CN1484710A - 用于鉴定生物材料的生物芯片、光致发光方法以及使用该方法和生物芯片的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测样品中分子结合的方法，有利地是检测无标记的分子结合的方法。使用一种传感器，其中在不同层中分别包括单链核酸序列和光致发光材料。将所述传感器与生物样品接触足够时间以使单链核酸序列与目的材料结合，然后测量来自传感器的光致发光。本发明还提供一种无标记检测分子结合的设备。本发明提供制造无标记传感器的方法。检测抗原结合的无标记方法及其相关装置也予以公开。

Description

用于鉴定生物材料的生物芯片、光致发 光方法以及使用该方法和生物芯片的设备
发明领域
本发明一般涉及核酸，更具体而言，涉及单链核酸与样品中的目的生物材料结合以鉴别该材料。
发明背景
核酸如脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和蛋白核酸(PNA)是生物有机体的基本物质成分。一般而言，核酸由一定的组成部分或碱基对组成。其中这些碱基对可被安排的排列是十分巨大的。核酸序列分析，即测量核酸样品的碱基对的同一性和序列，是重要的技术。译解核酸序列对于疾病诊断、药物设计和理解各种生物机理是重要的。1996年以前，传统方法以一次测序一个碱基对费力地“读取”基因。
大约1996年，Affymetrix公司开发了大量的平行测序方法，该方法使用可同时读取几个碱基对的DNA芯片。将特异单链DNA(ssDNA)片段的单层装配在象素(～1-100μm2)阵列上。ssDNA的类型在各个象素中是可变化的。这些ssDNA作为“化学镊子”从样品中挑选专一互补的标记ssDNA以形成双链DNA(dsDNA)，即杂交过程发生。通过荧光标记观测杂交区域，在样品与ssDNA探针片段接触前，将荧光标记施用于其中的DNA。此方法比单碱基对方法更快，具有专一性，能够分析多个核苷酸序列，可同时处理数百个基因序列及其变化，并且有利地可在小芯片上进行。平行测序技术的实际应用包括：Affymetrix公司对p53基因功能故障(即突变)的研究，该基因的突变可造成癌症(尤其是乳腺癌)；Merck公司对细胞生物快速增殖时DNA测序变化的研究(以便理解肿瘤形成)；Incyte Pharmaceutical公司用于药物设计的特定疾病芯片。大量平行、快速、灵敏和准确的生物芯片方法也可推进人类基因组计划。
然而，Affymetrix公司的方法是用荧光染料对未知的待测序的DNA进行标记，改变样品使其通常不能在其他测试中重复利用。同时，由于Affymetrix公司的芯片在每个象素(pixel)中有约至少5％的误差范围，为了处理误差范围，芯片中包括许多重复的象素。Affymetrix公司的芯片的制作过程花费昂贵，需要石印技术(lithographictechnique)。
DNA测序和其他蛋白鉴定技术，特别是快速的平行方法，有着重要的实际应用，如疾病诊断、药物设计、遗传和癌症筛查、遗传密码的解码和功能研究(如突变、基因表达)、理解各种生物学机理、犯罪侦查等。尽管近年来DNA测序和其他蛋白测序技术已经取得进展，但其过程仍然限制和耽搁本领域工作人员等待测序结果。其工作依赖于DNA测序和其他蛋白测序的人员将因畅通快速的测序、简单的测序和/或提高的精确性和准确性而得益。同时，小巧的便携式设备可用于医生办公室中来检查，例如，病人是否可能最终发展为癌症或肌体可能有多快来分解特异抗癌药物，这些通常在理论上被认为是目的。对于所有这些应用，迫切需要能够对几种特异基因(以低浓度)进行核酸分析小体积样品的工具，但传统的方法无法提供这样的工具。再者，传统的生物芯片方法并非所愿地需要标记样品加上其他缺点(如昂贵的制造方法，每个象素中片段数目的不确定性等)。
发明概述
因此，本发明的目的是提供无需标记样品的方法和产品用于检测核酸分子的杂交状态。本发明能够用来执行未知核酸如DNA序列的序列分析。可以同时探查若干种基因。根据本发明的测序是相对简单和快捷的，并能提供精确和准确的测序信息。本发明提供生物芯片和其他产品，用来同时分析溶液中的一个或多个特异核酸片段(如基因)。
为了实现本发明的这些和其他目的，本发明在优选的实施方案中提供了一种无标记检测分子结合的方法，其包括下列步骤：(A)提供包含第一层和第二层的传感器，所述第一层包括单链核酸序列，所述第二层包括光致发光材料；(B)将所述传感器与生物样品接触足够时间，以使所述单链核酸序列与所述生物样品中的目的材料结合；(C)将所述传感器暴露于光下并测量来自所述传感器的光致发光。在特别优选的本发明无标记方法中，测量步骤包括当波长范围为200-700nm的紫外光施加于第一层时，检测来自第二层的光致发光。在特别优选的实施方案中，所施加的紫外光的波长范围为260-265nm。在特别优选的实施方案中，将第一层安置在第二层的第一面上，以及所述测量步骤测量来自所述第二层的第二面的光致发光。在进一步的实施方案中，所述第二面为所述第二层上的所述第一面的反面。在另一个优选的实施方案中，将所述第一层安置在所述第二层的第一面上，以及所述测量步骤测量从所述第二层的所述第一面反射的光致发光。
在另一优选的实施方案中，本发明提供无标记传感器，其包括第一层和第二层，所述第一层包括单链核酸序列，所述第二层包括光致发光材料。
在另一个优选的实施方案中，本发明提供了一种无标记检测分子结合的设备，其包括：光源；具有核酸层和光致发光层的传感器；以及光致发光检测器。在特别优选的实施方案中，光源为紫外光源、红外光源或可见光源。在其他特别优选的方案中，检测器为红外到紫外范围的光检测器。如果使用紫外光源，在特别优选的实施方案中的紫外光源提供波长范围为260-265nm的紫外光。
在另一个优选的实施方案中，本发明提供了一种制造无标记传感器的方法，其包括：将单链核酸序列与光致发光材料接触。本发明方法的一个特别优选的实施方案包括将光致发光材料沉积到基片(substrate)上以形成表面，其后用金属盐通过离子交换处理来改性表面，接着进行离子包埋，再将离子包埋的材料与活性介质接触以形成光致发光颗粒。
在上述提及的方法、产品和设备中，本发明特别优选的实施方案使用DNA、RNA和/或PNA作为单链核酸。在本发明特别优选的方案中，第一层包括ssDNA单层。在特别优选的实施方案中，传感器包括ssDNA，其作为嫁接到第二层上的所述的第一层。
在优选的实施方案中，核酸序列介于5到200个碱基对。在特别优选的实施方案中，核酸序列大约为25个碱基对。另一个特别优选的实施方案提供了不连续的第一层，其在所述第一层的不同部分中包括不同的核酸序列。
本发明另一个优选的实施方案进一步提供一种无标记检测抗原结合的方法，其包括下列步骤：(A)提供包含第一层和第二层的传感器，所述第一层包括抗体，所述第二层包括光致发光材料；(B)将所述传感器与生物样品接触足够时间，以使所述抗体与所述生物样品中的目的抗原结合；(C)测量来自所述传感器的光致发光。在一个特别优选的实施方案中，第一层是不连续的，并且包括不同的抗体。
在另一个优选的实施方案中，本发明提供了一种无标记检测抗体结合的设备，其包括：光源；具有包括抗体的第一层和第二光致发光层的传感器；以及光检测器。
此外，本发明的另一个优选的实施方案提供了一种无标记传感器，其包括第一层和第二层，所述第一层包括抗体，所述第二层包括光致发光材料。在特别优选的实施方案中，第一层是不连续的，并包括不同的抗体。在另一个特别优选的实施方案中，包括不同的已知抗体。
上述提及的本发明方法、产品和设备的进一步详细的实施方案如下。
本发明另一个特别优选的实施方案是在第二层中使用芳族聚合物、掺杂或未掺杂的金属氧化物、硫化物、硒化物、砷化物、碲化物，和/或氮化物和磷化物纳米复合物。在另一个优选实施方案中，第二层包括基体(matrix)材料，所述光致发光材料与所述基体材料相连。在进一步优选的实施方案中，将所述光致发光材料包埋在所述基体材料中。在特别优选的实施方案中，第二层包括聚苯乙烯。在特别优选的实施方案中，第二层包括在聚合物基体中的光致发光颗粒。在进一步优选的实施方案中，光致发光颗粒可以是选自组II和组VI的掺杂或未掺杂的化合物。在另一个优选的实施方案中，此类化合物使用掺杂或未掺杂的硫化锌。另一个特别优选的实施方案是其中第二层包括纳米复合物。在进一步优选的实施方案中，第二层包括薄膜或支持物。在另一优选的实施方案中，第二层包括聚合物。在另一优选的实施方案中，第二层当用波长范围为200-700nm的光激发时具有荧光。
附图简述
通过下述详细的本发明的优选实施方案参照附图将更好地理解前述目的和其他的目的、方面及优点，其中：
图1为描述根据本发明所述方法的流程图。
图2(a)为根据本发明装置的横截面视图。图2(b)和图2(c)为图2(a)的部分的放大图，图2(b)显示根据本发明的未结合的单链核酸材料，以及图2(c)显示根据本发明的结合的核酸材料。
图3(a)、(b)和(c)一起为显示根据本发明的探查的系列横截面视图。
图4(a)、(b)、(c)和(d)表示根据本发明的用原位纳米复合物构成的设备制作。
图5显示根据本发明的纳米复合物结构的原子力显微图。
图6(a)和(b)显示根据本发明的选择改性的聚苯乙烯表面的光学显微图。
图7显示用在包含本发明实施方案的光致发光-聚合物中的聚苯乙烯的荧光光谱。
图8显示根据本发明所述的在举例的硅表面上聚苯乙烯/聚丁二烯嵌段共聚物球的单层。
图9为聚丁二烯对根据本发明所述的举例的嵌段共聚物以照射时间为函数的蚀刻行为图。
图10为根据本发明所述的举例的材料进行表面处理对水的接触角的影响图。
图11为基于嵌段共聚物的举例的根据本发明所述材料上的ZnS纳米颗粒的场致显微照片。
图12显示根据本发明的含有ZnS材料的光致发光光谱。
图13显示根据本发明的生物芯片的顶视图。
图14(a)、(b)和(c)为系列横截面视图，表示制作本发明共聚体斑点/纳米颗粒的实施方案。
图15(a)-(g)显示制作根据本发明所述的纳米颗粒阵列的举例的工艺流程图。
图16(a)显示根据本发明所述的纳米颗粒/聚合物斑点生物芯片在使用前的举例的结构。图16(b)表示图16(a)在单链核酸已与互补碱基序列杂交形成双链核酸之后的结构。
图17(a)-(c)表示对图16(a)-(b)的装置根据本发明所述的读取方法，其中UV光以一角度在样品上入射，并且记载来自颗粒的发光可见辐射。
本发明的优选实施方案祥述
在第一优选实施方案中，其图1为举例的，本发明无需标记(如荧光染料标记)实现核酸(如DNA、RNA或PNA)或蛋白序列分析，并提供此类无标记测序的可用产品和设备。不使用常规的标记可以检测分子与单链核酸序列的结合。本发明使用一种光致发光的材料，其广泛包括在任一波长发光或由于光子而发光的材料。本发明使用光的应用，输入的光可以是紫外光、可见光、红外光或其他光，没有限制。
在本发明无标记方法的举例的具体实施方案中，提供了已知序列的单链核酸材料。单链核酸材料的实例有DNA、RNA和PNA。单链核酸序列可以为任一长度，优选的实例为大约为25bp；但单链核酸的范围可为5到200bp。
正如参照图1的根据本发明的检测系统所示，可任意地对已知单链核酸单独进行测量或观测100，用数字表示的测量不是必须要获得的，具有校正测量或观测性质的基线测量包含在本发明中。本发明基于差示(而不是绝对的)测量或观测。在一些实施方案中测量或观测100可被排除。
在测量/观测100后，将已知的单链核酸序列与生物样品接触，如包含生物材料的样品，从中获得想要的信息，其中是否包含与单链核酸序列互补的材料。例如，样品可包含未知同一性的变性DNA、RNA或PNA。
为将样品和单链核酸接触，可使用已知的方法，如在生物芯片上提供单链核酸并吸取少量的样品溶液至生物芯片的孔中。生物样品与已知单链核酸材料的接触条件是允许已知的单链核酸材料与生物样品中的至少一种蛋白或核苷酸结合形成复合体，如杂交条件。杂交条件为本领域的专业技术人员所知。在已知的单链核酸与生物样品接触后，如果生物样品中包含互补材料，将会发生结合、杂交和形成复合物。可通过改变温度、盐浓度等，优化杂交条件的软件是已知的。
接触程序之后，进行观测或测量200，用来观测或测量光致发光的变化(如果有的话)。例如，当在生物芯片上提供单链核酸时，生物芯片可被一定波长的光照射，此波长处单链核酸和双链核酸有不同的吸收。根据接触过程中发生的情况，可测量/观测到无变化210，或有变化220。如结果是无变化210，则可以推断样品缺乏与已知单链核酸序列结合的足够互补的材料。
如结果是变化220，则可以推断样品中足够互补的材料已经与已知单链核酸序列结合。从已知单链核酸序列的同一性，可推断互补结合材料的可能的同一性。变化220的量值将随单链DNA与生物材料间互补的程度而变化。变化220是光致发光变化的函数，而光致发光的变化可从位于单链DNA下的支持物中测量。样品中结合到单链DNA上的生物材料越多，可探测的发光差异就越大，这是因为核酸物理性质在其单链状态和结合状态间发生变化。
在本发明优选的实施方案中，已知的单链核酸序列提供在基片、探针、生物芯片或其他固相支持物上，而生物样品以液体形式与固体产品接触。在本发明的其他实施方案中，未知或待测序的生物材料可提供在基片、探针、生物芯片或其他固体产品上，与包含传感器颗粒的液体探针接触，每个传感器颗粒包含已知的单链核酸序列，其附着在光致发光材料上。
本发明的方法和产品可用于测量核酸分子(如DNA、RNA或PNA)或其他蛋白的序列。例如，可以分析未知同一性和序列的一个或多个特异DNA片段(即基因)。测试生物样品的源材料没有特殊的限制，可为任一包含核酸或蛋白的生物材料(如血液、组织、剪下的手指甲等)。生物原材料，如血液，通常需要通过本领域中专业技术人员所知的方法处理成可测试的片段并放在溶液中。
本发明中使用的单链核酸序列并不特别限于其所使用的形式，可采用如单层的形式。特别优选单层。
在优选的实施方案中，将本发明的单链核酸附着在光致发光材料上。优选的附着实例是嫁接。“嫁接”可包括将单链核酸的一部分共价键连到光致发光材料上(如通过赖氨酸或组氨酸的胺连接)，或者可包括物理吸附到光致发光材料上，或以其他结合机理将单链核酸和光致发光材料结合起来，其方式是让单链核酸的一部分游离以结合到其他目的生物材料上。光致发光材料的实例包括但不限于光学活性的薄膜、芳族聚合物、包括金属氧化物或硫化物如掺杂Mn的ZnS等的基体材料。
以非限制的实例方式，在其中将单链核酸单层嫁接到光学活性的薄膜上的实施方案中，当单链核酸单层曝光时，来自附着的光学活性薄膜所发射的光量依赖于单链核酸层的吸收。当单链核酸层与互补分子接触时，单链核酸层就结合到互补分子上。特别地，ssDNA转换成dsDNA。单链核酸的结合引起附着的光致发光材料的荧光发射强度的改变。若所用的单链核酸序列为ssDNA，在260nm范围可观测到ssDNA与dsDNA的荧光强度不同(因为ssDNA的吸收高于dsDNA的吸收)。结合形式(如转换的dsDNA形式)的荧光强度较高，以及此荧光强度可被观测从而确认在所测试样品中存在互补序列。
对于依照本发明的优选材料，如聚苯乙烯作为光致发光层附着到ssDNA上，当ssDNA转换成dsDNA时，光致发光强度的变化仅约为2-4％的区别，所以研究其强度并不特别引人注目。然而，本发明人已有重要的发现，在260-265nm，不仅光吸收改变，而且折射率也改变，由此导致其反射(反射率)改变。到达附着在DNA上的聚苯乙烯的光量可改变高达200％，其原因如下。
DNA一般吸收260-265nm范围(紫外)内的光，并将这样的辐射照射在(未结合的)单链核酸顶层导致对此辐射的吸收、反射和散射。左上方发射的辐射光进入光致发光材料(如聚苯乙烯)引起其发出不同波长的辐射。例如，聚苯乙烯的光致发光波长大约在325nm。然而，如果单链核酸结合成为双链，此时的核酸吸收、散射和反射不同量的激发波长，以致位于核酸层下的光致发光物所经受的放射光量与其结合发生前的情形不同。相应地，光致发光材料发出不同的光致发光强度。折射率改变，由此导致其反射(反射率)改变。到达下层的光致发光材料的光量可改变达200％或更高。这主要由于折射率改变，由此导致其反射(反射率)改变，进而导致与之相关的到达光致发光层的激发光的显著改变。因而，研究附着于核酸序列的光致发光材料的的光量，对未结合与结合的核酸序列提供显著不同的结果。
本发明举例形式的生物芯片的部分示于图2(a)。图2(a)的装置中，光学活性层2包括光致发光材料如纳米复合物或光致发光聚合物，其可按如下使用。作为光致发光材料的纳米复合物可在基体材料中提供，基体材料可任选在激发波长处是光致发光的。图2(b)显示图2(a)的部分的放大视图，显示包含在层3中的每一个单链核酸序列3a。在使用依照本发明装置一个实例中，参照图2(c)，将此装置与互补于单链核酸层3的生物样品材料接触，使得单链核酸序列3a通过与样品中的互补序列3b结合而转换成双链核酸形式33，导致进入光致发光层的输入(即激发)光入射改变。由于当其由单链转换成双链时，DNA层的反射、吸收和散射改变，导致光致发光层的入射光发生改变。因而，作为结合的结果，其由单链到双链的转换引起发射的光致发光的光强度的改变。这一发射的光致发光的光强度的改变可如通过CCD照相机由共焦显微镜或通过光纤光学记载。当使用集成光路方法时，溶液中的杂交过程可在线测量。本发明的在线实施方案可用来同时探查数个基因。
在优选的实施方案中，使用依照图2(a)的装置的实例是提供已知序列的ssDNA作为装置上的单链核酸，然后，将该装置浸在各种未知核酸片段的溶液中。如果溶液中存在与装置上的ssDNA互补的碱基对，则将发生杂交，以及装置上的ssDNA层将从ssDNA转换成dsDNA。本发明可以用来探查是否发生从ssDNA到dsDNA的转换，检测生物样品溶液中是否存在特别的基因(与装置上的已知ssDNA互补)。在对与样品接触的装置读取光致发光后，任何结合材料可采用本领域专业技术人员所熟知的技术从样品上解除下来，用于其他测试或应用中。
依照本发明的探查是测量光致发光的变化，一般如图3所示，其涉及依照图1的发明方法吸收或依照图2(a)的发明装置。参照图3，I0是入射波长为265nm(这是名义上的DNA最大吸收)的UV光的强度。当UV辐射被光致发光材料2的层吸收时，光致发光颗粒发射出强度为I1、I2或I3的可见光(它们代表无DNA嫁接的输出强度(即DNA至少通过一个共价键固定在表面上)。如果AI＝I2-I3可以测出，任何杂交反应的发生皆可测量。ΔI的测量可以在溶液中原位进行，因为由于溶液吸收引起的I0的衰减是不变的，而在可见光范围内DNA和溶液的吸收可忽略不计。
对于图2(a)所示的装置，以纤维光学方式的探查描述于图3(a)、(b)和(c)。图3(a)中的I1是光学活性层2对入射UV光I0的光致发光强度，在此实例中光学活性层为纳米复合物。输出强度降低为I2，因为ssDNA3(图3(b))的沉积进一步降低入射到为纳米复合物的光学活性层2上的UV辐射的强度。当ssDNA3杂交形成dsDNA33时，光强度进一步降低(图3(c))。对于根据图3(c)装置的所得光致发光强度为I3。相关的信号为ΔI＝I2-I3。
根据最终用途，图2(a)的装置任选含有反射层如金层4以增强反射。任选的反射层优选包括非氧化材料，其中金是优选的例子。例如，如图2(a)所示，在反射方式中，反射的金层4使由装置顶面上的光致发光材料所产生的可见光偏转。在透射方式中(主要针对装置特征)，图2(a)的金层4可被省略，以及光致发光的可见光可在样品的另一面探测。在纤维光学方式中，不需要金层4。
人们将意识到依照本发明的测序不需要对待测的DNA进行任何标记即可完成。该无标记特征将允许在DNA结构经受刺激“前”和“后”进行探查。例如，可以用公开的DNA芯片来分析由于UV辐射而引起的基因突变。依照本发明的探针可以探查突变过程的动力学、突变位置，以及更重要地(在药物存在下)评价药物作用对某些突变过程的抑制或增强的影响。
在其他实施方案中，在线集成光路可用来进行根据本发明的DNA测序。在如此的构型中，将装置浸在溶液中，既可测量特定基因序列的同一性，又可测量其杂交动力学。
在进一步的实施方案中，本发明也可用于探查经物理或化学处理“前”和“后”的DNA，其在药物设计应用中特别有用。
除了DNA基因测序应用和其他上述提及的应用以外，本发明实施方案中光致发光的其他应用包括对使用标记方法的装置不可能进行的应用。进一步，由于依照本发明的探针可能是大范围装置，它们可用于从单链核酸片段的混合物中以高精确度和高灵敏度来分离已知序列。因为依照本发明的传感器可制成在线的，所以依照本发明的传感器具有如用于PCR的在线传感器。
用于操作本发明的包含已知单链核酸序列的装置可容易制作，比如通过图4(a)至(d)所示的方法。依照本发明装置的实例有探针、生物芯片以及其他可用于无标记测序的产品。
本发明可用的已知单链核酸序列的长度优选为大约5bp至约200bp，最优选的序列长度约为25bp。
为了制作依照本发明的示范性设备，可将单链核酸序列(优选已知序列)附着到光致发光材料上。核酸的附着技术为本领域的专业技术人员所知，包括但不限于嫁接、固定、电价附着、共价附着、吸附、范德华附着等。优选的附着机理是将核酸序列共价附着到光致发光材料上。可直接或间接将核酸附着到光致发光材料上，如通过插入连接物或附着促进剂。
在依照本发明优选的实例中，单链核酸直接或间接提供到基片1上(图2(a))，基片没有特别的限制。反射或非反射的基片均可使用，优选非反射的基片。基片1没有特别的限制，可按最终用途的探针方法选择。本发明不要求使用基片。
用于本发明的光致发光材料是一种当附着其上的DNA层从单链变成双链核酸序列时容许观测差示光学活性的材料。用于本发明的光致发光材料是当附着其上的单链核酸序列为未结合或结合时具有不同的光学行为的任一材料。此类光致发光材料的实例是芳族分子，如聚苯乙烯或其他聚合物(所有芳族聚合物都会展示光致发光)。用于依照本发明装置中的光致发光材料不需要光致发光标记生物样品材料。用于本发明的光致发光材料(如聚合物)是有所选择的，以便当单链核酸偶合转换成其双链核酸时，能观测到不同的光致发光。优选的光致发光材料为那些容许测量当DNA从单链转化到双链时其光学特性(即复折射率)变化的材料，测量是基于附着在核酸上的光致发光材料的荧光发射强度。用于本发明的优选的光致发光材料为聚苯乙烯。在聚苯乙烯与dsDNA或ssDNA偶合的情况下，在260nm范围内，ssDNA的吸收高于dsDNA，其可从荧光发射强度观测到。
光致发光材料可以是纳米复合物、装填有亚微米至纳米级的光致发光颗粒的薄膜、存在于聚合物基体中的光致发光颗粒或任何其他形式的光致发光材料。
用于本发明的纳米复合物优选包括封装光致发光颗粒的聚合物基体。优选的封装光致发光颗粒的聚合物基体为非湿的，以便除了所要的核酸附着以外没有核酸吸附发生。
然而，其表面可选择性地改性使其容许控制核酸嫁接，以调节每单位面积中的分子密度。优选的附着密度要足够低以避免相临链的缠结并容许足够的链运动，从而加速溶液中的杂交动力学。优选地，密度应该高到当其从单链转化成双链时核酸层的复折射率有较大的变化。聚苯乙烯是符合这些标准的一个实例。
制作依照本发明装置的优选的生产方法包括纳米复合物生产过程、自排列生产过程、纳米颗粒纳米阵列的制作以及聚合物斑点/纳米颗粒制作。
纳米复合物生产方法的一个实例如下。如图4(a)所显示，将纳米复合物薄膜沉积在刚性的基片(如石英或玻璃)上。为了使如图4(b)所示的光滑的纳米复合物薄膜沉积，使用原位3步工艺，其中接着使用合适的金属盐通过离子交换来改性表面。随后，将离子包埋并与活性介质接触形成光致发光颗粒。在颗粒包埋过程中，再生聚合物表面。所得结构如图4(b)所示，图5显示与图4(b)相应的并依照本发明的纳米复合物结构的原子力显微图(AFM)。研究的表面为1×1μm，采用轻敲方式(tapping mode)，其中地形(即对照为高度)和变湿(damping)(即对照为局部硬度)均被制图。比较三种类型的样品，清楚地显示颗粒形成，并且包埋的颗粒要比没有任何离子大量扩散发生磺化时的小。在变湿图中对包埋样品来说对照较弱的事实说明颗粒是向内扩散的以及表面名义上为全部聚苯乙烯。
回到图4的操作，再生的表面(如聚苯乙烯表面)显示于其后的图4(b)，其经过选择性改性。优选地，改性过程为(i)选择性的；(ii)容许表面的官能度密度得以调节；及(iii)提供使得DNA的3’或5’末端可被嫁接的功能。简单的等离子体表面改性和标准的湿表面改性为本领域的专业技术人员所知，任何改性工艺都可用于本发明中的表面处理。
参照图4(c)和4(d)，DNA的嫁接可通过将ssDNA溶液简单分配到功能化的区域来实现。正如参照图6所见，不同ssDNA溶液的小滴放置后会自排列，因其功能性极性区为非极性区所包围。图6(a)和(b)为依照本发明的选择性改性的聚苯乙烯的光学显微图。处理时间为90秒以确保完全改性。通过将样品浸在水中并在空气中吹去过量的水而形成小滴。比例指示为1mm。
自排列特性在降低装置制作成本上是重要的。例如，如果以1mm的节(period)将100×100μm特征制作在25×25mm的基片上，可同时执行超过600种组合。这类沉积几何学可通过现存的微电子制造上常见的分配系统或通过微量吸取来执行。特别优选前者，因为其过程可在100秒内迅速可靠地达到600个数量级的沉积。图4(d)显示用两个不同类型分别标记ssDNA-1和ssDNA-2的ssDNA的部分所获得的表面。
因而，图4显示依照本发明的原位纳米复合物的形成，首先是将高度光滑的聚苯乙烯薄膜沉积到基片上。然后分3步处理薄膜，以产生光致发光颗粒，以及产生ZnS:Mn颗粒。表面再生以在其表面上产生聚苯乙烯。分别用酸性或碱性部分附着到5’或3’端，将薄膜接受相似的表面改性以使表面功能化。
如图2(a)所示，任选在基片1上有提供的金电极4。形成电极4后，包含聚合物和光致发光颗粒的纳米复合物在基片1和电极4上形成。可以使用聚合物和光致发光颗粒的溶液。光致发光颗粒的一个实例可以是提及的颗粒，当其暴露于UV光(波长约265nm)时，发射可见光(如绿光)，如掺杂有Mn的ZnS(即ZnS:Mn)。
在纳米复合物用作光学活性层2的实施方案中，纳米复合物在基片上形成。参照图1，将ssDNA3嫁接到纳米复合物上。优选地，纳米复合物表面已经过改性容许在其上选择性嫁接ssDNA。选择性的改性使得制作具有大量组合的ssDNA芯片成为可能，其可通过微量吸取分配来使用。
在任选的嫁接前的表面改性后，将ssDNA3层嫁接，如通过合适的偶合连接，如双官能的有机化合物，其一端与(表面改性的)聚苯乙烯表面反应，而另一端附着在ssDNA的3’或5’末端。此类有机化合物的实例可从Sigma Chemical Co.(St.Louis，Missouri)和MolecularProbes，Inc.(Eugene，Oregon)购买。
优选地，官能团是高度极性的以获取选择性。通过使聚合物表面的离散区域功能化，ssDNA可“局部”嫁接限定在这些区域中。优选地，这些区域是约100×100微米，从而将方便地在不同表面改性区域中微量吸取不同的ssDNA序列。因此，已知各种序列的ssDNA的阵列可沉积到基片1上。由于功能化的表面是高度极性的，而聚合物(如聚苯乙烯)是非极性的，因此DNA溶液由于表面张力会自排列在功能化的区域上。
嫁接到光学活性聚合物支持物上的ssDNA 3是已知的。在优选的实施方案中，ssDNA 3实质上由ssDNA的单层组成。已知嫁接的ssDNA3层可用来与样品中分子的结合，如与样品的未知ssDNA杂交。当其从单链变为双链时，发射的可见光的量与DNA层的反射率的差异一起单调地增加。反射率的差异与复折射率的变化一起从ssDNA到dsDNA单调地增加。
参照图1，完整的结构包括两个活性层：在纳米复合物上方嫁接的ssDNA 3的顶层，所述纳米复合物是包含光致发光颗粒的光学活性层2。基片1和其他结构的性质取决于终端用途探针方法，如反射方式或透射方式。
在本发明另一实施方案中，图1装置的光学活性层2代替纳米复合物，为光致发光聚合物。这样的装置可包括嫁接到聚合物薄膜上ssDNA单层的两层结构。聚合物薄膜可以是光学活性的一种薄膜，以至当受到UV区域中优选在波长265nm附近的辐射激发时，其具有荧光。例如，薄膜可包括聚苯乙烯。取决于想要的探针应用的终端用途，可将膜沉积在合适的基片上。当此装置暴露于UV光(～265nm波长)时，光活性聚合物膜会发射光，并将该装置用作如上所述的其中光学活性层2是纳米复合物的装置。
图7表示当用于根据本发明所述的装置中时，在各种条件下来自聚苯乙烯的典型的荧光光谱。较低强度的模糊曲线是包被有ssDNA单层的聚苯乙烯的发光光谱。当ssDNA转化为dsDNA时，信号得到加强。峰强度增加以及峰位置红移。在ssDNA转化成dsDNA之前和之后，荧光灯强度的差异被定义为对照。图7中所示的典型对照对译解ssDNA到dsDNA的转化是有意义的。发射光强度(即对照)的变化可由若干种方法记载，如(i)通过CCD照相机的共焦显微镜；和/或(ii)纤维-光学法。纤维-光学集成光路方法将允许在溶液杂交过程中进行在线测量。
含有光致发光聚合物的装置制作如下。可利用表面改性方法来考虑在聚合物表面上进行选择性嫁接ssDNA。特别地，利用简单的微量吸取分配，选择性改性允许制作带有大量组合的ssDNA芯片。参照图2(a)，结构包括两个活性层：在光学活性材料层上方嫁接的ssDNA的顶层，所述光学活性材料层在本实施方案中为荧光聚合物层。基片和其他结构的性质依赖于探针方法。两个典型但是非限制的探针方法是：(i)在反射方式中，有反射Au的第三层以使由此装置最上面的光致发光材料所产生的可见光偏转；(ii)在透射方式中(如主要对装置特征而言)，Au层不包括在内，以及可见光致发光在样品的其他面上被检测到。
光致发光聚合物可包括荧光聚合物或聚合物与光致发光染料的混合物。顶层中的ssDNA是利用合适偶合连接的已知序列，如双功能化的有机化合物，其中一端将与聚苯乙烯表面反应(表面改性)，而另一端将附着到ssDNA的3’或5’端。
优选的是官能团高度极性以获取选择性。通过使聚苯乙烯聚合物的离散区域功能化，ssDNA可局部嫁接限定在这些区域中。优选的是这些区域约100×100微米，从而方便地在不同区域中微量吸取不同的ssDNA序列。因此，各种序列的ssDNA阵列可沉积到聚苯乙烯基片上。由于功能化的表面是高度极性的，而聚苯乙烯是非极性的，因此DNA液滴由于表面张力会自排列在功能化的区域上。图6(a)和6(b)显示根据本发明所述的这样表面改性的聚苯乙烯膜。在膜浸入水中后，仅有改性区域具有润湿特征。
优选地，层2的聚合物选择成非润湿的，这样不吸附DNA是可能的。然而，表面的选择性改性可用于考虑受控的ssDNA嫁接，其中每单位分子强度可被调节。因此，即使液滴太大，液滴也会把自己限制在选择的改性区域中。嫁接密度优选是足够的低，以避免相邻链的缠结，并对足够的链运动留有余地以虑及溶液中的快速杂交动力学。同样，密度优选是足够的高以导致DNA层大量吸收。满足这些标准的一种举例的聚合物是聚苯乙烯。图6(a)和6(b)表示聚苯乙烯的选择性改性，仅将所接触的面积润湿以及适用于单链核酸链嫁接其中。
因此，利用自组装的技术，根据本发明的DNA芯片可被制作，所述自组装的技术比传统制作DNA芯片所用的石印术(lithography)要便宜得多。自组装比传统基于石印术的DNA芯片制作方法要显著便宜。ssDNA的自排列特性被开发出来，特别地，功能性极性区域被非极性区所包围。可靠和相对快速的制作方法可以实现，每分钟许多沉积是可能的。
另一种制作根据本发明所述的装置的方法是在嵌段共聚物模板上点缀纳米颗粒。将包含至少两个链种类的嵌段共聚物沉积在基片上。通过溶液过程或固体形成过程进行沉积。将嵌段共聚物膜进行热处理以使纳米相分成少数聚合物的分散相。分散相的结构可以是纳米球或具有纳米级直径的圆柱体或其他(更)复杂几何形状，这依赖于嵌段共聚物的组成。膜的重要特性是具有相分离区域的结构，其特征大小为5-500nm级。
接着，将嵌段共聚物进行表面处理，其蚀刻表面以接触分散相，并且在相同过程中激活分散相的表面。然而，蚀刻的“基体”聚合物得不到活化。随后，将此结构接触溶剂系统中的无机和/或有机金属盐的前体溶液，其不进攻嵌段共聚物。盐与活化的表面反应，从而在分散相的接触表面上形成选择性沉积。
然后，将沉积盐与活性气体或活性溶液反应以形成特异性限制于分散相区域的纳米颗粒。在纳米颗粒合成步骤之前或之后，可任选将样品退火。退火包埋分散相中的所得纳米颗粒。所得结构定义为具有纳米颗粒的聚合物斑点。
图14表示制作根据本发明所述芯片的举例的工艺流程示意图。将大小范围约为10-1000nm的聚合物“斑点”6在基片1上生产。斑点可以是随机或周期阵列的(参见图14(a))。随后，把单链核酸分子3a附着(如通过嫁接)到各个斑点6上。取决于斑点大小和核酸序列3a中的碱基数，每个斑点6的核酸序列3a数的范围可从约1到10。对于斑点直径低于50nm以及核酸分子多于80个碱基，每个斑点的核酸分子数有可能为1。
图15(a)-(g)显示制作根据本发明所述的核酸芯片的举例的方法。正如图15(a)显示，作为出发物质，在基片1上提供了嵌段共聚物8，其中嵌段物8B中的一种是可由氧化工艺如臭氧或氧等离子体所蚀刻的二烯聚合物。其他聚合物区段8A是臭氧抗性聚合物。聚合物区段8B是多数相以及聚合物区段8A(如球形所示)是少数相。组成是这样，少数相8A分离形成球或球形颗粒。优选地，嵌段共聚物8是相当单分散的，从而在标称上常规的格子中具有球形自组装。作为例子，少数相聚合物区段8A可以是聚苯乙烯(PB)或聚(异丁烯酸甲酯)(PMMA)以及多数相8B可以是聚异戊二烯或聚丁二烯。
在图15(b)中，嵌段共聚物薄膜8是旋转的管状物，经退火后形成微相分离的球的单层。然后，通过臭氧或等离子体蚀刻基体从而形成分离的A球8a。随后，在聚合物的玻璃态转变温度以上将球8a退火以形成聚合物“斑点”88(参见图15(c))。在下一步中，基片1的表面1a通过阴离子基团改性(参见图15(d))以提供改性的斑点88a。用于这样改性的基团可以是强阴离子，当其与Zn、Cd、Pb或Hg盐的水溶液接触时形成盐。在退火后(参见图15(e))形成退火的斑点88b并与H2S接触，II-VI calcogenid纳米颗粒9将在斑点88c中形成(参见图15(f))。为了提供最高的光致发光，可掺杂典型的纳米颗粒，如ZnS:Mn或ZnS:Ag。前者在265nm附近具有最高的光致发光强度，这接近于核酸在UV区域中的最大吸收峰。
在下一步中，斑点表面通过润湿化学、等离子体或电晕再次改性以形成可与核酸链的3’或5’端反应的部分。例如，如果羟基是由水等离子体形成的，磷酸端将反应形成共价键。因此，核酸链将嫁接到聚合物斑点表面上。依赖于核酸的大小，每个斑点可嫁接一个或多个聚合物。对于超过50个碱基的长链来说，由于链的侧向尺寸，每个斑点仅可嫁接一条链(参见图16(a)，其是图15(g)的放大图)。图15(g)和图16(a)显示具有斑点88d中的纳米颗粒9和单链核酸3a嫁接的最终结构。当这样的表面与单链核酸片段的混合物接触时，嫁接到基片上的探针单链核酸将象化学镊子一样起作用以挑选互补单链核酸用于杂交。表面上的所得双链核酸33显示在图16(b)中。纳米颗粒9一般具有的直径范围为2-30nm。斑点88d一般具有的直径约为10-100nm，循环间隔约为10-100nm。
对于如图16(a)-(b)的装置来说，读数的方法提供如下。杂交位点的读数指示匹配，解释在图17(a)-(c)中。当没有核酸的芯片暴露于UV光(激发光或探针光)时，光致发光纳米颗粒辐射可见光范围中的Io(参见图17(a))。可见光在所有方向是相等的。为了避免来自探针(即UV)光的任何干扰，将发光强度Io记载在正常的方向中。当带有单链核酸3a的核酸芯片被接触时，强度变化从Io到Ii，这是因为纳米颗粒上的光入射由于单链核酸的附着使顶端表面的光学特性(即吸收、反射或散射)发生变化而改变(参见图17(b))。当单链核酸杂交形成双链核酸33时，强度进一步变成If(参见图17(c))。从图17(b)到17(c)的变化是由于当DNA从单链转化成双链时DNA复折射率的变化。因此，来自纳米颗粒的光致发光的量在图17所示的三种情况下将相应改变。对照Ii-Io与每单位面积的单链核酸分子数成比例。因而，将提供用于杂交的位点的校正。对照If-Io＝ΔI与同双链杂交的单链核酸数成比例。
上文讨论的生产方法是示例方式而非限制性的。例如，如果提及的是ssDNA，则方法可用于其他核酸。
利用任一种上述的生产方法或任何其他合适的方法，可制作如图13所示的带有象素5阵列的生物芯片。在优选的实施方案中，本发明以104象素(位点)提供用于光致发光测量的DNA芯片。同样的象素在不同的位置可重复100次，因此可进行重复测量以便建立统计学的显著性。例如，可制作具有如图16(a)中所示结构的104μm2探针。各基片可具有不同的单链核酸探针。通过本领域专业技术人员已知的典型集成电路方法，可将UV光输入和可见光输出偶合到基片上。例如可采用光纤。为了提供信噪比，可调制入射波束，并将输出信号锁定在相同频率上。这样的集成方法有利地建立在线传感器，其中各个纤维或纤维束具有不同于另一纤维束的单链核酸种类。以此方式，在混合物中，若干单链核酸可同时被探查，如多基因探针。
“数字”方法可用于制作根据本发明所述的生物芯片，其中将探针位点以10-50nm级的节排列在周期阵列上。离散、周期的排列将允许绝对核酸计数以高灵敏度和准确性以及低的噪音/误差来进行，噪音/误差是由于在“类似”方法中来自邻近片段的信号重叠而出现的。与传统生物芯片技术比较，本发明方法和产品可采用大小为103-104的样品。阵列制作还可根据相对便宜和高度平行的自组装方法而非昂贵的石印技术。
尤其针对核酸，上文已讨论了本发明。由于当一种蛋白与其他蛋白反应或改变结构时，蛋白的复折射率在UV范围中也显著改变，因此传感器或分析装置可被制作来探查如上针对核酸所述的抗原和蛋白。因此，可提供抗原-抗体传感器。在这样的装置中，所需的抗体代替单链核酸。由于不要求标记，这样的装置可以是高度灵敏的传感器，从而检测空气传播或液体中的抗原和蛋白的低含量。检测和装置制作的原理如使用单链核酸所述。
根据本发明的非限制性实施例如下。
实施例1
将聚苯乙烯(PS)/聚丁二烯(PB)的嵌段共聚物膜沉积在硅(Si)表面上以生产高度有序的PS球的分散相。参见图8。然后将此结构与含水汽的等离子体照射以蚀刻丁二烯并改性聚苯乙烯。图9表示典型的蚀刻曲线(对聚丁二烯而言)，显示以照射时间为函数的蚀刻的量。为了证实此表面改性的确是选择性的，将纯的聚合物PS和PB置于相似的处理。图10中以等离子体照射量为函数的水的润湿角清楚地表明PS是改性的，并变成高度极性的(即润湿)，然而PB不是以任何显著方式改性的。特别地，图10表示随着处理时间增加，PS上的水的接触角降低，而PB仍维持高的接触角。将活化表面浸在Zn盐溶液中，并与H2S接触以形成ZnS。图11显示典型的场致发射扫描电子显微照片(SEM)，其中与PB基体比较，PS球是明亮的。与基体中的低原子量物质(即C和H)比较，PB的亮度归功于高原子数Zn的存在。在图11中，在嵌段共聚物上，显示有ZnS纳米颗粒，并且与基体比较，PB离散岛显然是球状和明亮的，这说明ZnS仅受限于PS。PS球的随机排列是由于PB的过度蚀刻。图12中所示的所得样品的光致发光(PL)光谱显示来自ZnS颗粒的光致发光，表明典型的～420nm处的反射峰强烈蓝移100nm以上，这说明存在ZnS的纳米颗粒。强的蓝移是量子限制效应的指征，表明有标称尺寸＜3nm的ZnS颗粒。
实施例2
利用自组装嵌段共聚物单层和高度非均质的蚀刻，通过将ssDNA片段(x)嫁接到纳米颗粒包被的聚合物斑点上来制作结构。将(由聚苯乙烯(PS)制成的)斑点周期性地排列在(硅)基片上。斑点的节和大小范围为10-20nm(参见图14(a))。使直接条带间隙半导体纳米颗粒原位包埋在聚合物中以便确保标称上单分散的大小分布并且简化工艺。使发光激发适应于～260nm处(接近DNA的吸收最大值)的最大值。当ssDNA嫁接后，可见范围的发光灯将从Io衰减到Ii。因此，通过测量差ΔI＝If-Ii，当具有x嫁接的探针位点与ssDNA混合物接触时，y片段的量可定量计算。由于x位点数是已知的，因此有关ΔI的校准常数和附着于基片上的y数被确切地测量。为了获得可检测的对照即ΔI～10％的变化，最低ssDNA大小为50个碱基对序列。对于20nm间距阵列上的50个碱基序列ssDNA来说，每个斑点仅有一条链是可能的，这是由于高斯链的侧向尺寸(参见图14(a))。总阵列大小104μm2足以测量具有保守性量子效率25％和检测器接收角30°的纳米颗粒单层的Io、Ii和If。这样，每个阵列测量2.5×107ssDNA(或～10femogram)的灵敏度是可能的。通过制作具有若干不同ssDNA嫁接的阵列的信号群，并将各个阵列连接到100μm直径的光纤上，可获取若干片段的平行分析。
当本发明根据其优选的实施方案描述后，本领域中的那些技术人员会认识到本发明在附属权利要求书的实质和范围内可作出修饰来实施。

Claims (50)

1.一种无标记检测分子结合的方法，其包括下列步骤：
(a)提供包含第一层和第二层的传感器，所述第一层包括单链核酸序列，所述第二层包括光致发光材料；
(b)将所述传感器与生物样品接触足够时间，以使所述单链核酸序列与所述生物样品中的目的材料结合；
(c)使所述传感器曝光并测量来自所述传感器的光致发光。
2.权利要求1所述的无标记的方法，其中单链核酸选自DNA、RNA和PNA。
3.权利要求1所述的无标记的方法，其中所述第二层选自芳族聚合物、掺杂或未掺杂的金属氧化物、硫化物、硒化物、砷化物、碲化物以及氮化物和磷化物纳米复合物。
4.权利要求1所述的无标记的方法，其中所述第二层包括基体材料，所述光致发光材料与所述基体材料相连。
5.权利要求4所述的方法，其中将所述光致发光材料包埋在所述基体材料中。
6.权利要求1所述的无标记的方法，其中第二层包含聚苯乙烯。
7.权利要求1所述的无标记的方法，其中第二层包含聚合物基体中的光致发光颗粒。
8.权利要求7所述的无标记的方法，其中光致发光颗粒为选自组II和组VI的掺杂或未掺杂的化合物。
9.权利要求8所述的无标记的方法，其包括掺杂或未掺杂的硫化锌。
10.权利要求1所述的无标记的方法，其中第二层包括纳米复合物。
11.权利要求1所述的无标记的方法，其中所述测量步骤包括当波长范围为200-700nm的紫外光施加于第一层时，检测来自第二层的光致发光。
12.权利要求11所述的无标记的方法，其中所施加的紫外光的波长范围为260-265nm。
13.权利要求1所述的无标记的方法，其中第一层包含ssDNA单层。
14.权利要求1所述的无标记的方法，其中第二层包含薄膜或支持物。
15.权利要求1所述的无标记的方法，其中第二层包含聚合物。
16.权利要求1所述的无标记的方法，其中核酸序列为5-200个碱基对。
17.权利要求16所述的无标记的方法，其中序列约为25个碱基对。
18.权利要求1所述的无标记的方法，其中当用波长范围为200-700nm的光激发时，第二层具有荧光。
19.权利要求1所述的无标记的方法，其中传感器包含ssDNA，作为嫁接到第二层上的所述第一层。
20.权利要求1所述的无标记的方法，其包括提供间断的第一层，在所述第一层的不同部分包含不同核酸序列。
21.权利要求1所述的方法，其中将所述第一层安置在所述第二层的第一面上，以及所述测量步骤测量来自所述第二层的第二面的光致发光。
22.权利要求21所述的方法，其中所述第二面为所述第二层上的所述第一面的反面。
23.权利要求1所述的方法，其中将所述第一层安置在所述第二层的第一面上，以及所述测量步骤测量从所述第二层的所述第一面反射的光致发光。
24.一种无标记检测分子结合的设备，其包括：
光源；
具有核酸层和光致发光层的传感器；以及
光致发光检测器。
25.权利要求24所述的设备，其中光源为紫外光源。
26.权利要求24所述的设备，其中光源为红外光源。
27.权利要求24所述的设备，其中光源为可见光源。
28.权利要求24所述的设备，其中检测器为红外到紫外范围的光检测器。
29.权利要求28所述的设备，其中光源为可见光源。
30.权利要求25所述的设备，其中紫外光源提供范围约为260-265nm的紫外光。
31.一种制备无标记的传感器的方法，其包括：
将单链核酸序列与光致发光材料接触。
32.权利要求31所述的设备，其包括将光致发光材料沉积到基片上以形成表面，其后用金属盐通过离子交换处理来改性表面，接着进行离子包埋，再将离子包埋的材料与活性介质接触以形成光致发光颗粒。
33.一种无标记的传感器，其包含第一层和第二层，所述第一层包括单链核酸序列，所述第二层包括光致发光材料。
34.权利要求33所述的传感器，其中单链核酸选自DNA、RNA和PNA。
35.权利要求33所述的传感器，其中所述第二层选自芳族聚合物、金属氧化物和硫化物以及纳米复合物。
36.权利要求33所述的传感器，其中第二层包含聚苯乙烯。
37.权利要求33所述的传感器，其中第二层包括硫化锌。
38.权利要求33所述的传感器，其中第二层包含纳米复合物。
39.权利要求33所述的传感器，其中核酸序列约为25个碱基对。
40.权利要求33所述的传感器，其中第一层包含ssDNA单层。
41.权利要求33所述的传感器，其中第二层由一种材料制成，所述材料当其被UV区域中的辐射激发时发荧光。
42.一种无标记检测抗原结合的方法，其包括下列步骤：
(a)提供包含第一层和第二层的传感器，所述第一层包括抗体，所述第二层包括光致发光材料；
(b)将所述传感器与生物样品接触足够时间，以使所述抗体与所述生物样品中的目的抗原结合；
(c)测量来自所述传感器的光致发光。
43.权利要求42所述的无标记方法，其包括当用波长范围为200-700nm的紫外光施加到第一层时，光致发光测量从第二层反射的光。
44.权利要求43所述的无标记方法，其中所施加的紫外光的波长范围为260-265nm。
45.权利要求42所述的无标记方法，其中第二层当其被紫外辐射激发时发荧光。
46.权利要求42所述的无标记方法，其中第一层是间断的，并包含不同的抗体。
47.一种无标记检测抗体结合的设备，其包括：
光源；
具有包括抗体的第一层和第二光致发光层的传感器；以及
光检测器。
48.一种无标记的传感器，其包含第一层和第二层，所述第一层包括抗体，所述第二层包括光致发光材料。
49.权利要求48所述的传感器，其中第一层是间断的以及包含不同抗体。
50.权利要求49所述的传感器，其包括不同的已知抗体。
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WO (1) WO2002029102A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101228446B (zh) * 2005-07-20 2014-08-06 康宁股份有限公司 无标记高通量生物分子筛选系统和方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030198956A1 (en) * 2002-02-21 2003-10-23 Lee Makowski Staged assembly of nanostructures
FR2811316B1 (fr) * 2000-07-06 2003-01-10 Saint Gobain Substrat texture transparent et procedes pour l'obtenir
US6706479B2 (en) 2000-10-05 2004-03-16 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Bio-chip, photoluminescent methods for identifying biological material, and apparatuses for use with such methods and bio-chips
US7354733B2 (en) * 2001-03-29 2008-04-08 Cellect Technologies Corp. Method for sorting and separating living cells
US7200254B2 (en) * 2002-02-14 2007-04-03 Ngk Insulators, Ltd. Probe reactive chip, sample analysis apparatus, and method thereof
JP3786073B2 (ja) * 2002-10-10 2006-06-14 株式会社日立製作所 生化学センサ用キットおよび測定装置
MXPA06005558A (es) 2003-11-20 2006-12-15 Biowarn Llc Metodologia y aparato para la deteccion de sustancias biologicas.
WO2006009077A1 (ja) * 2004-07-16 2006-01-26 Fujifilm Corporation 蛍光検出方法
FR2860802B1 (fr) * 2004-07-28 2008-02-22 Bertin Technologies Sa Methode pour permettre une lecture en chimiluminescence d'une puce
US20060024814A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Peters Kevin F Aptamer-functionalized electrochemical sensors and methods of fabricating and using the same
US20070110671A1 (en) * 2005-11-14 2007-05-17 Danielle Chamberlin Sensitivity enhancement of POCT devices using gold and silver nanoparticles on patterned substrates
US7781187B2 (en) * 2005-12-30 2010-08-24 Corning Incorporated Fluorescent dyes
US7989229B2 (en) * 2007-09-10 2011-08-02 International Business Machines Corporation Tactile surface inspection during device fabrication or assembly
US8263502B2 (en) * 2008-08-13 2012-09-11 Synos Technology, Inc. Forming substrate structure by filling recesses with deposition material
ES2848062T3 (es) * 2013-12-23 2021-08-05 Illumina Inc Sustratos estructurados para mejorar la detección de emisiones de luz y métodos relacionados con los mismos
CN103728452B (zh) * 2014-01-23 2015-06-24 湖南大学 一种检测黄曲霉素b1的胶体金免疫试剂盒及其制备方法
CN103728451B (zh) * 2014-01-23 2015-06-24 湖南大学 一种检测赭曲霉素a的胶体金免疫试剂盒及其制备方法
US11056613B2 (en) * 2018-04-10 2021-07-06 The Hong Kong University Of Science And Technology Method for production of quantum rods with precisely controllable wavelength of emission

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6060237A (en) 1985-02-26 2000-05-09 Biostar, Inc. Devices and methods for optical detection of nucleic acid hybridization
CA1317206C (en) 1986-09-22 1993-05-04 Takeyuki Kawaguchi Method for detecting a component of a biological system and detection device and kit therefor
US5962218A (en) * 1988-11-03 1999-10-05 Igen International Inc. Methods and apparatus for improved luminescence assays
US5541057A (en) 1989-09-18 1996-07-30 Biostar, Inc. Methods for detection of an analyte
US5194393A (en) 1989-11-21 1993-03-16 Bayar Aktiengesellschaft Optical biosensor and method of use
US5955377A (en) 1991-02-11 1999-09-21 Biostar, Inc. Methods and kits for the amplification of thin film based assays
FR2679255B1 (fr) * 1991-07-17 1993-10-22 Bio Merieux Procede d'immobilisation d'un fragment nucleique par fixation passive sur un support solide, support solide ainsi obtenu et son utilisation.
DE4208645A1 (de) 1992-03-18 1993-09-23 Bayer Ag Optischer festphasenbiosensor auf basis fluoreszenzfarbstoffmarkierter polyionischer schichten
US6241819B1 (en) * 1993-04-20 2001-06-05 North American Philips Corp. Method of manufacturing quantum sized doped semiconductor particles
US5552272A (en) 1993-06-10 1996-09-03 Biostar, Inc. Detection of an analyte by fluorescence using a thin film optical device
FR2708288B1 (fr) 1993-07-26 1995-09-01 Bio Merieux Procédé d'amplification d'acides nucléiques par transcription utilisant le déplacement, réactifs et nécessaire pour la mise en Óoeuvre de ce procédé.
US6284503B1 (en) * 1993-08-20 2001-09-04 University Of Utah Research Foundation Composition and method for regulating the adhesion of cells and biomolecules to hydrophobic surfaces
US6045996A (en) 1993-10-26 2000-04-04 Affymetrix, Inc. Hybridization assays on oligonucleotide arrays
US5547861A (en) 1994-04-18 1996-08-20 Becton, Dickinson And Company Detection of nucleic acid amplification
DE69503126T2 (de) 1994-05-05 1998-11-12 Beckman Instruments Inc Repetitive oligonukleotide matrix
FR2721706B1 (fr) * 1994-06-28 1996-08-09 Commissariat Energie Atomique Transducteur électro-optique de haute impédance.
JPH10509025A (ja) * 1994-08-26 1998-09-08 アイジェン， インコーポレイテッド 固体表面に吸着された核酸の電気的に発生した化学ルミネッセンス性検出のためのバイオセンサーおよび方法
US5707799A (en) 1994-09-30 1998-01-13 Abbott Laboratories Devices and methods utilizing arrays of structures for analyte capture
US5786139A (en) 1994-12-09 1998-07-28 Panvera Corporation Method and kit for detecting nucleic acid cleavage utilizing a covalently attached fluorescent tag
US5837196A (en) 1996-01-26 1998-11-17 The Regents Of The University Of California High density array fabrication and readout method for a fiber optic biosensor
US6117529A (en) * 1996-12-18 2000-09-12 Gunther Leising Organic electroluminescence devices and displays
US5922183A (en) * 1997-06-23 1999-07-13 Eic Laboratories, Inc. Metal oxide matrix biosensors
US6297018B1 (en) 1998-04-17 2001-10-02 Ljl Biosystems, Inc. Methods and apparatus for detecting nucleic acid polymorphisms
US5858653A (en) 1997-09-30 1999-01-12 Surmodics, Inc. Reagent and method for attaching target molecules to a surface
WO2000026019A1 (en) * 1998-11-02 2000-05-11 Purdue Research Foundation Functionalized porous silicon surfaces
US6706479B2 (en) 2000-10-05 2004-03-16 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Bio-chip, photoluminescent methods for identifying biological material, and apparatuses for use with such methods and bio-chips

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101228446B (zh) * 2005-07-20 2014-08-06 康宁股份有限公司 无标记高通量生物分子筛选系统和方法

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