到衍射图像。另外，还可以使用采用了镜子和一个显微镜目镜镜头的手持式观察装置，以便在存在分析物的时候显示衍射图像。

例7

用1％聚乙烯吡咯烷酮(例如，产品目录号#PVP10，购自Sigma，St.Louis，MO)蒸馏水溶液对例2中的金包衣的聚乙烯对苯二甲酸酯薄膜进行预处理10分钟，然后用蒸馏水漂洗。另外，所述PVP溶液可以还含有1％Triton(例如，TritonX-100)表面活性剂。然后将所述预处理过的薄膜放在喷墨印刷装置(例如，Epson Stylus 640或740印刷装置)的纸托盘中。将含有10-30％甘油的抗IgE的硫醇化单克隆抗体的溶液(例如，对IgE的C3-C4结构域专一的抗体，例如，购自Biodesign的产品目录号#Z86410；Kennebunk，Maine)放入空的“黑色油墨”墨盒中，并采用以下参数以720dpi的分辨率印刷在金/MYLAR上；

纸--光学纸

油墨--仅有黑色油墨

印刷品质--细的720dpi

色调--无色调

将一种图案，如通过Adobe Photoshop3.0的x，y像素排列(分辨率为每英寸1500像素，总体积为20兆B)印刷在MYLAR上。业已发现，甘油能够通过预防液滴在印刷到PVP处理过的金表面上时发生扩散，而有助于提供较小的印刷圆环(例如，大小通常为40-100微米)。在印刷时，会产生抗体的一种形成图案的x，y排列，其特征是直径为40-100微米，它适于在分析物沉积之后产生衍射。让所得到的印刷样品接触34微升IgE标记过的缓冲溶液(例如，IgE＝人多克隆IgE，购自Biodesign，产品目录号#A10164H)，将34微升所述溶液作为液滴滴在所述印刷过的薄膜表面。5分钟之后，通过移液将11微升与烟曲霉过敏原提取物(例如，购自Greer实验室)结合的0.5微米的颗粒添加到含有抗原的液滴上面；将所述颗粒以大约10％的固体的浓度悬浮在含有β酪蛋白的盐水/Tween20溶液(例如，0.005-0.01％Tween20，0.001-0.01M氯化钠，5毫克/毫升β酪蛋白)中。在培养10分钟之后，将在其中央有一个孔(例如，直径4/32英寸)的硝酸纤维素(例如，孔度为0.8微米)放置在所述液体/颗粒混合物上面，这样能吸走未结合的颗粒和多余的液体，使得该样品可以利用诸如激光的点光源检查衍射图像。所述光线的目的是要通过所述孔进行照射，这样，如果存在所述分析物的话，就可以看到衍射图像。另外，还可以使用采用了镜子和一个显微镜目镜镜头的手持式观察装置，以便在存在分析物的时候显示衍射图像。

本领域技术人员可以理解的是，在不超出本发明范围的前提下，可以对本发明进行多种改进和改变，因此，上面所提供的详细说明和实施例只是用于说明目的的，而不是要以任何方式限定在所附权利要求书中所限定的本发明的范围。

Claims (37)

1.一种生物传感器，包括：

一种聚合物薄膜；和

通过喷墨印刷以一种图案形式印刷在所述聚合物薄膜上的粘接剂层，其中，所述粘接剂层含有对一种分析物专一的抗体；

并且其中粘接剂层以一种图案形式印刷，使得当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

2.如权利要求1的生物传感器，其中所述聚合物薄膜选自聚乙烯对苯二甲酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-甲基丙烯酸共聚物、玻璃纸、纤维素聚合物、聚乙烯、聚乙烯-乙烯乙酸共聚物、乙烯聚合物、聚乙烯尼龙共聚物、聚丙烯、甲基五烯聚合物，聚氟乙烯，和芳族聚砜。

3.如权利要求1的生物传感器，其中所述粘接剂层由具有以下通式的化合物形成：

X-P-Ab

其中：

X与聚合物薄膜上的金属或金属氧化物反应；

P是抗体结合蛋白；并且

Ab是对分析物具有专一性的抗体。

4.如权利要求3的生物传感器，其中X是非对称的或对称的二硫化物、硫化物、二硒化物、硒化物、硫醇、腈、异腈、硝基、硒醇、三价磷化物、异硫氰酸盐、黄原酸盐、硫代氨基甲酸盐、磷化物、硫代酸或二硫代酸、羧酸、羟酸或异羟肟酸。

5.如权利要求1的生物传感器，在粘接剂层上还包括毛细制剂，其中所述毛细制剂选自硝酸纤维素膜、乙酸纤维素膜和玻璃微纤维结构。

6.如权利要求1的生物传感器，在粘接剂层上还包括一层衍射增强因子，其中所述衍射增强因子层上具有对分析物具有专一性的受体材料。

7.如权利要求1的生物传感器，其中在聚合物薄膜上有一层阻断材料，所述阻断材料选自β-酪蛋白、白蛋白、pluronic或其他表面活性剂、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、或上述化合物的含硫衍生物。

8.如权利要求1的生物传感器，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

9.如权利要求8的生物传感器，其中，所述金属涂层包括选自金、银、铬、镍、白金、铝、铁、铜、锆，及其氧化物的金属。

10.如权利要求9的生物传感器，其中，所述金属是金。

11.如权利要求10的生物传感器，其中，所述金属涂层的厚度是大约1-1000纳米。

12.一种生物传感器，包括：

一种聚合物薄膜；和

在所述聚合物薄膜的整个表面上形成的一个粘接剂层，然后进行喷墨印刷，以便使得所述粘接剂层的形成图案的部分被失活，其中所述粘接剂层含有能够专一性结合分析物的材料；

并且其中当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

13.如权利要求12的生物传感器，其特征还在于，所述粘接剂层上面具有对一种分析物专一的抗体。

14.如权利要求12的生物传感器，其中，通过喷墨印刷一种能够破坏其分析物结合活性的物质使所述粘接剂层以一种图案形式失活，其中，所述物质选自蛋白酶或强的阴离子表面活性剂。

15.如权利要求12的生物传感器，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

16.一种生物传感器，包括：

一种聚合物薄膜；和

通过喷墨印刷以一种图案形式印刷在所述聚合物薄膜上的抗体结合蛋白层，其中，所述蛋白层能够结合一种抗体；

并且其中抗体结合蛋白层以一种图案形式印刷，使得当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

17.如权利要求16的生物传感器，其中所述抗体结合蛋白层包括选自蛋白A、蛋白G、蛋白L，以及它们的重组形式的物质。

18.如权利要求16的生物传感器，其中，所述抗体对一种分析物专一。

19.如权利要求16的生物传感器，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

20.一种制备生物传感器的方法，包括通过喷墨印刷在一种聚合物薄膜上印刷一种图案的粘接剂材料层，其中，所述粘接剂材料包括对一种分析物专一的抗体，并且其中粘接剂材料层以一种图案形式印刷，使得当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

21.如权利要求20的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

22.一种制备生物传感器的方法，包括：

将一层粘接剂材料涂在一种聚合物薄膜上，其中该层粘接剂材料包含能够专一性结合分析物的材料；和

喷墨印刷一种失活材料，以便使所述粘接剂层的形成图案的部分失活；

并且其中当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

23.如权利要求22的方法，其中，所述粘接剂材料层上具有对一种分析物专一的抗体。

24.如权利要求22的方法，其中，通过喷墨印刷一种能够破坏其分析物结合活性的物质使所述粘接剂层以一种图案形式失活，其中，所述物质选自蛋白酶或十二烷基硫酸钠。

25.如权利要求22的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

26.一种制备生物传感器的方法，包括在一种聚合物薄膜上喷墨印刷一种图案的抗体结合蛋白层，其中，所述蛋白层能够结合一种抗体，并且其中抗体结合蛋白层以一种图案形式印刷，使得当生物传感器结合分析物时，生物传感器能够衍射透射光线或反射光线以形成衍射图案。

27.如权利要求26的方法，其中，所述抗体对一种分析物专一。

28.如权利要求26的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

29.一种检测介质中的分析物的方法，包括：

让被怀疑含有所述分析物的介质与一种生物传感装置接触，该生物传感装置包括：

一种聚合物薄膜；和

通过喷墨印刷以一种图案形式印刷在所述聚合物薄膜上的粘接剂层，其中，所述粘接剂层含有对一种分析物专一的抗体；和

让一种光线透射通过所述聚合物薄膜或者由该聚合物薄膜反射一种光线；和

通过检测由所述透射光线或反射光线衍射所形成的图案检测与所述抗体结合的所述分析物的存在。

30.如权利要求29的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

31.一种检测介质中的分析物的方法，包括：

让被怀疑含有所述分析物的介质与一种生物传感装置接触，该生物传感装置包括：

一种聚合物薄膜；和

在所述聚合物薄膜的整个表面上形成的一个粘接剂层，然后进行喷墨印刷，以便使得所述粘接剂层的形成图案的部分被失活，其中所述粘接剂层含有能够专一性结合分析物的材料；和

让一种光线透射通过所述聚合物薄膜或者由该聚合物薄膜反射一种光线；和

通过检测由所述透射光线或反射光线衍射所形成的图案检测与所述抗体结合的所述分析物的存在。

32.如权利要求31的方法，其中，所述粘接剂材料层上具有对一种分析物专一的抗体。

33.如权利要求31的方法，其中，通过喷墨印刷一种能够破坏其分析物结合活性的物质使所述粘接剂层以一种图案形式失活，其中，所述物质选自蛋白酶或十二烷基硫酸钠。

34.如权利要求31的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

35.一种检测介质中的分析物的方法，包括：

让被怀疑含有所述分析物的介质与一种生物传感装置接触，该生物传感装置包括：

一种聚合物薄膜；和

通过喷墨印刷以一种图案形式印刷在所述聚合物薄膜上的抗体结合蛋白层，其中，所述蛋白层能够结合一种抗体；和

让一种光线透射通过所述聚合物薄膜或者由该聚合物薄膜反射一种光线；和

通过检测由所述透射光线或反射光线衍射所形成的图案检测与所述抗体结合的所述分析物的存在。

36.如权利要求35的方法，其中，所述抗体对一种分析物专一。

37.如权利要求35的方法，其中，所述聚合物薄膜还具有沉积在它上面的金属涂层。

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