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Diese
Erfindung betrifft Instrumente einfacher Auslegung und einfachen
Betriebs, die zum Messen der Dicke von Dünnfilmen als Funktion von Änderungen
oder einer Dämpfung
einfallenden Lichts verwendet werden. Die Vorrichtungen und Verfahren
dieser Erfindung sind Verbesserungen eines Ellipsometers mit feststehendem
Polarisator, wobei die Filmdicke als Funktion des Grads der Elliptizität in polarisiertem
Licht oder Drehung von polarisiertem Licht, das von einem Dünnfilm reflektiert
wird, in Beziehung gesetzt werden kann. Im Einzelnen betrifft die
Erfindung Verbesserungen der Ellipsometrie, die Messerfassungszeit
beschleunigen und die Kosten von Ellipsometrievorrichtungen zur
Verwendung in bestimmten Bindungsassays und anderen Anwendungen
reduzieren.
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Die
folgende Beschreibung des Hintergrunds der Erfindung wird einfach
als Hilfe zum Verständnis der
Erfindung vorgesehen und soll nicht den Stand der Technik bezüglich der
Erfindung beschreiben oder bilden.
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Optische
Messungen werden häufig
zum Ermitteln der Dicke von Dünnfilmen
verwendet. Ellipsometer bieten diese Information durch Ermitteln
des Grads an Elliptizität
in polarisiertem Licht, das von einem Dünnfilm reflektiert wird. Ellipsometer
umfassen typischerweise eine Lichtquelle, einen Polarisator, einen
Analysator, einen optischen Kompensator oder eine Viertelwellenplatte
und einen Detektor.
U.S. Patent
Nr. 5,936,734 offenbart zum Beispiel das Verwenden von
einzeln, teilweise und/oder mehrfach polarisierter elektromagnetischer
Strahlung für
ellipsometrisches Messen von Bereichen eines strukturierten Probensystems,
während
U.S. Patent Nr. 5,946,098 einen
abgewandelten Ellipsometer offenbart, der ein Retarderelement in
Form eines Prismas umfasst.
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Herkömmlicherweise
werden komplexe mathematische Berechnungen verwendet, um die Schichtdicke
zu bestimmen. Zur Verwendung dieser mathematischen Berechnungen
muss der Ellipsometer zur Messung von Signalstärke am Detektor eine präzise Ausrichtung
der rotierenden Komponenten aufweisen. Es müssen teure und präzise optische Bauteile
verwendet werden, um eine Optimierung der Detektorsignale bei Ausführen von
Schichtdickenmessungen vorzusehen. Die Messzeit ist langsam, doch
kann der Ellipsometer eine präzise
Bestimmung von Dicke und Brechungsindex vorsehen.
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Die
Drehung der Ellipsometerbauteile kann verwendet werden, um eine
sinusförmige
Darstellung der Intensität
am Detektor als Funktion von Zeit und Winkelgeschwindigkeit des
rotierenden Bauteils vorzusehen, wie in
U.S.-Patent 5,581,350 offenbart wird. Messungen
werden bei zwei oder mehr Analysatorwinkeln vorgenommen, um den
Winkel der optischen Achse des Polarisators und den Versatz des
Istwinkels des Analysators im Verhältnis zu seinem Sollwinkel
zu bestimmen. Messungen sehen den Winkel der optischen Achse des
Analysators und den Versatz des Polarisatorwinkels im Verhältnis zu
seinem Sollwinkel vor. Diese Angaben werden zum Kalibrieren des
Ellipsometers genutzt, doch arbeitet die Vorrichtung nach zeitraubenden
herkömmlichen
Grundsätzen,
die für
die Zwecke des Messens von Schichtdicken eine präzise Ausrichtung der rotierenden
Bauteile erfordern. Analog offenbart
U.S.
Patent Nr. 5,877,859 Ellipsometrieverfahren mit einem rotierenden
Kompensator, die einen sich drehenden Kompensator zum Erzeugen eines
Signals mit einer dc-Komponente, einer zwei-Omega-Komponente und
einer vier-Omega-Komponente nutzen.
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Gemäß
U.S. Patent 3,985,447 ist
es auch möglich,
sowohl den optischen Kompensator als auch den Polarisator bei verschiedenen
Winkelgeschwindigkeiten zu drehen, um die sich ergebende übertragene
optische Intensität
als Funktion von Zeit zu messen. Zum Ermitteln der Stokes-Parameter
von Licht, das von dem Dünnfilm
reflektiert wird, wird eine Fourier-Analyse verwendet. Die Filmdicke
und der Brechungsindex des Films können auf diese Weise ebenfalls
beruhend auf den Stokes-Parametern berechnet werden. Ein Nachteil
dieser Vorrichtung ist, dass das System zusätzliche Bauteile erfordert,
einschließlich
eines zeitabhängigen,
rotierenden Kompensators. Diese zusätzlichen Bauteile steigern
die Kosten und Komplexität
des Systems.
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U.S. Patent 4,725,145 offenbart
ein Instrument und ein Verfahren zur Verwendung beim Messen des
Polarisationszustands. Das Instrument enthält nur einen Photodetektor.
Der Photodetektor weist eine Teilspiegelfläche auf und ist zu der Quelle einfallenden
Lichts bei einem schiefen Winkel aufgestellt. Das von dem Photodetektor
adsorbierte Licht erzeugt ein elektrisches Signal, das detektiert
und mit der Polarisation des Lichts in Verbindung gesetzt wird.
Der Detektor kann gedreht werden, um zu ermitteln, ob das Licht
elliptischen Charakter enthielt. Bei der bevorzugten Betriebsart
wird das gesamte System gedreht. Die Verbesserung ist, dass das
Instrument keine Wellenretarder oder Polarisatoren enthält. Das
System kann einen oder mehrere Photodetektoren enthalten. Die adsorbierte
Lichtmenge ist ein Teil der einfallenden Strahlung und hängt von
der Quelle einfallenden Lichts und der Azimuthausrichtung der Einfallsebene
ab. Die Detektoroberfläche dreht
in konischer Weise. Somit ist die Einfallsebene eine Ebene, die
um und durch das einfallende Licht dreht. Die elektrische Ausgabe
wird durch die Drehung moduliert, und somit ist die Modulation ein
Maß des
Polarisationszustands des auf den Detektor auftreffenden Lichts.
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U.S. Patent 5,552,889 offenbart
ein Verfahren zum Messen von Änderungen
polarisierten Lichts, das temperaturunabhängig ist. Das Verfahren prüft die AC-
und DC-Komponenten des Lichts getrennt. Das Verfahren erfordert
eine Instrumentenauslegung, bei der zwei oder mehr Polarisatoren
so angeordnet sind, dass sie nicht orthogonal zueinander sind. Die
Modulation des polarisierten Signals wird dann an einem oder mehreren
Photodetektoren gemessen. Die Intensität einer konstanten Komponente
des Polarisationssignals wird mit der Position der mittleren Polarisationsebene
in Beziehung gesetzt. Die wechselnde Komponente des Polarisationssignals
wird zur konstanten Komponente normalisiert und dann werden die
Phase, die Amplitude und die Position der Polarisation ermittelt.
Das Polarisationssignal wird exakt linearisiert. Das Verfahren erfordert
einen Strahlteiler zum Erzeugen von zwei Lichtstrahlen.
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U.S Patent 5,625,455 offenbart
einen Ellipsometer und ein ellipsometrisches Verfahren. Bei dem
Verfahren können
die komplexe Dielektrizitätskonstante,
der komplexe Brechungsindex, der Transmissionsgrad, der Reflexionsgrad,
der Adsorptionskoeffizient, die optische Dichte und andere optische Eigenschaften
durch den Reflexionsgrad einer monochromen Lichtquelle gemessen
werden. Das Instrument und verwendete Verfahren liefern ein direktes
Maß der
optischen und spektroskopischen Eigenschaften der Probe ohne numerische
Approximierung oder Wellenlängenfrequenzabtastungen.
Die Lichtquelle sollte elliptisch polarisiert sein und der Einfallwinkel
sollte zwischen 0° und
90° liegen.
Die digitalisierten Intensitätsdaten,
die von der Probe reflektiert oder übertragen werden, werden mit
Hilfe von Integralen oder Summen analysiert. Die Integrale eliminieren
Rauschen und ermöglichen
das Starten und Stoppen des Verfahrens bei einem beliebigen Analysatorwinkel.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist es möglich,
einige der Komponenten aus einer ellipsometerähnlichen Vorrichtung zum Zweck
des Senkens der Herstellungskosten zu eliminieren, während immer
noch ein annehmbares Maß an
Genauigkeit geliefert wird.
U.S.
Patent 5,494,829 für
Sandstrom et al. beschreibt eine Vorrichtung, die nach den Grundsätzen der
Ellipsometrie arbeitet, aber einen feststehenden Polarisator und
einen feststehenden Analysator mit dem zusätzlichen Kostenvorteil hat,
dass sie keinen optischen Kompensator oder andere komplexe optische
Bauteile aufweist. Diese Vorrichtung wird für Bindungsassay-Analyse genutzt,
um zu ermitteln, ob eine biochemische Reaktion ein Dünnfilmanalyt
geliefert hat, das das Vorhandensein bakterieller Infektion eines
Patienten anzeigt.
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Nach
dem Patent '829
wird ein Antigen oder ein Antikörper
an einem Substrat gebunden und wird mit einer Analytlösung inkubiert,
die so erzeugt wird, dass sie eine Körperfluidprobe eines Patienten
enthält,
der auf Infektion getestet wird. Eine biochemische Reaktion lässt einen
Dünnfilm
auf dem Substrat wachsen, wenn der entsprechende Antikörper oder das
entsprechende Antigen in der Lösung
vorhanden ist. Ein positives Testergebnis wird durch Signalintensität am Detektor
im Verhältnis
zu einem begrenzenden Schwellwert oder Hintergrundwert angezeigt. Die
Vorrichtung wird typischerweise kalibriert, um die Dicke von Filmen
zu messen, die durch eine bestimmte Antigenreaktion erzeugt wurden.
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Es
wurde eine Reihe von spektrophotometrischen Systemen entwickelt,
um die Dicke von Filmen zu analysieren, insbesondere von Photoresist-Filmen.
Diese Instrumente erfordern komplexe Anordnungen optischer Bauteile
oder konzentrieren sich auf bestimmte geometrische Merkmale in dem
Film. Die Instrumente können
Detektion von mehr als einer Wellenlänge oder einem Winkel erfordern,
um die Filmdicke zu bestimmen. Mehrere der Verfahren funktionieren
nicht ohne exakte Kenntnis des Brechungsindexes des Films. Die Spektrophotometer messen
Filmdicken auf optischen Substraten mit niedrigem Reflexionsvermögen nicht
gut. Die wichtigste Beschränkung
ist das schlechte Signal-Stör-Verhältnis, das
mit diesen Instrumenten erhalten wird. Diese Instrumente haben auch
Schwierigkeiten beim Messen von Filmen wie amorphem Silizium.
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U.S. Patent 4,680,084 beschreibt
zum Beispiel ein sehr kompliziertes Instrument, das mehrere Lichtquellen
und Linsen- und Strahlteiler und mehr als einen Detektor zum Bestimmen
der Dicke eines Films verwendet. Zudem erfordert das Verfahren, dass
das optische Substrat strukturierte Merkmale aufweist, die gegenüber einfallendem
Licht undurchsichtig sind. Diese Merkmale werden zum Korrigieren des
detektierten Signals bei Beträgen
verwendet, die nicht mit der Filmdicke in Verbindung stehen.
U.S. Patent 4,618,262 beschreibt
einen laserbasierten Interferometer, der eine Ätzprozesstiefe mit Hilfe bestimmter
Merkmale auf dem optischen Substrat misst, um zu bestimmen, wann
der Ätzprozess
beendet ist. Bei diesem Verfahren wird der Abstand zwischen benachbarten
Maxima verwendet, um die Ätzgeschwindigkeit
zu bestimmen. Das charakteristische sinusförmige Muster endet, wenn der Ätzprozess
das optische Substrat erreicht. Dieses Verfahren muss Ätzmerkmale
in der Größenordnung
von 1–3
Mikron auflösen
können,
was problematisch ist, da der Laserstrahl einen Durchmesser in der
Größenordnung
von 700 Mikron hat. Somit ist die Auflösung dieser kleinen Merkmale
vom Hintergrund schwierig. Zur Lösung
dieses Problems wurden dem System optische Bauteile hinzugefügt.
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U.S. Patent 5,494,829 beschreibt
die Verwendung eines einfachen Kolorimeters oder Reflektometers
zum Messen einer Farbänderung
oder einer Änderung
der Intensität
zur Auswertung von Bindungsassay-Ergebnissen. Das Signal ist eine
Funktion einer Änderung
der Wellenlänge
oder der Änderung
der Intensität
eines Wellenlängenbereichs,
wobei das optische Substrat so ausgelegt ist, dass es eine visuelle
Interferenzwirkung erzeugt und somit Farbe als Funktion von Dickenänderung ändert.
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U.S. Patent 3,880,524 offenbart
eine Vorrichtung zur Verwendung beim Ermitteln einer Filmdicke einer
von einem Substrat getragenen Untersuchungsprobe. Die Vorrichtung
umfasst: eine Lichtquelle zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung zum
Beleuchten der Probe; ein zwischen der Lichtquelle und der Probe
befindliches erstes Polarisationselement; einen Detektor zum Detektieren
elektromagnetischer Strahlung, die von der Probe reflektiert wird;
und ein zwischen der Probe und dem Detektor befindliches zweites
Polarisationselement. Das zweite Polarisationselement ist ein drehbares
Element ist, welches während
einer AC-Betriebsart der Vorrichtung dreht, um eine s-und/oder p-Komponente
der elektromagnetischen Strahlung im zeitlichen Verlauf zu verändern und
um ein quasi-sinusförmiges
Intensitätssignal
an dem Detektor zu erzeugen. Ein Datenanalysemittel nutzt ein von
dem Detektor erhaltenes Signal, um die Filmdicke der Untersuchungsprobe mit
Hilfe einer Fourier-Analyse
zu bestimmen.
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Es
verbleibt noch die Notwendigkeit, kostengünstige ellipsometrische Instrumente
an die Hand zu geben, die Filmdicke mit annehmbarer Genauigkeit
bei verschiedenen Bindungsassays oder anderen Anwendungen messen.
Diese Notwendigkeit kann durch Ellipsometrie oder andere Dünnfilmmechanismen
für Lichtdämpfung angegangen
werden, wobei die Vorrichtung messen kann, ohne übermäßig viel Zeit auf das Ausrichten
von Systemkomponenten zu verwenden und ohne unnötige optische Bauteile, die
die Systemeffizienz mindern.
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Nach
einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wird eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Bestimmung einer Filmdicke
einer Untersuchungsprobe an die Hand gegeben, die von einem Substrat
getragen wird, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Lichtquelle
zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung zum Beleuchten der Probe;
ein
zwischen der Lichtquelle und der Probe befindliches erstes Polarisationselement;
einen
Detektor zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung, die von
der Probe reflektiert wird;
ein zwischen der Probe und dem
Detektor befindliches zweites Polarisationselement, wobei mindestens
eines der ersten oder zweiten Polarisationselemente ein drehbares
Element ist, welches während einer
AC-Betriebsart der Vorrichtung dreht, um eine s-und/oder p-Komponente
der elektromagnetischen Strahlung im zeitlichen Verlauf zu verändern und
um ein quasi-sinusförmiges
Intensitätssignal
an dem Detektor zu erzeugen; und
ein Datenanalysemittel zum
Nutzen eines von dem Detektor erhaltenen Signals, um die Filmdicke
der Untersuchungsprobe durch Vergleichen einer Amplitudenkennlinie
des aus der Untersuchungsprobe erzeugten quasi-sinusförmigen Intensitätssignals
mit einer Amplitudenkennlinie des aus einer Kontrollprobe mit einer
bekannten Filmdicke erzeugten quasi-sinusförmigen Intensitätssignals
zu ermitteln.
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Nach
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung
wird ein Verfahren zum Messen einer Filmdicke einer Untersuchungsprobe
an die Hand gegeben, welches umfasst:
Vorsehen einer Vorrichtung,
die eine Lichtquelle, einen Polarisator, einen Analysator und einen
Detektor umfasst;
Lenken elektromagnetischer Strahlung von
der Lichtquelle hin zur Untersuchungsprobe, wodurch elektromagnetische
Strahlung von der Probe reflektiert wird;
Polarisieren der
hin zur Untersuchungsprobe gelenkten elektromagnetischen Strahlung
unter Verwendung des Polarisators;
Polarisieren der von der
Probe reflektierten elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung
des Analysators;
Drehen des Polarisators oder des Analysators
während
einer AC-Betriebsart der Vorrichtung, um den s- und/oder p-Anteil
der polarisierten elektromagnetischen Strahlung im zeitlichen Verlauf
zu verändern;
Detektieren
der von der Untersuchungsprobe reflektierten polarisierten elektromagnetischen
Strahlung unter Verwendung des Detektors, wodurch ein quasi-sinusförmiges Signal,
welches der Stärke
der reflektierten elektromagnetischen Strahlung entspricht, erhalten
wird; und
Korrelieren des Signals mit der Filmdicke der Untersuchungsprobe,
wobei der Schritt des Korrelierens das Verwenden einer Standardfunktion
umfasst, welche eine Amplitudenkennlinie des aus der Untersuchungsprobe
erzeugten quasi-sinusförmigen Intensitätssignals
mit einer Amplitudenkennlinie eines quasi-sinusförmigen Intensitätssignals,
das in der gleichen Weise aus einer Kontrollprobe mit einer bekannten
Filmdicke erzeugt wurde, vergleicht.
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Die
nachstehend beschriebenen Ausführungen
sehen Vorrichtungen und ein Verfahren zur Verwendung beim Messen
von Filmdicke vor, das einen AC-Betriebsart-Ellipsometer
mit feststehendem Polarisator umfasst, und haben die folgenden Merkmale und
Vorteile.
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Die
Verwendung einer AC-Betriebsart eliminiert die Notwendigkeit der
präzisen
Ausrichtung der polarisierenden Elemente, wodurch die Kosten für die Herstellung
der Vorrichtung gesenkt werden. Bei der AC-Betriebsart wird eines
der Polarisationselemente, z. B. der Analysator oder der Polarisator,
in vollständigen
Zyklen bei einer konstanten Drehzahl gedreht, um ein Wechselsignal
am Detektorelement zu erzeugen. Die Vorrichtung verbessert das Signal gegenüber bisherigen
Polarisator-Ellipsometern mit festem Winkel, da die Signaländerung
gegenüber
der Dickenänderung
einen steileren Anstieg erzeugt (d. h. eine größere Signaldifferenz bei einer
Dickenänderung)
und somit ein besseres Signal-Stör-Verhältnis. Wenn
der Analysator oder Polarisator dreht, verändert sich das von einer Untersuchungsfläche empfangene
Signal mit der Drehung des Analysators (Polarisators) oder verändert sich
als Funktion von Zeit. Das beobachtete Signal ist somit eine quasi-sinusförmige Kurve
mit einer Amplitude und Phase, die für den analysierten Film charakteristisch
ist.
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Die
Datenanalyse kann jede Kombination von Merkmalen in dem erzeugten
Signal nutzen, verwendet aber bevorzugt eine Differenz von Spitze
zu Spitze als Ausgabe für
einen bestimmten Dünnfilm. Zum
Beispiel kann ein Mittel aller Spitzensignalstärken erzeugt werden und als
Probenwert gemeldet werden. Durch Vergleich des Werts von Spitze
zu Spitze für
eine unbekannte Probe im Verhältnis
zu einer Standardkurve der Instrumentenausgabe gegenüber bekannten
Filmdicken können
exakte Dickenbestimmungen vorgenommen werden. Die Standardkurve
beruht auf einem Film, der von den Eigenschaften ähnlich oder
identisch zu dem analysierten Dünnfilm
ist und der auf einem Substrat mit der gleichen Struktur wie das
mit dem Untersuchungsfilm verwendete Substrat aufgebracht ist. Die
Standardkurve kann auch durch theoretische Berechnungen erzeugt werden.
Der AC-Betriebsart-Ellipsometer ist so ausgelegt, dass alle Instrumentenparameter
modelliert sind, um über
einem vorbestimmten Dickenbereich für vorgegebene Kombinationen
von optischem Träger
und Dünnfilmschicht(en)
eine maximale Dickendifferenzierung zu erlauben.
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Die
nachstehend beschriebenen Ausführungen
geben auch Verfahren zum Verwenden der Vorrichtungen an die Hand,
um eine Änderung
der Lichtintensität
mit einer Änderung
der Filmdicke in Verbindung zu setzen. Eine exakte Dickenbestimmung
kann durch Vergleich mit einer Standardintensitätskurve vorgenommen werden,
die mit bekannten Filmdicken erzeugt wird, wobei die Standardkurve mit
einem bekannten Film erzeugt wird, der dem Untersuchungsfilm optisch ähnlich ist.
Die Detektorsignalintensität
kann ohne Korrektur oder nach Korrektur unter Verwendung einer komparativen
Detektorsignalintensität
verwendet werden (z. B. Anlegen einer normalisierenden Funktion),
die aus einer negativen Bindungskontrollprobe oder einer anderen
Hintergrundmessung erhalten wurde.
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Die
nachstehend beschriebenen Ausführungen überwinden
die dem Fachmann bekannten Probleme, die vorstehend umrissen wurden,
und entwickeln den Stand der Technik weiter, indem sie kostengünstige Vorrichtungen
an die Hand geben, die Filmdicke mit annehmbarer Genauigkeit bei
einer Vielzahl von Bindungsassays und anderen Anwendungen nach den
Grundsätzen
der Ellipsometrie messen. Diese Vorteile werden durch Drehen des Analysators
oder Polarisators zum Erzeugen einer quasisinusförmigen Intensität in reflektiertem
Licht von der untersuchten Probe und durch Abbilden ausgewählter Intensitätswerte
zu einer Filmdicke durch Verwenden einer Standardkurve oder andere
Bezugsdaten erhalten. Ausgewählte
Signale können
in einer Zeitdomäne
entsprechend vorbestimmten Drehungsgraden des Polarisationsfilters
oder anderen Polarisationselements erhalten werden, was den s- und p-Anteil des
polarisierten Lichts verändert.
Diese Intensitätssignale
werden als Eingabe verwendet, um eine Standardfunktion zu erzeugen,
z. B. Standardkurven von empirischen oder theoretischen Daten, die
Filmdicke als Funktion der Größenordnung von
Detektorsignalintensität über einen
Bereich von polarisierender Drehung in Verbindung setzen. Es kann
jedes Abbildungsverfahren verwendet werden, um die Intensität entsprechend
einem bestimmten Drehungsgrad mit einer Filmdicke in Verbindung
zu setzen oder abzubilden. Diese anderen Abbildungsverfahren können ohne
Einschränkung
neuronale Netze und adaptive Filter umfassen, die alle im Kontext
dieser Anmeldung als „Standardfunktionen" bezeichnet werden.
Dieses Konzept ermöglicht
es den hierin beschriebenen Vorrichtungen, Filmdickenmessungen auszuführen, ohne
dass übermäßig viel
Zeit für
die Ausrichtung von Systemkomponenten aufgewendet wird und ohne
Einsatz komplexer Mathematik und komplexer optischer Komponenten.
Das System ist in der Herstellung kostengünstig, da es nicht die Verwendung
eines optischen Kompensators, einer Viertelwellenplatte oder anderer
optischer Präzisionskomponenten
und Komponentenausrichtung erfordert.
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Die
Instrumente der nachstehend beschriebenen Ausführungen sind leicht zu bedienen,
und die Datenauswertung ist unkompliziert. Die Leistung der Instrumente
ist gut vorhersehbar, da die Reaktion auf jedes bestimmte Bindungsassaysystem
modelliert werden kann und die Instrumentierung für die Analyse
einer bestimmten Bindungsassay-Oberflächenauslegung oder einen Bereich ähnlicher
Auslegungen maßgeschneidert
ist.
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Ein
besonderer Vorteil, der sich aus den nachstehend beschriebenen ellipsometrischen
Ausführungen
der Erfindung ergibt, ist, dass der Betrieb der Vorrichtung keine
zeitaufwändige
Positionsanpassung des Polarisationselements erfordert, um die Intensität von Signalen
von dem Detektor zu optimieren. Insbesondere können Messdaten von allen Punkten
im Zyklus der polarisierenden Drehung erfasst und zum Ermitteln
einer Amplitude von Spitze zu Spitze des quasisinusförmigen Signals
erfasst werden. Diese Amplitude von Spitze zu Spitze wird als Eingabe
in die Standardkurve verwendet, um Filmdicke zu bestimmen.
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Ein
besonders bevorzugtes Merkmal der nachstehend beschriebenen ellipsometrischen
Ausführungen
ist die Verwendung einer normalisierenden Funktion, die die Detektorsignalintensität im Verhältnis zu
einer komparativen Detektorsignalintensität ausdrückt, das von einer negativen
Kontrollprobe erhalten wurde. Diese normalisierende Funktion ist am
bevorzugtesten ein Verhältnis
zwischen der Detektorsignalintensität und der komparativen Signalintensität der negativen
Kontrollprobe, z. B. die Detektorsignalintensität dividiert durch die Intensität des Signals
von der negativen Kontrollprobe.
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In
besonders bevorzugten Ausführungen können ein
oder mehrere der folgenden in die Vorrichtungen integriert werden:
(i) eine Lichtquelle, die monochromatische elektromagnetische Strahlung
erzeugt, (ii) elektromagnetische Strahlung gewählt aus der Gruppe bestehend
aus sichtbarem Licht, Infrarotlicht und UV-Licht, (iii) ein erstes
Polarisationselement, das einen drehbaren polarisierenden Filter
umfasst, (iv) ein zweites Polarisationselement, das einen drehbaren
polarisierenden Filter umfasst, (v) ein erstes Polarisationselement,
das einen drehbaren polarisierenden Filter umfasst, und ein zweites
Polarisationselement, das einen feststehenden Analysator umfasst,
(vi) ein erstes Polarisationselement, das einen feststehenden polarisierenden
Filter umfasst, und ein zweites Polarisationselement, des einen drehbaren
Analysator umfasst, (vii) in Beziehen setzen einer Filmdicke mit
einer Amplitude von Spitze zu Spitze des quasi-sinusförmigen Intensitätssignals, (viii)
eine Kontrollprobe, die eine negative Kontrollprobe ist, (ix) eine
Standardfunktion, die eine normalisierende Funktion umfasst, die
die Detektorsignalintensität
mit einer komparativen Detektorsignalintensität in Beziehung setzt, die von
der negativen Kontrollprobe erhalten wurde, und (x) eine normalisierende Funktion,
die ein Verhältnis
der Detektorsignalintensität
und einer komparativen Detektorsignalintensität ist, die von der negativen
Kontrollprobe erhalten wurde.
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In
besonders bevorzugten Ausführen
können
ein oder mehrere der folgenden in die Verfahren integriert werden:
(i) eine Standardfunktion gewählt aus
mehreren Standardfunktionen, die von Proben mit verschiedenen optischen
Eigenschaften erhalten wurden, (ii) eine komparative Detektorsignalintensität, die von
einer negativen Kontrollprobe erhalten wurde, (iii) eine Standardfunktion,
die eine normalisierende Funktion umfasst, die die Detektorsignalintensität mit der
komparativen Detektorsignalintensität in Beziehung setzt, und (iv)
eine normalisierende Funktion, die ein Verhältnis der Detektorsignalintensität und der
komparativen Detektorsignalintensität ist.
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Der
Begriff „Probe", wie er hierin verwendet wird,
bezeichnet jedes Material, das auf der Oberfläche eines Substrats zum Bilden
eines Films aufgebracht werden kann. Bevorzugte Proben können organische
Materialien wie biologische Materialien (z. B. Nukleinsäure, Antikörper, Antigene,
Rezeptoren, Analyte, Chelatbildner, Enzymsubstrate, etc.) oder anorganische
Materialien wie Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid etc.
sein. Eine Probe kann bevorzugt eine Lösung sein, die diese Materialien
enthält.
Der Begriff „negative
Kontrollprobe",
wie er hierin verwendet wird, bezeichnet jedes Substrat, dem ein
Dünnfilm
fehlt. Eine solche negative Kontrollprobe kann zum Schaffen einer
Basislinie oder eines komparativen Signals von der Vorrichtung verwendet werden.
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Die
Begriffe „Film" und „Dünnfilm", wie sie hierin
verwendet werden, bezeichnen eine oder mehrere Schichten aus Probenmaterial,
das auf einer Substratfläche
aufgebracht ist. Ein Film kann eine Dicke von etwa 1 Å, etwa
5 Å, etwa
10 Å,
etwa 25 Å, etwa
50 Å,
etwa 100 Å,
etwa 200 Å,
etwa 350 Å,
etwa 500 Å,
etwa 750 Å,
etwa 1.000 Å und
etwa 2.000 Å, haben.
Besonders bevorzugte Filme reichen von etwa 5 Å bis etwa 1.000 Å; am bevorzugtesten
sind Filme von etwa 5 Å bis
etwa 350 Å.
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Die
Begriffe „Substrat", „optischer
Träger" und „Träger", wie sie hier verwendet
werden, bezeichnen einen Träger
in einer Vorrichtung für
eine zu untersuchende Probe. Geeignete Substrate können aus
einem beliebigen reflektierenden Material hergestellt sein, das
dem Fachmann bekannt ist, und sehen eine ebene Fläche vor,
auf der ein Probenfilm aufgebracht wird. Bevorzugt ist das Substrat
eine polierte Siliziumwafer, Aluminiumoxid oder Glas oder ein mit
einem oder mehreren dieser Materialien beschichtetes Material. Zum
Beispiel kann ein Substrat eine Polycarbonatmembran, die mit einer
Schicht aus amorphem Silizium beschichtet ist, ein faserartiges
Material, das mit Aluminium oder Chrom und einer optischen Schicht
aus amorphem Silizium beschichtet ist, oder eine Keramik, die mit
einer Schicht aus Metall und/oder amorphem Silizium beschichtet ist,
sein. Die primäre
Abwägung
bei der Wahl des Substrats ist das Reflexionsvermögen des
Materials und/oder seine Beschichtbarkeit mit einem reflektierenden
Material.
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Der
Begriff „optischer
Weg", wie er hierin
verwendet wird, bezeichnet einen Weg in einer Vorrichtung, den elektromagnetische
Strahlung nehmen kann. Der optische Weg dient zum Leiten elektromagnetischer
Strahlung von einer Lichtquelle zu einer zu untersuchenden Probe
und letztendlich zu einem Detektor, der eine oder mehrere Eigenschaften
(z. B. Intensität,
Polarisation, etc.) von Licht misst, das durch die Probe reflektiert
wird. Der optische Weg kann verschiedene Elemente der Vorrichtung
enthalten, beispielsweise Polarisationselemente, die so positioniert
sind, dass sie die eintreffende elektromagnetische Strahlung der
Lichtquelle vor dem Kontakt mit der zu untersuchenden Probe und/oder
von der zu untersuchenden Probe reflektierte elektromagnetische
Strahlung polarisieren. Der optische Weg umfasst bevorzugt nur die
Komponenten, die erforderlich sind, um dem Detektor das Liefern
von Signalen zu ermöglichen,
die qualitative Messungen von Filmdicke erleichtern. Solche Vorrichtungen
können
bei Anwendungen, bei denen Ellipsometer traditionell nicht verwendet
werden, beispielsweise in der Arztpraxis, kostengünstig verwendet
werden.
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Der
Begriff „Lichtquelle", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet jede Quelle elektromagnetischer Strahlung. Elektromagnetische
Strahlung kann auch als „Licht" bezeichnet werden.
Eine solche elektromagnetische Strahlung kann Wellenlängen von etwa
10–6 μm bis etwa
108 μm
umfassen; bevorzugt ist elektromagnetische Strahlung aus den UV-
bis Infrarot-Wellenlängen;
besonders bevorzugte elektromagnetische Strahlung ist sichtbares
Licht. Geeignete Lichtquellen sind dem Fachmann bekannt und können jede
Quelle monochromatischer oder polychromatischer Strahlung umfassen.
Die Verwendung monochromatischer Strahlung ist bevorzugt. Die Begriffe „monochromatische
Strahlung" bzw. „monochromatisches" Licht, wie sie hierin
verwendet werden, bezeichnen elektromagnetische Strahlung mit einer
Bandbreite, die ausreichend schmal ist, um für Auslegungszwecke als einzelne
Wellenlänge
zu dienen. Bevorzugte Lichtquellen sind Laser, Laserdioden und LEDs.
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Der
Begriff „Detektor", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet jede Vorrichtung zum Detektieren elektromagnetischer
Strahlung durch die Erzeugung elektrischer oder optischer Signale
und umfasst Photomultiplikatoren, Photodioden und photochemische
Reagenzien, ob diese Detektoren zum Liefern von analogen oder digitalen
Signalen angesteuert werden, sowie eine beliebige andere Lichtdetektionsvorrichtung.
Bevorzugte Detektoren detektieren elektromagnetische Strahlung,
insbesondere sichtbares Licht, mit der resultierenden Erzeugung
von elektrischen oder optischen Signalen. Ein Signalverarbeitungselement
kann diese Signale verarbeiten, um diese Informationen zum Beispiel
durch die Verwendung von Standardkurven zu liefern, um die Signale einer
Filmdicke zuzuordnen. In besonders bevorzugten Ausführungen
wird die Filmdicke als Bindungsassay-Ergebnis ausgelegt, z. B. das
Ergebnis eines Tests, das entweder ein positives, ein negatives
oder ein nicht eindeutiges Ergebnis in einem Test für ein bestimmtes
Analyt zeigt.
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Der
Begriff „Polarisationselement", wie er hierin verwendet
wird, bezeichnet eine Vorrichtung, die eintreffende elektromagnetische
Strahlung empfängt
und daraus Strahlung erzeugt, die polarisiert wird. Geeignete Polarisationselemente,
beispielsweise polarisierende Filter und Analysatoren, sind dem Fachmann
bekannt. Wie hierin beschrieben können Polarisationselemente
so positioniert werden, dass sie eintreffendes Licht der Lichtquelle
vor dem Kontakt mit der zu untersuchenden Probe sowie von der zu
untersuchenden Probe reflektiertes Licht polarisieren. Ein Polarisationselement
kann in dem optischen Weg befestigt sein. Alternativ können ein
oder mehrere der Polarisationselemente einen Mechanismus zum Verändern von
s- und p-Komponenten von polarisiertem Licht im zeitlichen Verlauf
durch Drehen des Polarisationselements oder einer Komponente desselben
an seiner optischen Achse umfassen. Bevorzugt dreht dieser Mechanismus
einen polarisierenden Filter, der in einem herkömmlichen Ellipsometer in der
Position eines Polarisators oder Analysators angeordnet ist. Das
Drehen eines polarisierenden Filters sieht eine entsprechende quasi-sinusförmige Intensität der elektromagnetischen
Strahlung vor, die von der zu untersuchenden Probe reflektiert wird.
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Der
Begriff „lineare
Polarisation", wie
er hierin verwendet wird, bezeichnet einen Polarisationszustand,
bei dem es sich im Wesentlichen um die gesamte s-Polarisation oder die gesamte p-Polarisation handelt.
Elektromagnetische Strahlung wird linear polarisiert, wenn in einem
linearen Zustand nicht genügend
von dem anderen Polarisationszustand vorhanden ist, um das Ergebnis
der Messung zu beeinflussen. Bevorzugt kann ein linearer polarisierender Filter
um bis zu etwa 20° Drehung
weg von seiner optischen Achse gedreht werden, ohne nennenswerte Messfehler
einzuführen;
bevorzugter ist diese Drehung auf unter in etwa 10° beschränkt; noch
bevorzugter ist diese Drehung auf unter in etwa 5° beschränkt, wobei
eine präzise
Ausrichtung von etwa 1° oder
weniger am bevorzugtesten ist.
-
1 stellt
ein erfindungsgemäßes Dünnfilm analysierendes
AC-Betriebsart-Instrument
dar, wobei eines der polarisierenden Elemente gedreht wird.
-
2 stellt
ein Flussdiagramm dar, das mit einem Dünnfilm analysierenden AC-Betriebsart-Instrument
verwendet wird.
-
3 stellt
eine Assayflächenkonstruktion dar,
die zur Analyse mit einem der Dünnfilm
analysierenden Instrumente der Erfindung geeignet ist.
-
4 stellt
ein modelliertes AC-Betriebsart-Assaysystem dar, wobei die Ergebnisse
ein Anstieg der Intensität
als Folge einer zunehmenden Dicke bei verschiedenen Analysatorwinkeln
sind.
-
5 stellt
ein modelliertes AC-Betriebsart-Assaysystem dar, wobei die Ergebnisse
ein Absinken der Intensität
als Folge einer zunehmenden Dicke bei verschiedenen Analysatorwinkeln
sind.
-
6a stellt
die theoretischen quasi-sinusförmigen
Rohdaten das AC-Betriebsart-Assaysystem von 5 dar,
wenn der analysierende Polarisator für unterschiedliche Dicken einer
Bindungsassayschicht um die t-Polymer-Schicht dreht. 6b stellt die
theoretische Endausgabe für
das AC-Betriebsart-Assaysystem von 5 dar.
-
7a stellt
die theoretischen quasi-sinusförmigen
Rohdaten für
das AC-Betriebsart-Assaysystem
von 4 dar, wenn der analysierende Polarisator für verschiedene
Dicken einer Bindungsassayschicht um die t-Polymer-Schicht dreht. 7b stellt
die theoretische Endausgabe für
das AC-Betriebsart-Assaysystem von 4 dar.
-
8 stellt
eine theoretische Ausgabe für ein
Instrument mit einem einzigen Polarisator kombiniert mit einer bestimmten
Oberflächenauslegung dar.
-
AC-Betriebsart-Instrumente
-
1 ist
ein schematisches Schaubild eines Dünnfilm analysierenden Instruments 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine Lichtquelle 102 ist in feststehender Beziehung
zu einem ersten polarisierenden Filter oder Polarisator 104 und
einem Trägerboden 106 angebracht.
Ein Film tragendes Substrat 108 ruht auf der Tragfläche 110.
Ein sich drehender Analysator, d. h. ein zweiter polarisierender
Filter 112, ist mit einem Detektor 114 gekoppelt
oder einstückig
ausgebildet. Eine mögliche
Instrumentenkonfiguration umfasst die kombinierte Anordnung, die den
zweiten polarisierenden Filter und Detektor 114 beinhaltet,
wobei der Analysator durch einen Schrittmotor 116 gedreht
wird, dies ist aber eine weniger erwünschte Auslegung. Ein Steuergerät 118 regelt
die Drehung des Schrittmotors 116 und empfängt Signale
von dem Detektor 114.
-
Die
Lichtquelle 102 kann jede Quelle elektromagnetischer Strahlung
sein, einschließlich
eine polychromatische oder monochromatische Lichtquelle, ist aber
bevorzugt eine monochromatische Lichtquelle, beispielsweise ein
Laser, eine Laserdiode oder eine LED. Die Lichtquelle 102 strahlt
Licht entlang eines ersten Segments 120 des optischen Wegs
ab, um das Film tragende Substrat 108 zu beleuchten. Licht
auf diesem ersten Segment 120 des optischen Wegs wird durch
Wirkung des ersten polarisierenden Elements 102 polarisiert,
das bevorzugt ein linearer polarisierender Filter ist.
-
Dier
Montageboden 106 umfasst eine erste Säule 122, die die Lichtquelle 102 selektiv
festhält, um
Licht so zu übertragen,
dass das erste Segment 120 des optischen Wegs bei einem
Winkel Φ1 ist, der ein Abweichen von der Normalen 124 darstellt,
die bezüglich
des Substrats 108 genommen ist. Das erste Segment 120 des
optischen Wegs kann einen schmalen Lichtstrahl oder einen breiteren
Körper
kollimierten Lichts umfassen. In jedem Fall ist das erste Segment 120 des
optischen Wegs in der Mitte des Strahls vorhanden. Von einem Paar
senkrechter Stellschrauben, einer Kugelgelenk-Reibungsklemme oder
einem beliebigen anderen herkömmlichen
selektiven Einstellmechanismus (keiner ist in 1 dargestellt)
können
selektive Einstellungen vorgenommen werden. Eine zweite Säule 126 sieht
einen ähnlichen
Einstellmechanismus (nicht in 1 dargestellt)
vor, um die Anordnung einschließlich
Schrittmotor 116, Detektor 114 und zweitem polarisierenden
Filter 112 entlang eines zweiten Segments 128 des
optischen Wegs zu zentrieren. Dieses zweite Segment 128 des
optischen Wegs weicht von der Vertikale ebenfalls um einen Winkel Φ1 ab. Ein Becken oder eine Senke 130 ist
in der Fläche 110 zur Positionsausrichtung
des Substrats 108 bezüglich des
ersten und zweiten Segments 120 und 128 des optischen
Wegs ausgebildet.
-
Der
Detektor 114 wird gewählt,
um Licht in Wellenlängen
zu detektieren, das dem durch die Lichtquelle 102 emittierten
und von der Testfläche 132 reflektierten
Licht entspricht. Der Detektor liefert Signale, die die Lichtintensität am Detektor
in beliebigen Einheiten darstellen, die von der Elektronik des Systems
unterstützt
werden. Der Detektor 114 überträgt diese Signale zum Steuergerät 118 am
Kabel 134, und das Steuergerät 118 legt diese Signale
aus, um eine Filmdicke zu bestimmen. Das Steuergerät 118 regelt
auch die Drehung des Schrittmotors 116, der den Analysator 112 an
seiner optischen Achse dreht. Es ist auch möglich, auf den Schrittmotor 116 zu
verzichten und den Analysator 112 zu drehen.
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Es
versteht sich, dass das Gehäuse 136 der Lichtquelle 102 optional
einen Schrittmotor ähnlich dem
Schrittmotor 116 enthalten kann und dass dieser Motor durch
Befehle vom Steuergerät 118 betätigt werden
kann. Somit kann entweder der Polarisator 104 oder der
Analysator 112 für
die Zwecke der Erfindung gedreht werden Da sich eines der polarisierenden
Elemente dreht, ist die präzise
Ausrichtung der beiden polarisierenden Elemente nicht wie bei dem vorbekannten
Instrument mit feststehendem Polarisator erforderlich.
-
Bei
dem AC-Betriebsart-Instrument von 1 wird Lichtverschiedener
Polarisationszustände erzeugt.
Die sich ändernden
Polarisationszustände des
Lichts können
auf die Oberfläche
auffallen, um bei Drehen des Polarisators 104 analysiert
zu werden. Oder Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, kann
durch einen Polarisationszustand sortiert werden, wenn der analysierende
Polarisator (Polarisator 112) gedreht wird. In jedem Fall
wird der Polarisationszustand des auf den Dünnfilm auftreffenden Lichts
ebenfalls durch den Gang und die Reflexion des Lichts von den Grenzflächen an
der Grenzfläche Substrat/Dünnfilm und
Dünnfilm/Luft
geändert.
Die Dämpfung
des Polarisationszustands und somit der Intensität des von der Oberfläche reflektierten
Lichts ist eine Funktion des Einfallwinkels in dem Film und der
Filmdicke. Zum Zweck dieser Beschreibung wird eine Zusammensetzung
aus einem einzigen Dünnfilm
angenommen. In dem Instrument kann auch ein mehrschichtiger Dünnfilm durch
Verwenden einer Annahme, dass das reflektierte Licht jedes Films
zu dem von der Filmgrenzfläche
darüber
reflektierten Licht addiert wird, verwendet werden. Das kombinierte
Produkt ist das Licht, das zur nächsten
Schicht oder zum Detektor reflektiert wird. Das Signal von einer
Testfläche
wird statt durch eine feste, unmittelbare Messung, die in dem vorbekannten
Instrument mit feststehenden Polarisator verwendet wird, als Funktion
der Polarisatordrehung erfasst. Die Drehung des Polarisators erzeugt
ein Signal, das von der Art her quasisinusförmig ist und das Erfassen von
Informationen von Spitze zu Spitze erlaubt. Die Änderung des Signals von Spitze
zu Spitze ist eine Funktion der Dicke des Films. Wenn einer dieser
Werte größer als die
Direktmessung ist, die von dem gleichen Film gemacht wird, verbessert
der AC-Betrieb des Instruments das Ansprechvermögen und die Präzision des Instruments.
Ein zusätzlicher
Vorteil ist, dass die AC-Messung frei von 1/f-Rauschen ist, das
bei optischen Detektoren und elektronischen Verstärkern bei sehr
niedrigen Frequenzen vorliegt. Diese Rauschminderung zusammen mit
einem erhöhten Dickenansprechvermögen verbessert
die Auflösung des
Instruments im Verhältnis
zu herkömmlichen
Instrumenten. Zudem müssen
die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
nicht wie bei der herkömmlichen
Ellipsometrie die tatsächliche
Phase des reflektierten Lichts bestimmen, sondern erfordern nur
die Analyse der Intensität
des reflektierten Lichts. Die Instrumente dieser Erfindung müssen nicht
die Phase des Lichts bestimmten, um eine Bestimmung der Filmdicke
vorzusehen.
-
Der
Einfallwinkel und die Wellenlänge
des einfallenden Lichts werden beruhend auf den optischen Eigenschaften,
dem Brechungsindex, dem Reflexionsvermögen etc. des optischen Substrats gewählt, das
zum Tragen der Dünnfilme
des Bindungsassay verwendet wird. Diese Instrumenteneinstellungen
werden auch durch den Bereich der Dicken beeinflusst, auf die man
in dem Bindungsassay wahrscheinlich trifft.
-
Diese
Parameter können
mit Hilfe einer Reihe von Softwarepaketen für die Dünnfilm-Reflexionstheorie modelliert werden.
-
AC-Betriebsverfahren
-
Der
Prozess der Verwendung des Instruments von 1 folgt
dem Flussdiagramm von 2. Der Prozess P1000 beginnt
mit Schritt P1002, bei dem ein Bediener eine Probe zur Analyse in
das Instrument 100 gibt. Dieses Ablegen entspricht dem Platzieren
des Substrats 108 in der Senke 130. Zu diesem
Zeitpunkt wird eine Kleintastatur oder eine andere Eingabevorrichtung
zum Wählen
einer Art von Assay verwendet, zu deren Ausführung das Gerät kalibriert
ist, um aus Bindungsassays zu wählen. Beispiele
für Bindungsassays
umfassen Immunassays für
Humanes Immundefizienz-Virus (HIV) I oder II oder eine Kombination
davon, Streptococcus Gruppe A, Streptococcus Gruppe B, Respiratory-Syncitial-Virus,
Hepatitis B, eine Chlamydien-Spezies und Herpes Simplex Virus.
-
Schritt
P1004 beginnt die Achsendrehung eines polarisierenden Filters. Diese
Filter umfassen den Polarisator 104 und den Analysator 1122,
doch wird in jeder Instrumentenauslegung nur ein polarisierendes
Element gedreht.
-
Die
Drehung von Schritt P1004 erzeugt ein wechselndes oder quasi-sinusförmiges Iout-Detektorsignal. Der Wert von Spitze zu
Spitze dieser Signale wird durch herkömmliche analoge oder digitale
Verfahren gelesen.
-
Schritt
P1008 umfasst das Normalisieren der Signalintensitätswerte,
die in Schritt P1006 erhalten werden. Diese Normalisierung wird
wie vorstehend beschrieben durch Dividieren des Intensitätssignals durch
ein entsprechendes Intensitätssignal
ausgeführt,
das über
dem gleichen Drehungszyklus bezüglich
einer Probe bekannter Dicke erhalten wird, z. B. einer Kontroll-
oder Hintergrundprobe. Die Normalisierung wird durch Teilen des
Werts von Spitze zu Spitze für
die negative Kontrollprobe in den Wert von Spitze zu Spitze für die zu
untersuchende Probe verwirklicht. Die gesamte Analysezeit hängt von
der Anzahl der Zyklen ab, die gemessen und in der Datenanalyse verwendet
werden. Wenn die Anzahl an Zyklen ansteigt, verbessert sich die
Genauigkeit des Ergebnisses, da aber das Instrument dafür ausgelegt ist, schnelle
Ergebnisse zu liefern, sollte die Anzahl an Zyklen minimiert werden.
Es kann auch die Anzahl an Messpunkten in dem Zyklus angepasst werden, um
den erwünschten
Genauigkeitswert zu liefern, während
eine schnelle Analysezeit beibehalten wird.
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Das
Steuergerät 118 vergleicht
bei Schritt P1010 den berechneten Wert mit einer Standardkurve.
Der Wert von Spitze zu Spitze wird durch Rangfolgenfestlegung der
Größenordnung
der normalisierten summierten Intensitätssignale von Maximum zu Minimum
und Subtrahieren des Mindestwerts vom Höchstwert ausgeführt. Alternativ
können
Werte aus den vorgewählten
Punkten oder Bereichen von Werten in dem Drehungszyklus und Subtrahieren
eines Werts von dem anderen erhalten werden Das AC-Signal wird durch
ein analoges oder digitales Verfahren gemessen, und der Messwert
ist immer proportional zu dem Wert von Spitze zu Spitze, wobei der
Proportionalitätsfaktor
von dem verwendeten Verfahren abhängt. Ein digitales Verfahren
liefert punktuelle Daten, wobei ein analoges Verfahren Daten liefert,
die nach einem vorgewählten
Datenreduktionsalgorithmus analysiert und gemeldet werden. Dementsprechend
wird bevorzugt, dass es zwischen dem normalisierten Intensitätswert von
Spitze zu Spitze in der Y-Achse und einer Filmdicke an der X-Achse eine einzigartige
Zuordnung gibt. Diese Zuordnung wird typischerweise durch eine Passung
der kleinsten Quadrate zweiter oder dritter Ordnung von empirischen
Daten ausgeführt,
die von Proben mit bekannten Dicken erhalten wurden, sie kann aber
auch durch andere dem Fachmann bekannte Verfahren ausgeführt werden.
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Das
Steuergerät 118 schließt bei Schritt P1012
den Testmessungsprozess durch Auslegen der Filmdickenmessung bei
Schritt P1010 ab, um eine die Filmdicke oder ein Assayergebnis darstellende
Ausgabe vorzusehen. Bei einem Halbleiterfertigungsprozess, bei dem
der Film eine bestimmte festgelegte Dicke haben muss, um keinen
Kurzschluss in der hergestellten Vorrichtung zu erzeugen, kann die
Ausgabe zum Beispiel ein Signal sein, das „bestanden" sagt, wenn die Dicke den festgelegten Wert
erfüllt
oder überschreitet.
Die Ausgabe würde „nicht
bestanden" sagen,
wenn die Dicke den festgelegten Wert nicht erreicht. Bei der Auswertung
von Dünnfilm-Bindungsassays
werden zunehmende Dicken als positive Ausgaben ausgelegt, doch kann auch
eine Änderung
der Grenzwertdicke festgelegt werden, unter der die Ergebnisse als
negativ gemeldet werden. Die Ergebnisse können entweder qualitativ oder
quantitativ gemeldet werden.
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4 stellt
eine Simulation eines AC-Betriebsart-Ellipsometers mit feststehendem
Polarisator für
eine Oberflächenauslegung
eines spezifischen Bindungsassay dar. Der verwendete optische Träger ist
eine monokristalline Siliziumwafer, die mit einer 20 Å-Siliziumdioxidschicht
beschichtet ist. Die Wafer trägt
auch eine 475 Å-Siliziumnitridschicht
und eine Anbringungsschicht aus t-Polymersiloxan von 400 Å. Die Wellenlänge des
einfallenden Lichts beträgt
525 nm und der Einfallswinkel zur Normalen liegt bei 20° und das
erste polarisierende Element ist bei 50° befestigt. Die Darstellung
zeigt eine Änderung
der detektierten Intensität
als Funktion der Assaydicke bei verschiedenen Winkeln für den analysierenden
Polarisator. Alle Kurven zeigen eine positive Steigung. In der tatsächlichen
Instrumentenauslegung muss der genaue Winkel des analysierenden
Polarisators nicht bekannt sein. Die gezeigten Kurven sind die Direktbetrieb-Detektionsreaktion,
die bei dem Ellipsometer mit feststehendem Polarisator beobachtet
würde.
Die AC-Betriebsart-Reaktion für
diese Assayauslegung wird in 7a gezeigt.
In 7b ist die am Detektor gemessene Intensität gegen
den sich ändernden Winkel
des Analysators aufgetragen, und die quasi-sinusförmigen Kurven
sind die Detektorreaktion als Funktion einer Änderung der Dicke des Bindungsassay.
Die Kurven in 7a könnten auch als Funktion der
Assayzeit bei Drehen des Analysators bei einer konstanten Drehzahl
dargestellt werden, und der Winkel des sich drehenden Polarisators
muss nicht bekannt sein. Das Instrument muss nicht den vollständigen Polarisationszustand
des Lichts, der von dem Detektor gemessen wird, bestimmen, um eine gültige relative
Messung der Bindungsassay-Dickenänderung
zu liefern. 7b sind die tatsächlichen
Werte von Spitze zu Spitze gegen eine Änderung der Bindungsassay-Dicke
aufgetragen und stellen die tatsächliche
Instrumentenausgabe dar.
-
5 zeigt
eine Simulation eines AC-Betriebsart-Ellipsometers mit feststehendem
Polarisator für
eine bestimmte Oberflächenauslegung
des Bindungsassay. Der verwendete optische Träger ist eine monokristalline
Siliziumwafer, die mit einer 20 Å-Siliziumdioxidschicht beschichtet ist.
Die Wafer trägt auch
eine 475 Å-Siliziumnitridschicht
und eine Anbringungsschicht aus t-Polymersiloxan von 200 Å.
-
Die
Wellenlänge
des einfallenden Lichts beträgt
525 nm, und der Einfallwinkel liegt bei 55° zur Normalen, und das erste
polarisierende Element ist bei 40° befestigt.
Die Darstellung zeigt eine Änderung
der detektierten Intensität
als Funktion der Assaydicke bei verschiedenen Winkeln für den analysierenden
Polarisator. Alle Kurven zeigen eine negative Steigung. In der tatsächlichen
Instrumentenauslegung muss der genaue Winkel des analysierenden Polarisators
wiederum nicht bekannt sein. Die gezeigten Kurven sind die Direktbetrieb-Detektionsreaktion,
die bei dem Ellipsometer mit feststehendem Polarisator beobachtet
würde.
Die AC-Betriebsart-Reaktion
für diese
Assayauslegung wird in 6a gezeigt. In 6a ist
die am Detektor gemessene Intensität gegen den sich ändernden
Winkel des Analysators aufgetragen, und die quasi-sinusförmigen Kurven
sind die Detektorreaktion als Funktion einer Änderung der Dicke des Bindungsassay.
Die Kurven in 6a könnten auch als Funktion der
Assayzeit bei Drehen des Analysators bei einer konstanten Drehzahl
dargestellt werden, und der Winkel des sich drehenden Polarisators
muss nicht bekannt sein. Das Instrument muss nicht den vollständigen Polarisationszustand
des Lichts, der von dem Detektor gemessen wird, bestimmen, um eine
gültige
relative Messung der Bindungsassay-Dickenänderung zu liefern. 6b sind
die tatsächlichen
Werte von Spitze zu Spitze aufgetragen gegen eine Änderung der
Bindungsassay-Dicke und stellen die tatsächliche Instrumentenausgabe
dar. Während
die Direktmessung der Dicke in 5 wie die
Kurven in 6a eine negative Steigung zeigt,
wird die Endausgabe des instruments, 6b, als
positive Neigung mit sich ändernder
Assay-Dicke dargestellt, da der Wert von Spitze zu Spitze immer
als positive Zahl dargestellt werden kann.
-
Die
in 4 und 5 dargestellte theoretische
Reaktion des Direktbetriebs wird zum Wählen der geeigneten Wellenlänge, des
geeigneten Einfallwinkels, der Einstellungen des feststehenden Polarisators
für eine
vorgegebene Auslegung des Assayträgers verwendet. Die Instrumentenparameter
werden festgelegt, wenn die Darstellungen der Direktbetriebreaktion
den höchsten
Grad an Signalauflösung als
Funktion von Dickenänderung
zeigen, die für
das Bindungsassaysystem erwartet werden. 6a und 7a zeigen
die tatsächlichen
quasi-sinusförmigen Daten,
die von den AC-Betriebsart-Instrumenten unter den gewählten spezifischen Bedingungen
erfasst werden. 6b und 7b zeigen
die tatsächliche Instrumentenausgabe.
-
Dünnfilmmessungen bei der Bioassay-Auswertung
-
Alle
Dünnfilm
analysierenden Instrumente dieser Erfindung sind insbesondere beim
Vorsehen von Dünnfilmmessungen
brauchbar, die hoch spezifische und leicht reagierende Indikatoren
der Bioassay-Ergebnisse und insbesondere von Bindungsassays wie
Immunassays oder Nukleinsäuren-Hybridisierungsassays
sind. Bei Bindungsassays wird ein fester Träger mit einem Material beschichtet,
das für ein
interessierendes Analyt spezifisch ist. Ein Analyt ist ein Material,
das einer bestimmten gewünschten Erkrankung,
Bedingung, Umgebung etc. einzigartig zugeordnet ist. Sandstrom et
al.,
U.S. Patent 5,494,829 ,
beschreibt zahlreiche Dünnfilm-Bindungsassay-Verfahren.
Die bevorzugtesten Bindungsassays umfassen die Verwendung von Enzym-/Substratpaaren,
die ein unlösliches
ausgefälltes
Reaktionsprodukt erzeugen. Die katalytische Natur dieser Reaktion
verstärkt
das Ansprechvermögen
des Assay durch ständiges
Ausfällen
eines Reaktionsprodukts, um eine Filmdicke aufzubauen. Das Enzym wird
durch Konjugation des Enzyms an einem analyt-spezifischen Reagens
in das Dünnfilm-Bindungsassay
eingebracht.
-
Allgemeiner
gesagt, ist jeder Reaktionsprozess, der eine bestimmte Komponente
vorsieht, die an einem rezeptiven Material durch Wechselwirkung mit
einem spezifischen Analyt angebracht werden kann und eine Umwandlung
eines Substrats zu einem ausgefällten
Filmreaktionsprodukt katalysieren kann, für diese Art von katalytisch
verstärktem
Bindungsassay geeignet. Enzyme, die für diesen Verstärkungszweck
brauchbar sind, umfassen Glukoseoxidase, Galaktosidase-Peroxidase, alkalische Phosphatase
und dergleichen.
-
3 zeigt
eine Probe 700 zur Verwendung in Bindungsassays. Die Probe 700 entspricht
dem Substrat 108 von 1 und wird
als Probe zur Analyse in Dünnfilmmessungen
verwendet, nachdem sie mit einer Probe, die einem Patienten entnommen wurde,
der mit einem bestimmten Mikroorganismus oder einer Kombination
von Mikroorganismen infiziert sein kann, oder einer anderen Quelle
von Testmaterial inkubiert wurde. Die jeweiligen Schichten der Probe 700 sind
nicht maßstabgetreu
eingezeichnet und wurden zum Zweck der Erläuterung der Konzepte eingezeichnet,
die die Verwendung der Dünnfilm
analysierenden Instrumente bei der Auswertung der Bindungsassays
betreffen. Ein optischer Träger 702 sieht
den primären
baulichen Träger
für alle
anderen Schichten vor. Dieser optische Träger kann eine herkömmliche
polierte Siliziumwafer sein und ist bevorzugt monokristallines Silizium,
wenngleich Aluminiumoxid, Glas oder andere Arten von reflektierenden
Materialien auch verwendet werden können. Der optische Träger kann
eine Reihe von zusätzlichen Filmen
tragen. Die primäre Überlegung
bei der Wahl des optischen Trägers 702 ist
das Reflexionsvermögen
des Materials und/oder seine Beschichtbarkeit mit einem reflektierenden
Material. Der optische Träger
muss mit den Beschichtungsprozessen kompatibel sein, die zum Erzeugen
von Folgeschichten verwendet werden, und muss gegenüber des
Testumfeld stabil sein.
-
Ein
optionaler Film 704 kann verwendet werden, um eine Anpassungsschicht
zu erzeugen. Durch Wählen
einer geeigneten Dicke derselben sowie der Wellenlänge von
Licht und des Einfallwinkels, die in dem Instrument verwendet werden,
kann die Kurve Dicke-Reflexionsgrad optimiert werden, um das maximale
Dickenansprechvermögen
zu ergeben. Ein Antireflexionsfilm dämpft eine oder mehrere Wellenlängen von
Licht durch die zerstörende
Interferenz dieser Wellenlänge
an den verschiedenen Grenzflächen
der Dünnfilmstruktur 700.
Eine Anbringungsschicht 706 dient zum Verbessern des Anhaftens
von analyt-spezifischem
Bindungsreagens an der Oberfläche
des optischen Trägers 702 oder
des optischen Films 704, wenn diese vorhanden ist. Bestimmte
Filme können
sowohl die optische Funktion als auch die Anbringungsfunktion übernehmen.
Die Eignung eines einzelnen Films für beide Funktionen sollte in
Verbindung mit dem analyt-spezifischem Bindungsreagens
getestet werden, um sicherzustellen, dass eine angemessene Reagensdichte
erreicht und an der Oberfläche
gehalten werden kann. Die analyt-spezifische Bindungsschicht ist 708.
Repräsentative
analyt-spezifische Bindungsreagenzien umfassen Antikörper, Antigene,
Nukleinsäuren,
Rezeptoren, Chelatbildner, etc. Optional wird eine Schutzschicht
verwendet, um die biorezeptive Schicht 708 während Lagerung
(Schicht ist nicht gezeigt) zu schützen. Diese Schutzschicht löst sich während Inkubation
mit einer Analytlösung
auf.
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Während des
Bindungsassay reagiert die analyt-spezifische Schicht mit Analyt,
um die Schicht 710 zu erzeugen. Die Schicht 710 besteht
auch aus dem verstärkenden
Reagens, beispielsweise einem an einem Enzym konjugierten Antikörper. Die
Schicht besteht ferner aus dem ausgefällten oder gebundenen Reaktionsprodukt,
das durch Wechselwirkung des Enzyms mit einem geeigneten Enzymsubstrat erzeugt
wird. Das verstärkende
Material könnte
auch nicht enzymatisch erzeugt werden.
-
Ein
besonders bevorzugtes Merkmal der Erfindung ist, dass die Anbringungsschicht 706,
die analyt-spezifische Bindungsschicht 708 und die analythaltige
Ausfällreaktionsprodukt-Schicht 710 in etwa
die gleichen Brechungsindizes haben. Somit wird basierend auf dieser
Annahme angenommen, dass diese Schichten als eine Schicht funktionieren und
dass die Vorrichtung durch die Ergebnisse theoretischer Berechnungen
leicht kalibriert wird. Während
die mathematische Lösung
viel komplexer ist, wenn diese Brechungsindizes signifikant unterschiedlich
sind, bleiben dagegen die Betriebsprinzipien, die zu den quasi-sinusförmigen Kurven
am Detektor führen,
gleich.
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Die
optionale optische Schicht 704 ist bevorzugt aus Materialien
wie Titandioxid oder Siliziumnitrid gebildet. Diese Materialien
müssen
unter Vakuum aufgesputtert werden oder aus Metallalkoxid- und Metallcarboxylat-Vorstufenflüssigkeiten
durch Rotation aufgebracht werden, die in Sauerstoff- oder Stickstoffumgebung
pyrolisiert werden, um den erwünschten
Film zu erzeugen. Ein als Tyzor TPT (Tetraisopropyltitanat) bekanntes
Organotitanat ist zum Beispiel von Dupont erhältlich. Ein ml der Organotitanatlösung kann
mit 3 ml Eisessig, 3 ml Alkohol, 3 ml deionisiertem Wasser und 10 μl von 3M'sFC171 Fluortensid
gemischt werden. Isopropanol, t-Amylalkohol, Ethanol oder Aceton
können
mit dem Wasser für
diese Anwendung verwendet werden. Ethanol sollte sparsam verwendet
oder vermieden werden, da es zu Ausfällung des Titans führt. Etwa
500 ml dieses Gemisches werden auf eine Wafer aufgebracht, um einen
gleichmäßigen Film
durch ein statisches Rotationsbeschichtungsverfahren zu erzeugen.
Der Film wird durch Erwärmen
in einem Ofen auf 250° über zwei
Stunden oder durch Mikrowellenbehandlung der nass beschichteten
Wafer bei 400 Watt über
zwei Minuten gehärtet.
-
Es
gibt mehrere geeignete Bindungsmittel zur Verwendung in der Anbringungsschicht 706.
Diese umfassen (Trimethoxysilylpropyl)Polyethylenimin (z. B. PEI
von Petrarch, Bristol, PA), das typischerweise 1:500 in Methanol
verdünnt
wird, auf eine Wafer durch Rotation aufgebracht oder aufgesprüht wird und
bei 100°C
unter einem Vakuum von 0,1 mmHg gehärtet wird, um eine Dicke von
etwa 80 Å vorzusehen.
Das Bindungsagens kann verbessert werden, um Zweigpunkte entlang
der linearen PEI-Kette zu bilden, indem der PEI-Film Dimethyldichlorsilan
(z. B. DMDCS von Sigma Chemical Co, St. Louis, MO) ausgesetzt wird,
das typischerweise auf eine Konzentration von etwa 2 Volumenprozent
in 1,1,1-Trichlorethan
gemischt wird. Das Eintauchen der PEI-beschichteten Wafer in diese
Lösung über 60 Minuten
bei 25°C
gefolgt von einem Alkoholspülen
und Trocknen unter Stickstoff-Fluss ergibt eine Anbringungsschicht,
die etwa 200 Å dick
ist. Polystyren (z. B. handelsübliches
Polystyren von Becton Dickinson, Oxnard, CA) kann in Toluen oder
einem anderen Lösungsmittel
auf ein Verhältnis
von 0,025 g/ml aufgelöst,
auf eine Wafer durch Rotation aufgebracht und 60 Minuten lang bei
25°C gehärtet werden,
um eine Endschicht von einer Dicke von etwa 200 Å zu erhalten. Die MSA-Starburst-Polymere
von Polysciences, Warrington, PA, können 1:4 (v/v) in Methanol
verdünnt
werden, auf die Wafer durch Rotation aufgebracht werden und 120
Minuten lang durch Wärmebehandeln
bei 25°C
in Luft gehärtet
werden, um eine Endanbringungsschicht mit einer Dicke von in etwa 40 Å zu erhalten.
Andere geeignete Bindungsmittelmaterialien umfassen das TC7A-Filmbildungs-Latexmaterial
von Seradyn, Indianapolis, IN; Dimethyldiphenyl-Siloxan-Copolymer
(z. B. DMDPS von Petrach, Bristol, PA); Mercatopropylmethyldimethyl-Siloxan-Copolymer
(z. B. Mercapto von Petrach, Bristol, PA); N-(2-Aminoethyl-3-aminopropyl)trimethoxysilan
(z. B. BAS Petrarch, Bristol, PA); triethoxysilyl-modifiziertes
Polybutadien (z. B. PBD von Petrarch, Bristol, PA); und (Methylphenyl)methyldodecyl-methylaminopropylmethyl-siloxan.
Diese Materialien werden zum Binden der biorezeptiven Schicht 706 nach
herkömmlichen
Verfahren verwendet.
-
Die
analyt-spezifische Bindungsschicht 708 umfasst ein rezeptives
Material, das als ein Teil eines spezifischen Bindungspaars definiert
ist. Dies umfasst, ist aber nicht hierauf beschränkt: Antigen/Antikörper, Enzym/Substrat,
Oligonukleotid/DNA, Chelatbildner/Metall, Enzym/Inhibitor, Bakterien/Rezeptor, Virus/Rezeptor,
Hormon/Rezeptor, DNA/RNA, Oligonukleotid/RNA und Bindung dieser
Spezies an einer beliebigen anderen Spezies sowie die Wechselwirkung
dieser Spezies mit anorganischen Spezies. Unterklassen von analyt-spezifischen
Bindungsmaterialien umfassen zum Beispiel Toxine, Antikörper, Antigene,
Hormonrezeptoren, Parasiten, Zellen, Halbantigene, Metaboliten,
Allergene, Nukleinsäuren,
Nuklearstoffe, Autoantikörper,
Blutproteine, Zellendebris, Enzyme, Gewebeproteine, Enzymsubstrate,
Coenzyme, Neuronentransmitter, Viren, virale Partikel, Mikroorganismen,
Polysaccharide, Chelatbildner, Arzneimittel und ein beliebiges anderes
Element eines spezifischen Bindungspaars.
-
Das
Rezeptormaterial ist gekennzeichnet durch eine Fähigkeit, das interessierende
Analyt bzw. die interessierenden Analyte spezifisch zu binden. Das
interessierende Analyt bzw. die interessierenden Analyte werden
aus einer zu analysierenden Untersuchungsprobe für einen bestimmten Zustand
oder eine bestimmte Bedingung, beispielsweise eine Erkrankung, erhalten.
Die Proben finden sich in der Matrix von Materialien wie Fluiden,
Feststoffen oder Gasen; insbesondere Schleim, Speichel, Urin, Fäzes, Gewebe,
Mark, Liquor, Serum, Plasma, Vollblut, Sputum, gepufferte Lösungen,
extrahierte Lösungen,
Samen, Vaginalsekrete, perikardiale, gastrische, peritoneale, pleurale
oder andere Waschungen und dergleichen. Oder die Probe kann eine
Boden- oder Wasserprobe oder eine Lebensmittelprobe etc. sein. Das
Vorhandensein eines Analyts ist in Indikator für eine infektiöse Erkrankung,
Krebs, eine Stoffwechselerkrankung, Lebensmittelvergiftung, toxische
Exposition, Arzneimittelmissbrauch oder Werte von therapeutischen
Mitteln. Das Vorhandensein eines Analyts kann auch Umweltverschmutzung,
Vorhandensein eines unerwünschten
Abfallprodukts, Lebensmittelverunreinigung etc. anzeigen.
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Das
verstärkende
Reagens, das ein Bestandteil der Schicht 710 ist, ist am
bevorzugtesten ein Antikörper
mit Enzym-Marker. Zum Beispiel ergibt sich ein unlösliches
Reaktionsprodukt, wenn ein immobilisierter Antikörper-Antigen-Antikörper-Enzym-Komplex
auf der Testfläche
vorhanden ist. Ein Reaktionsprodukt wird durch das Wirken des Enzyms
auf ein Ausfällungsmittel
in der Lösung
katalytisch ausgefällt.
Ausfällungsmittel
umfassen Kombinationen aus Alginsäure, Dextransulfat, Methylvinylether/Maleinsäureanhydrid-Copolymer
oder Carrageenan und dergleichen sowie das durch die Wechselwirkung
von TMB (3,3',5,5'-Tetramethyl-benzidin) mit
einem freien Sauerstoffradikal gebildete Produkt. Dieses bestimmte
Ausfällungsmittel
bildet ein unlösliches
Produkt, sobald ein freies Radikal das TMB kontaktiert. Andere Substanzen,
einschließlich
Chlornaphthol, Diaminbenzidentetrahydrochlorid, Aminoethylcarbazol,
Orthophenylendiamein und dergleichen, können ebenfalls als Ausfällungsmittel
verwendet werden. Das Ausfällungsmittel
wird typischerweise in Konzentrationen verwendet, die von etwa 10 mM
bis 100 mM reichen. Doch kann jedes Material, das an einem analyt-spezifischen Bindungsreagens angebracht
werden kann und zum Vergrößern der
Dicke der Schicht 710 dienen kann, verwendet werden.
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Beispiele
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Beispiel 1: Enzymverstärkung des Bindungsassay
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Meerrettich-Peroxidase
(Sigma Sorte VI) wurde mit Immunglobulinen chemisch verbunden, die
durch Octansäure-Ausfällung aus
gesammelten Seren hohen Titers von Kaninchen gereinigt wurden, denen
zuvor Zellsuspensionen von Kulturen von Neisseria meningitidis A,
C, Y, W135 injiziert wurden. Die Verbindung
erfolgte mit Hilfe des Reagens S-Acetylthioessigsäure-N-hydroxysuccinimidester nach
herkömmlichen
Verfahren, die in Analytical Biochemistry 132 (1983) 68–73 beschrieben
werden. Das resultierende Konjugat enthielt Peroxidase (104 μM) und Immunglobulin
(35 μM)
in einem Puffer aus 4-Morpholinpropansulfonsäure (MOPS), 50 mM, pH 7,0.
Das Peroxidase-Immunglobulin-Konjugat wurde in MOPS-Puffer zusammen
mit Casein (5 mg/ml) verdünnt
und mit einem gleichen Volumen einer Verdünnung eines zellfreien Filtrats
von einer Kultur von Neisseria meningitidis Organismen gemischt.
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Ein
25 μl Aliquot
des Gemisches wurde per Pipette zur Oberfläche einer Siliziumwafer übertragen,
die mit Schichten aus Siliziumnitrid, T-Polymersiloxan und gereinigtem
Immunglobulin aus dem gleichen Kaninchen-Antikörperpräparat zu Neisseria meningitidis
beschichtet war. Antikörper
wurde auf die t-Polymer/Siliziumwafer
aus einer Lösung
aufgebracht, die 10 μg/l
Antikörper
in 50 mM MOPS, pH 7,0 enthielt. Die Wafer blieb eine Stunde lang
bei Umgebungstemperatur in dem Antikörper eingetaucht, wurde mit
deionisiertem Wasser gespült
und unter einem Stickstoffstrom getrocknet. Das mit Antikörper beschichtete
Substrat wurde durch Inkubieren des beschichteten Substrats in 0,5
mg/ml hydrolisierten Caseins in 50 mM MOPS pH = 7,0 eine Stunde
lang bei Umgebungstemperatur weiterbehandelt, gefolgt von Spülen und
Trocknen.
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Die
Peroxidase, Immunglobulin und zellfreies Filtrat von Neisseria meningitidis
Organismen enthaltende Konjugatlösung
wurde auf die Oberfläche der
Wafer aufgebracht und durfte 2 Minuten lang inkubieren. Die Probe
wurde mit Wasser gewaschen und unter einem Stickstoffstrom getrocknet.
Abtupfen mit einer Filtervorrichtung ist für die Zwecke des Trocknens
ebenfalls geeignet. Eine Lösung
aus einem ausfällenden
TMB-Substrat wurde 4 Minuten lang auf die Oberfläche aufgebracht und dann wie
zuvor gewaschen und getrocknet. Die das ausgefällte Reaktionsprodukt enthaltende
Wafer wird zur Dickenstimmung in Dünnfilm analysierende Instrumente
gegeben.
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Diese
Verfahrensweisen können
zum Beispiel für
H. influenza Gruppe B, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus Gruppe
B und E. coli K1 wiederholt werden.
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Die
spezifische Art der Wechselwirkung des rezeptiven Paars ist für den Zweck
der Erfindung unbedeutend. Beispielhafte Arten von Wechselwirkungen
des Bindungsassay umfassen Bindungsassays für Humanes Immundefizienz-Virus
(HIV) I oder II oder eine Kombination davon, Streptococcus Gruppe A,
Streptococcus Gruppe B, Respiratory-Syncitial-Virus, Hepatitis B,
eine Chlamydien-Spezies und Herpes Simplex Virus.
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Während die
Erfindung für
den Fachmann ausreichend detailliert beschrieben und veranschaulicht
wurde, damit er diese anwenden und nutzen kann, sollten verschiedene
Alternativen, Abwandlungen und Verbesserungen offensichtlich sein,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Ein
Fachmann wird mühelos
erkennen, dass die vorliegende Erfindung gut geeignet ist, um die Aufgaben
zu erfüllen
und die erwähnten
sowie die inhärenten
Zwecke und Vorteile zu erhalten. Die Zelllinien, Embryos, Tiere
sowie Prozesse und Verfahren zum Erzeugen derselben sind für bevorzugte
Ausführungen
repräsentativ,
sind beispielhaft und sind nicht als Einschränkungen des Schutzumfangs der
Erfindung gedacht. Abwandlungen derselben und andere Anwendungsmöglichkeiten
liegen für
den Fachmann auf der Hand.
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Alle
in der Beschreibung erwähnten
Patente und Veröffentlichungen
dienen als Hinweis für
den Durchschnittsfachmann, an den sich diese Erfindung richtet.
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Die
Begriffe und Ausdrücke,
die verwendet wurden, werden als beschreibende, nicht als einschränkende Begriffe
verwendet, und die Verwendung dieser Begriffe und Ausdrücke soll
nicht Entsprechungen des gezeigten und beschriebenen Merkmals oder
von Teilen davon ausschließen,
doch wird anerkannt, dass verschiede Abwandlungen innerhalb des
beanspruchten Schutzumfangs der Erfindung möglich sind. Somit versteht
sich, dass die vorliegende Erfindung zwar eigens durch bevorzugte Ausführungen
und optionale Merkmale offenbart wurde, doch Abwandlungen und Änderungen
der hierin offenbarten Konzepte vom Fachmann vorgenommen werden
können
und dass diese Abwandlungen und Änderungen
als in den Schutzumfang dieser durch die beigefügten Ansprüche dargelegten Erfindung fallend
gelten.