JP2018500169A - Surface plasmon detection apparatus and method - Google Patents

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Abstract

本開示技術は、表面プラズモン共鳴技法を使用して分子を検出するための方法、装置及びシステムに関し、より詳細には、基材上に形成された金属ナノ粒子を用いる表面プラズモン共鳴技法に関する。一態様において、金属ナノ粒子の層を形成する方法は、バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物を用意する工程と、液体組成物中に、ポリマー表面を含む物品を少なくとも部分的に浸漬する工程とを含み、ポリマー表面は、ポリマー材料を含み、無機ガラス又は結晶性物質を含まない。方法は、気相プラズマを液体組成物に印加し、バインダーポリマーとポリマー表面のポリマー材料との間の化学反応を促進し、物品のポリマー表面にバインダー層を形成する工程を追加的に含む。方法は、バインダー層に対して金属ナノ粒子を適用しバインダー層上に金属ナノ粒子層を形成する工程を更に含む。The present disclosure relates to methods, apparatus and systems for detecting molecules using surface plasmon resonance techniques, and more particularly to surface plasmon resonance techniques using metal nanoparticles formed on a substrate. In one aspect, a method of forming a layer of metal nanoparticles comprises providing a liquid composition comprising a binder polymer and a solvent, and at least partially immersing an article comprising a polymer surface in the liquid composition. The polymer surface includes a polymer material and does not include inorganic glass or crystalline material. The method additionally includes the step of applying a vapor phase plasma to the liquid composition to promote a chemical reaction between the binder polymer and the polymer material on the polymer surface and to form a binder layer on the polymer surface of the article. The method further includes applying metal nanoparticles to the binder layer to form the metal nanoparticle layer on the binder layer.

Description

関連出願の相互参照
本出願と共に提出された出願データシートにおいて外国又は国内優先権が特定された、あらゆる全ての出願は、米国特許法施行規則第1.57条に基づき、参照によって本明細書に組み込まれる。
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本開示技術は、表面プラズモン共鳴技法を使用して分子を検出するための方法、装置及びシステムに関し、より詳細には、基材上に形成された金属粒子を用いる表面プラズモン共鳴技法に関する。   The present disclosure relates to methods, apparatus and systems for detecting molecules using surface plasmon resonance techniques, and more particularly to surface plasmon resonance techniques using metal particles formed on a substrate.

表面プラズモン(SP)とは、電磁波、例えば光と一緒に、誘電体(例えば、石英ガラス)と金属(例えば、Ag又はAu)との間の界面に沿って伝播するコヒーレントな電子振動を指す。(波長、偏光及び/又は入射角により確定される)特定の条件下で、金属表面の自由電子は、入射光子を吸収し、それらを表面プラズモン波に変換する。表面プラズモン共鳴(SPR)と称される共鳴条件は、光子の振動数が、金属の陽電核の復元力に対して振動する表面電子の固有振動数と一致する場合に確立され得る。SPR条件は、特に蛍光発光、ラマン散乱、二次調波発生、及び吸収等の光学的測定において使用され得る。   Surface plasmon (SP) refers to coherent electronic vibrations that propagate along an interface between a dielectric (eg, quartz glass) and a metal (eg, Ag or Au) along with electromagnetic waves, eg, light. Under certain conditions (determined by wavelength, polarization and / or angle of incidence), free electrons on the metal surface absorb incident photons and convert them to surface plasmon waves. A resonance condition called surface plasmon resonance (SPR) can be established when the photon frequency matches the natural frequency of surface electrons that oscillate against the restoring force of the positive metal nucleus. SPR conditions can be used in optical measurements such as fluorescence emission, Raman scattering, second harmonic generation, and absorption, among others.

一態様において、金属ナノ粒子の層を形成する方法は、バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物を用意する工程と、液体組成物中に、ポリマー表面を含む物品を少なくとも部分的に浸漬する工程とを含み、ポリマー表面は、ポリマー材料を含み、無機ガラス又は結晶性物質を含まない。方法は、気相プラズマを液体組成物に印加し、バインダーポリマーとポリマー表面のポリマー材料との間の化学反応を促進し、物品のポリマー表面にバインダー層を形成する工程を追加的に含む。方法は、バインダー層に対して金属ナノ粒子を適用しバインダー層上に金属ナノ粒子層を形成する工程を更に含む。   In one aspect, a method of forming a layer of metal nanoparticles comprises providing a liquid composition comprising a binder polymer and a solvent, and at least partially immersing an article comprising a polymer surface in the liquid composition. The polymer surface includes a polymer material and does not include inorganic glass or crystalline material. The method additionally includes the step of applying a vapor phase plasma to the liquid composition to promote a chemical reaction between the binder polymer and the polymer material on the polymer surface and to form a binder layer on the polymer surface of the article. The method further includes applying metal nanoparticles to the binder layer to form the metal nanoparticle layer on the binder layer.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマーは、複数のアミン末端を含み、アミン末端の少なくとも一部は、アリルアミン結合を形成するためのポリマー材料との化学反応に関与する。   In some embodiments, the binder polymer includes a plurality of amine ends, at least a portion of the amine ends participating in a chemical reaction with the polymeric material to form an allylamine bond.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマーは、アミド結合を形成することができる1つ又は複数の分子を含み、バインダーポリマーは、ポリジアリルジメチルアンモニウム;ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド;ポリアリルアミンハイドロクロリド;ポリ4−ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド;ジエチレントリアミン(DETA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH、ジエチレングリコールの類縁体)、トリエチレンテトラミン(TETA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、ポリエチレンアミンを含むエチレンアミンから誘導されるポリアミン類;ポリアミドアミンデンドリマー、ポリプロピルイミンデンドリマー、ポリエチレンイミン(PEI)を含む超分岐ポリマー類;又はこれらの混合物等の直鎖状又は多分岐カチオン性ポリマーからなる群から選択される。他の実施形態において、バインダーポリマー804としては、ポリアクリル酸、ポリ4−スチレンスルホン酸ナトリウム、ポリビニルスルホン酸、ポリナトリウム塩、ポリアミノ酸、又はこれらの混合物等の、アニオン性ポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態において、バインダーポリマーとしては、直鎖状又は多分岐ポリエチレンイミン(PEI)、エチレンジアミン又はポリマー基材表面上にアミド結合を形成するのに好適な他の架橋性分子が挙げられる。いくつかの実施形態において、ポリマー表面は、非ポリマー材料を含まない。 In some embodiments, the binder polymer comprises one or more molecules capable of forming an amide bond, and the binder polymer is polydiallyldimethylammonium; polydiallyldimethylammonium chloride; polyallylamine hydrochloride; poly-4 - vinylbenzyl trimethyl ammonium chloride; diethylenetriamine (DETA) (H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2, diethylene glycol analogs), triethylenetetramine (TETA) (H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2), tetraethylene pentamine (TEPA) (H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2), pentaethylene hexamine (PEHA) (H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2 ), polyamines derived from ethyleneamine including polyethyleneamine; hyperbranched polymers including polyamidoamine dendrimer, polypropylimine dendrimer, polyethyleneimine (PEI); or linear or multi-branched cations such as mixtures thereof Selected from the group consisting of functional polymers. In other embodiments, the binder polymer 804 includes an anionic polymer, such as polyacrylic acid, sodium poly-4-styrenesulfonate, polyvinylsulfonic acid, polysodium salt, polyamino acid, or mixtures thereof. In some embodiments, the binder polymer includes linear or hyperbranched polyethyleneimine (PEI), ethylenediamine or other crosslinkable molecules suitable for forming amide bonds on the polymer substrate surface. In some embodiments, the polymer surface does not include non-polymeric material.

いくつかの実施形態において、ポリマー材料は、SiO又はAlを含まない。 In some embodiments, the polymeric material does not include SiO 2 or Al 2 O 3 .

いくつかの実施形態において、ポリマー表面は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)及びこれらの組合せからなる群から選択される光透過性ポリマー材料を含む。   In some embodiments, the polymer surface comprises a light transmissive polymeric material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), and combinations thereof. Including.

いくつかの実施形態において、液体組成物を用意する工程は、電気絶縁性容器内に液体組成物を用意する工程を含み、容器は気相プラズマを印加するときプラズマチャンバーの2個の電極間に配置される。   In some embodiments, providing the liquid composition includes providing the liquid composition in an electrically insulating container, the container being between two electrodes of the plasma chamber when applying a gas phase plasma. Be placed.

いくつかの実施形態において、気相プラズマを印加する工程は、液体組成物及びそこに浸漬させた物品が電気的に浮遊状態になるように気相プラズマを印加する工程を含む。   In some embodiments, applying the gas phase plasma includes applying the gas phase plasma such that the liquid composition and the article immersed therein are in an electrically floating state.

いくつかの実施形態において、物品は、液体組成物にプラズマを印加したときポリマー表面全体が液体組成物に沈められるように、液体組成物中に浸漬される。   In some embodiments, the article is immersed in the liquid composition such that when a plasma is applied to the liquid composition, the entire polymer surface is submerged in the liquid composition.

いくつかの実施形態において、気相プラズマを印加する工程は、実質的な量の酸素ガスを含む気体混合物から形成された気相プラズマを印加する工程を含む。   In some embodiments, applying the gas phase plasma includes applying a gas phase plasma formed from a gas mixture including a substantial amount of oxygen gas.

いくつかの実施形態において、気相プラズマを印加する工程は、実質的な量のアンモニアガスを含まない気体混合物から形成された気相プラズマを印加する工程を含む。   In some embodiments, applying the gas phase plasma includes applying a gas phase plasma formed from a gas mixture that does not include a substantial amount of ammonia gas.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子の層を形成する方法は、バインダー層を形成した後、金属ナノ粒子を適用する前に、気相プラズマを消滅させる工程を更に含む。   In some embodiments, the method of forming a layer of metal nanoparticles further comprises quenching the gas phase plasma after forming the binder layer and before applying the metal nanoparticles.

いくつかの実施形態において、物品は、薄板、細片、空洞、円柱、円筒、ファイバー、コイル、U字形、つる巻線及び螺旋からなる群から選択される形状を有する。   In some embodiments, the article has a shape selected from the group consisting of lamellae, strips, cavities, cylinders, cylinders, fibers, coils, U-shapes, helical windings and spirals.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層を形成する工程は、気相プラズマから逸れた方向に面する物品のポリマー表面上に金属ナノ粒子を形成する工程を含む。   In some embodiments, forming the metal nanoparticle layer comprises forming metal nanoparticles on the polymer surface of the article facing away from the gas phase plasma.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子は負電荷を帯びた金属球を含み、金属ナノ粒子はバインダー層の遊離アミン末端と結合される。   In some embodiments, the metal nanoparticles comprise negatively charged metal spheres, and the metal nanoparticles are bound to the free amine ends of the binder layer.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子は金ナノ粒子を含む。   In some embodiments, the metal nanoparticles comprise gold nanoparticles.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子の少なくとも一部は金属球を含み、1つ又は複数のリガンドが金属球に付着する。   In some embodiments, at least some of the metal nanoparticles comprise a metal sphere, and one or more ligands are attached to the metal sphere.

いくつかの実施形態において、1つ又は複数のリガンドは、結合部分(link)及び1つ又は複数の標的分子に対する特異性を有する化学的部分を含む。   In some embodiments, the one or more ligands include a binding moiety and a chemical moiety that has specificity for one or more target molecules.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は、ナノ粒子約1.0x10個/cm〜ナノ粒子約2.0x1011個/cmの間の面積粒子密度の領域を有する。 In some embodiments, the metal nanoparticle layer has an area particle density region between about 1.0 × 10 9 nanoparticles / cm 2 and about 2.0 × 10 11 nanoparticles / cm 2 .

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子は、約1nm〜約10nmの間、約5nm〜約20nmの間、約10nm〜約30nmの間、約20nm〜約40nmの間、約30nm〜約50nmの間、約40nm〜約60nmの間、約50nm〜約80nmの間、約60nm〜約100nmの間、約80nm〜約150nmの間、約100nm〜約200nmの間、約150nm〜約250nmの間、約200nm〜約300nmの間、約250nm〜約400nmの間、約300nm〜約700nmの間、約500nm〜約900nmの間、又は約700nm〜約1100nmの間のメジアン径を有する。   In some embodiments, the metal nanoparticles are between about 1 nm and about 10 nm, between about 5 nm and about 20 nm, between about 10 nm and about 30 nm, between about 20 nm and about 40 nm, between about 30 nm and about 50 nm. Between about 40 nm and about 60 nm, between about 50 nm and about 80 nm, between about 60 nm and about 100 nm, between about 80 nm and about 150 nm, between about 100 nm and about 200 nm, between about 150 nm and about 250 nm, It has a median diameter between about 200 nm to about 300 nm, between about 250 nm to about 400 nm, between about 300 nm to about 700 nm, between about 500 nm to about 900 nm, or between about 700 nm to about 1100 nm.

いくつかの実施形態において、物品はポリマーファイバーを含み、ポリマーファイバーは、直線部分、湾曲部分及びコイル部分からなる群から選択される少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the article comprises a polymer fiber, the polymer fiber comprising at least one selected from the group consisting of a straight portion, a curved portion, and a coil portion.

別の態様において、液体試料に含有されている標的を検出するための試験媒体は、ポリマー表面を含む胴部を含み、ポリマー表面は、第1のポリマー材料を含み、無機ガラス又は結晶性物質を含まない。試験媒体は、ポリマー表面の上に形成された金属ナノ粒子層を追加的に含む。試験媒体は、金属ナノ粒子層に付着し1つ又は複数の標的分子に対する特異性を有する1つ又は複数のリガンドを更に含む。   In another aspect, a test medium for detecting a target contained in a liquid sample includes a barrel including a polymer surface, the polymer surface includes a first polymer material, and an inorganic glass or crystalline material is included. Not included. The test medium additionally includes a metal nanoparticle layer formed on the polymer surface. The test medium further comprises one or more ligands attached to the metal nanoparticle layer and having specificity for one or more target molecules.

いくつかの実施形態において、試験媒体は、ポリマー表面と金属ナノ粒子層との間に挟入されたバインダーポリマー層を更に含み、バインダー層は、第1のポリマー材料とは異なる第2のポリマー材料を含む。   In some embodiments, the test medium further comprises a binder polymer layer sandwiched between the polymer surface and the metal nanoparticle layer, wherein the binder layer is a second polymer material that is different from the first polymer material. including.

いくつかの実施形態において、胴部は、薄板、細片、空洞、円柱、円筒、ファイバー、コイル、U字形、つる巻線及び螺旋からなる群から選択される形状を有する部分を含む。   In some embodiments, the barrel includes a portion having a shape selected from the group consisting of a thin plate, strip, cavity, cylinder, cylinder, fiber, coil, U-shape, helical winding, and helix.

いくつかの実施形態において、第1のポリマー材料は、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、トリアセチルセルロース(TAC)、環状オレフィン、ポリアリーレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド及びこれらの組合せからなる群から選択される1種以上の物質を含む。   In some embodiments, the first polymeric material is from polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, triacetyl cellulose (TAC), cyclic olefin, polyarylate, polybutylene terephthalate, polyimide, and combinations thereof. One or more substances selected from the group consisting of:

いくつかの実施形態において、胴部は、金属ナノ粒子層により被覆された少なくとも1つの表面を含む。   In some embodiments, the barrel includes at least one surface coated with a metal nanoparticle layer.

いくつかの実施形態において、胴部は、金属ナノ粒子層により被覆されていない少なくとも1つの表面を含む。   In some embodiments, the barrel includes at least one surface that is not covered by the metal nanoparticle layer.

いくつかの実施形態において、試験媒体は、液体試料を含有するように構成されたキュベットを含む。   In some embodiments, the test medium includes a cuvette configured to contain a liquid sample.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は、キュベットの1つ又は複数の内側表面の上に形成される。   In some embodiments, the metal nanoparticle layer is formed on one or more inner surfaces of the cuvette.

いくつかの実施形態において、胴部は、胴部を通して光束を受光するための第1の末端、及び胴部を通して光束を出射するための第2の末端を有するファイバーの形態をとる。   In some embodiments, the barrel takes the form of a fiber having a first end for receiving the light beam through the barrel and a second end for emitting the beam through the barrel.

いくつかの実施形態において、ファイバーは、第1の末端と第2の末端との間に、直線部分及び湾曲部分からなる群から選択される少なくとも1つを含む。   In some embodiments, the fiber includes at least one selected from the group consisting of a straight portion and a curved portion between the first end and the second end.

いくつかの実施形態において、胴部はコイル状構造を含む。   In some embodiments, the barrel includes a coiled structure.

いくつかの実施形態において、胴部はU字形構造を含む。   In some embodiments, the barrel includes a U-shaped structure.

いくつかの実施形態において、胴部は、胴部を通して光束を受光するための第1の末端、及び胴部を通して光束を出射するための第2の末端を有する、円柱構造を含む。   In some embodiments, the barrel includes a cylindrical structure having a first end for receiving a light beam through the barrel and a second end for emitting the beam through the barrel.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は負電荷を帯びた金属球を含み、金属ナノ粒子は、バインダー層の遊離アミン末端と結合される。   In some embodiments, the metal nanoparticle layer comprises negatively charged metal spheres, and the metal nanoparticles are bound to the free amine ends of the binder layer.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は、金ナノ粒子を含む。   In some embodiments, the metal nanoparticle layer comprises gold nanoparticles.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子の少なくとも一部は金属球を含み、1つ又は複数のリガンドが金属球に付着している。   In some embodiments, at least some of the metal nanoparticles comprise a metal sphere, and one or more ligands are attached to the metal sphere.

いくつかの実施形態において、1つ又は複数のリガンドは、結合部分及び1つ又は複数の標的に対する特異性を有する化学的部分を含む。   In some embodiments, the one or more ligands comprise a binding moiety and a chemical moiety having specificity for one or more targets.

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は、ナノ粒子約1x10個/cm〜ナノ粒子約2x1011個/cmの間の面積粒子密度の領域を有する。 In some embodiments, the metal nanoparticle layer has an area particle density region between about 1 × 10 9 nanoparticles / cm 2 and about 2 × 10 11 nanoparticles / cm 2 .

いくつかの実施形態において、金属ナノ粒子層は、約1nm〜約10nmの間、約5nm〜約20nmの間、約10nm〜約30nmの間、約20nm〜約40nmの間、約30nm〜約50nmの間、約40nm〜約60nmの間、約50nm〜約80nmの間、約60nm〜約100nmの間、約80nm〜約150nmの間、約100nm〜約200nmの間、約150nm〜約250nmの間、約200nm〜約300nmの間、約250nm〜約400nmの間、約300nm〜約700nmの間、約500nm〜約900nmの間、又は約700nm〜約1100nmの間のメジアン径を有するナノ粒子を有する。   In some embodiments, the metal nanoparticle layer is between about 1 nm to about 10 nm, between about 5 nm to about 20 nm, between about 10 nm to about 30 nm, between about 20 nm to about 40 nm, about 30 nm to about 50 nm. Between about 40 nm and about 60 nm, between about 50 nm and about 80 nm, between about 60 nm and about 100 nm, between about 80 nm and about 150 nm, between about 100 nm and about 200 nm, between about 150 nm and about 250 nm Having nanoparticles having a median diameter between about 200 nm and about 300 nm, between about 250 nm and about 400 nm, between about 300 nm and about 700 nm, between about 500 nm and about 900 nm, or between about 700 nm and about 1100 nm .

別の態様において、標的分子を検出する方法は、ポリマー表面を含む少なくとも1個の基材を収容し、標的分子を含む液体溶液を収容するように構成された透明容器を含む、試験媒体を用意する工程を含む。ポリマー表面は、そこにバインダーポリマー層及び複数の金属ナノ粒子を形成している。試験媒体は、金属ナノ粒子の少なくともいくつかに付着した捕捉分子を更に含み、捕捉分子は、標的分子の1つ又は複数を捕捉するのに適合している。方法は、透明容器内に液体溶液を収容し、ポリマー表面の少なくとも一部分を液体溶液中に沈め、それにより捕捉分子で標的分子の少なくともいくつかを捕捉する工程を追加的に含む。方法は、基材の第1の表面と基材の第2の表面の少なくとも一方を通じて光を透過させ、透過した光により引き起こされる金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)により、入射光から変更された透過光を検出する工程を更に含む。   In another aspect, a method of detecting a target molecule provides a test medium that includes a transparent container that contains at least one substrate that includes a polymer surface and is configured to receive a liquid solution that includes the target molecule. The process of carrying out. The polymer surface forms a binder polymer layer and a plurality of metal nanoparticles therein. The test medium further includes a capture molecule attached to at least some of the metal nanoparticles, the capture molecule being adapted to capture one or more of the target molecules. The method additionally includes the step of containing the liquid solution in a transparent container and immersing at least a portion of the polymer surface in the liquid solution, thereby capturing at least some of the target molecules with the capture molecules. The method transmits light through at least one of the first surface of the substrate and the second surface of the substrate, and from the incident light by localized surface plasmon resonance (LSPR) of the metal nanoparticles caused by the transmitted light. The method further includes detecting the changed transmitted light.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマーの鎖は、バインダーポリマーの鎖とポリマー表面との間に形成された複数のアミド結合により、ポリマー表面に結合されている。   In some embodiments, the binder polymer chain is attached to the polymer surface by a plurality of amide bonds formed between the binder polymer chain and the polymer surface.

いくつかの実施形態において、第1の表面と第2の表面の少なくとも一方はポリマー表面を含み、透過する工程は、検出前にポリマー表面を通じて光を透過させる工程を含む。   In some embodiments, at least one of the first surface and the second surface includes a polymer surface, and the step of transmitting includes transmitting light through the polymer surface prior to detection.

いくつかの実施形態において、第1の表面と第2の表面のそれぞれは、個別の第1のポリマー表面と第2のポリマー表面を含み、透過する工程は、検出前に第1及び第2のポリマー表面を通じて光を透過させる工程を含む。   In some embodiments, each of the first surface and the second surface includes a separate first polymer surface and a second polymer surface, and the step of penetrating the first and second surfaces before detection Transmitting light through the polymer surface.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、それぞれポリマー表面を有する複数の基材を用意する工程を含み、透過する工程は、複数の基材のポリマー表面のそれぞれを通じて光を透過させる工程を含む。   In some embodiments, providing the test medium includes providing a plurality of substrates each having a polymer surface, and the transmitting step transmits light through each of the polymer surfaces of the plurality of substrates. Process.

いくつかの実施形態において、第1の表面と第2の表面の少なくとも一方は、ポリマー表面を含まず、検出される光は、検出される前にポリマー表面を透過しない。   In some embodiments, at least one of the first surface and the second surface does not include a polymer surface, and the detected light does not pass through the polymer surface before it is detected.

いくつかの実施形態において、基材は、液体溶液の第2の屈折率よりも高い第1の屈折率を有し、透過する工程は、第1の表面を通じて光を受光し、光が第2の表面を透過する前にポリマー表面から複数回反射されるように、全内部反射(TIR)又は減衰全内部反射(ATR)条件下で透過させる工程を含む。   In some embodiments, the substrate has a first refractive index that is higher than the second refractive index of the liquid solution, and the transmitting step receives light through the first surface, and the light is second. And transmitting under total internal reflection (TIR) or attenuated total internal reflection (ATR) conditions so that it is reflected multiple times from the polymer surface before transmitting through the surface.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、湾曲、たわみ、円弧、屈曲、弓そり、ねじれ、輪及び曲がり目の少なくとも1つを有するポリマー表面を用意する工程を含む。   In some embodiments, providing the test medium includes providing a polymer surface having at least one of a curve, a flexure, an arc, a bend, a bow, a twist, a ring, and a bend.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、基材の第1の表面と第2の表面との間に、直線部分及び湾曲部分からなる群から選択される少なくとも1つを用意する工程を含む。   In some embodiments, the step of providing the test medium provides at least one selected from the group consisting of a straight portion and a curved portion between the first surface and the second surface of the substrate. Process.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、第1の表面と第2の表面との間にコイル状構造を用意する工程を含む。   In some embodiments, providing the test medium includes providing a coiled structure between the first surface and the second surface.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、第1の表面と第2の表面との間にU字形構造を用意する工程を含む。   In some embodiments, providing the test medium includes providing a U-shaped structure between the first surface and the second surface.

いくつかの実施形態において、試験媒体を用意する工程は、第1の表面と第2の表面との間に円柱構造を用意する工程を含む。   In some embodiments, providing the test medium includes providing a cylindrical structure between the first surface and the second surface.

別の態様において、ポリマー表面上にポリマー層を形成する方法は、バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物を容器内に用意する工程を含む。バインダーポリマーは、複数のバインダー官能基を有する。方法は、少なくとも部分的に物品を液体組成物中に沈める工程を追加的に含み、物品の沈められた部分は、複数の基材官能基が形成されたポリマー表面を含む。方法は、少なくとも部分的に沈められた物品を有する容器をプラズマチャンバー内に配置する工程を追加的に含む。方法は、液体表面の上方の一定量の気体にエネルギーを印加して一定量の気体からプラズマを生成し、それによりポリマー表面上でのバインダーポリマー層の形成を引き起こし又は加速する工程を更に含む。   In another aspect, a method of forming a polymer layer on a polymer surface includes providing a liquid composition comprising a binder polymer and a solvent in a container. The binder polymer has a plurality of binder functional groups. The method additionally includes the step of at least partially sinking the article into the liquid composition, wherein the submerged portion of the article includes a polymer surface having a plurality of substrate functional groups formed thereon. The method additionally includes the step of placing a container having an article at least partially submerged in the plasma chamber. The method further includes applying energy to a quantity of gas above the liquid surface to generate a plasma from the quantity of gas, thereby causing or accelerating the formation of a binder polymer layer on the polymer surface.

いくつかの実施形態において、ポリマー官能基のいくつかと基材官能基のいくつかとの間の化学反応は、バインダーポリマー層の形成を引き起こす。   In some embodiments, a chemical reaction between some of the polymer functional groups and some of the substrate functional groups causes the formation of a binder polymer layer.

いくつかの実施形態において、エネルギーを印加する工程は、液体組成物と接触しない少なくとも1個の電極に電力を提供する工程を含む。   In some embodiments, applying energy includes providing power to at least one electrode that is not in contact with the liquid composition.

いくつかの実施形態において、ポリマー層の形成を引き起こし又は加速する工程は、液体組成物がポリマー表面とプラズマとの間に挟入され、ポリマー表面がプラズマと直接接触しないように沈められているポリマー表面上に、ポリマー層を形成する工程を含む。   In some embodiments, the step of causing or accelerating the formation of the polymer layer comprises a polymer in which the liquid composition is sandwiched between the polymer surface and the plasma and the polymer surface is submerged so that it is not in direct contact with the plasma. Forming a polymer layer on the surface;

いくつかの実施形態において、ポリマー層が形成されたポリマー表面は、プラズマから逸れた方向に面している。   In some embodiments, the polymer surface on which the polymer layer is formed faces away from the plasma.

いくつかの実施形態において、ポリマー層の形成を引き起こし又は加速する工程は、湾曲、たわみ、円弧、屈曲、弓そり、ねじれ、輪及び曲がり目の少なくとも1つを有するポリマー表面上にバインダーポリマー層を形成する工程を含む。   In some embodiments, causing or accelerating the formation of the polymer layer comprises forming a binder polymer layer on the polymer surface having at least one of a curve, a flexure, an arc, a bend, a bow, a twist, a ring, and a bend. Forming.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマー層の形成を引き起こし又は加速する工程は、湾曲、たわみ、円弧、屈曲、弓そり、ねじれ、輪及び曲がり目の少なくとも1つを有するポリマー表面上に、実質的に均一な厚みを有するポリマー層を形成する工程を含む。   In some embodiments, the step of causing or accelerating the formation of the binder polymer layer is substantially performed on a polymer surface having at least one of a curve, a flexure, an arc, a bend, a bow, a twist, a ring, and a bend. Forming a polymer layer having a uniform thickness.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマー層の形成を引き起こし又は加速する工程は、プラズマから逸れた方向に面するポリマー表面上にバインダーポリマー層を形成する工程を含む。   In some embodiments, causing or accelerating the formation of the binder polymer layer includes forming the binder polymer layer on a polymer surface facing away from the plasma.

いくつかの実施形態において、ポリマー官能基は、NH基を含む。 In some embodiments, the polymer functional group comprises an NH 2 group.

いくつかの実施形態において、基材官能基は、カーボネート基(−O−(C=O)−O−)を含む。   In some embodiments, the substrate functional group comprises a carbonate group (—O— (C═O) —O—).

いくつかの実施形態において、バインダー官能基のいくつかと基材官能基のいくつかとの間の化学反応は、それらの間にアミド結合の形成を引き起こす。   In some embodiments, chemical reactions between some of the binder functional groups and some of the substrate functional groups cause the formation of amide bonds between them.

いくつかの実施形態において、一定量の気体は窒素を含有せず、NH基の窒素原子はアミド結合を形成する。 In some embodiments, the amount of gas does not contain nitrogen and the nitrogen atom of the NH 2 group forms an amide bond.

いくつかの実施形態において、容器は電気絶縁性容器である。   In some embodiments, the container is an electrically insulating container.

いくつかの実施形態において、液体組成物は水を含む。   In some embodiments, the liquid composition includes water.

いくつかの実施形態において、液体は、そこに溶解したNaOHを更に含む。   In some embodiments, the liquid further comprises NaOH dissolved therein.

いくつかの実施形態において、バインダーポリマーは、ポリエチレンイミン(PEI)又は水素化硫黄(sulfur hydride)(−SH)に置き換えられる末端アミン(−NH)の部分を有するPEIを含む。 In some embodiments, the binder polymer comprises PEI having a moiety of a terminal amine (—NH 2 ) that is replaced by polyethyleneimine (PEI) or sulfur hydride (—SH).

いくつかの実施形態において、ポリマー層を形成する方法は、化学反応を引き起こし又は加速した後に、ナノ粒子をバインダーポリマー鎖に付着させる工程を更に含む。   In some embodiments, the method of forming the polymer layer further comprises attaching the nanoparticles to the binder polymer chain after causing or accelerating a chemical reaction.

いくつかの実施形態において、ナノ粒子は、基材官能基のいくつかに付着したバインダー官能基とは異なる、バインダーポリマーの残りのバインダー官能基のいくつかに付着する。   In some embodiments, the nanoparticles are attached to some of the remaining binder functional groups of the binder polymer that are different from the binder functional groups attached to some of the substrate functional groups.

いくつかの実施形態において、容器は、プラズマを形成するためにエネルギーが印加されるときポリマー基材及び液体組成物が電気的に浮遊状態であるように、絶縁基材である。   In some embodiments, the container is an insulating substrate such that the polymer substrate and liquid composition are in an electrically floating state when energy is applied to form a plasma.

いくつかの実施形態において、エネルギーはパルス化直流エネルギーである。   In some embodiments, the energy is pulsed direct current energy.

いくつかの実施形態において、プラズマは、大気圧にて一定量の気体から生成される。   In some embodiments, the plasma is generated from a volume of gas at atmospheric pressure.

いくつかの実施形態において、エネルギーは第1の電極を通じて供給され、容器は、液体組成物又はポリマー基材に接触しない別の電極上に配置される。   In some embodiments, energy is supplied through the first electrode and the container is placed on another electrode that does not contact the liquid composition or polymer substrate.

表面プラズモン共鳴(SPR)測定システムの模式図である。It is a schematic diagram of a surface plasmon resonance (SPR) measurement system. 実施形態に従う、局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システムの模式図である。1 is a schematic diagram of a localized surface plasmon resonance (LSPR) measurement system according to an embodiment. FIG. 実施形態に従う、標的分子に曝露後の図2Aの局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システムの模式図である。2B is a schematic diagram of the localized surface plasmon resonance (LSPR) measurement system of FIG. 2A after exposure to a target molecule, according to an embodiment. 一実施形態に従う、ケースと共に図示されたポリマーベースLSPR試験媒体である。1 is a polymer-based LSPR test medium illustrated with a case, according to one embodiment. 一実施形態に従う、ケースの前側部分を除いて図示された図3AのポリマーベースLSPR試験媒体であり、容器の断面図及び容器内に配置された基材を示す。FIG. 3B is the polymer-based LSPR test medium of FIG. 3A illustrated without the front portion of the case, according to one embodiment, showing a cross-sectional view of the container and a substrate disposed within the container. 一実施形態に従う、ケースを除いて図示された図3AのポリマーベースLSPR試験媒体であり、容器の断面図及び容器内に配置された基材を示す。FIG. 3B is the polymer-based LSPR test medium of FIG. 3A illustrated with the case removed, showing a cross-sectional view of the container and a substrate disposed within the container, according to one embodiment. 一実施形態に従う、ケースを除いて図示された図3AのポリマーベースLSPR試験媒体であり、容器の断面図及び容器内に配置された複数の基材を示す。FIG. 3B is the polymer-based LSPR test medium of FIG. 3A illustrated with the case removed, illustrating a cross-sectional view of the container and a plurality of substrates disposed within the container, according to one embodiment. 実施形態に従う、ナノ粒子及び捕捉分子により被覆された基材を有するポリマーベースLSPR試験媒体の模式図である。 [図3F]実施形態に従う、捕捉分子の少なくともサブセットによって補足された標的分子を有する図3EのポリマーベースLSPR試験媒体の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a polymer-based LSPR test medium having a substrate coated with nanoparticles and capture molecules, according to an embodiment. [FIG. 3F] FIG. 3F is a schematic illustration of the polymer-based LSPR test medium of FIG. 3E having target molecules supplemented by at least a subset of capture molecules, according to an embodiment. 実施形態に従う、1、2及び3個の基材を有するポリマーベースLSPR試験媒体から得られた吸光度スペクトルを示す。FIG. 4 shows an absorbance spectrum obtained from a polymer-based LSPR test medium with 1, 2, and 3 substrates, according to an embodiment. 実施形態に従う、1、2及び3個の基材を有するポリマーベースLSPR試験媒体から得られた吸収差スペクトルを示す。Figure 3 shows an absorption difference spectrum obtained from a polymer-based LSPR test medium with 1, 2, and 3 substrates, according to an embodiment. 実施形態に従う、基材数の関数としてポリマーベースLSPR試験媒体から得られた吸収差及び屈折率差を示す。Figure 4 shows the absorption and refractive index differences obtained from polymer-based LSPR test media as a function of the number of substrates, according to an embodiment. 実施形態に従う、ATR動作モード下でのポリマーベース減衰全反射(ATR)LSPR試験媒体の模式図である。1 is a schematic diagram of a polymer-based attenuated total reflection (ATR) LSPR test medium under ATR mode of operation, according to an embodiment. FIG. 実施形態に従う、ポリマーベースATR LSPR試験媒体の異なる構成である。2 is a different configuration of a polymer-based ATR LSPR test medium, according to an embodiment. 実施形態に従う、ポリマーベースATR LSPR試験媒体の異なる構成である。2 is a different configuration of a polymer-based ATR LSPR test medium, according to an embodiment. 実施形態に従う、ポリマーベースATR LSPR試験媒体の異なる構成である。2 is a different configuration of a polymer-based ATR LSPR test medium, according to an embodiment. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する方法を示すフローチャートである。2 is a flow chart illustrating a method of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion according to an embodiment. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する各種段階を示す。In accordance with embodiments, various stages of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles are shown to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する各種段階を示す。In accordance with embodiments, various stages of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles are shown to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する各種段階を示す。In accordance with embodiments, various stages of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles are shown to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する各種段階を示す。In accordance with embodiments, various stages of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles are shown to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion. 実施形態に従い、液浸によりポリマー基材をプラズマ処理することによりポリマーベース試験媒体を製造するために、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する各種段階を示す。In accordance with embodiments, various stages of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles are shown to produce a polymer-based test medium by plasma treating the polymer substrate by immersion. 実施形態に従う、図8A〜図8Eに記載されたプロセスに従って処理されるプラズマに対面していない表面を有するポリマーベース試験媒体を示す。FIG. 9 illustrates a polymer-based test medium having a non-facing surface that is treated according to the process described in FIGS. 8A-8E, according to an embodiment. 実施形態に従い、標的分子の公知の濃度を有する対照媒体を用いてポリマーベース試験媒体に付着した標的分子の量を定量する、自動校正LSPR方法を示す。FIG. 4 illustrates an auto-calibration LSPR method that quantifies the amount of target molecule attached to a polymer-based test medium using a control medium having a known concentration of target molecule, according to an embodiment. 実施形態に従い、標的分子の公知の濃度を有する対照媒体を用いることにより、温度変動条件下で、ポリマーベース試験媒体に付着した標的分子の量を定量する、自動校正LSPR方法を示す。FIG. 4 illustrates an auto-calibration LSPR method that quantifies the amount of target molecule attached to a polymer-based test medium under temperature variation conditions by using a control medium with a known concentration of target molecule, according to an embodiment.

表面プラズモン共鳴(SPR)測定装置及びシステム
表面プラズモン共鳴(SPR)条件は、光の反射極小(又は吸収極大)の角度を測定することで、金属(例えば金及び銀)表面に化学結合され、吸収され或いは付着し得る特定の標的分子、例えば、ポリマー、DNA又はタンパク質等の存在を検出するために用いることができる。例えば、標的分子の存在は、標的分子を捕捉するか、又は標的分子と相互作用し、結合され若しくは結合するように構成された、特定の捕捉分子を利用することにより検出できる。金属表面上に固定化され得る捕捉分子が標的分子を捕捉すると、金属表面の摂動が引き起こされ、続いてSPR条件の変更を誘発することがある。このような変更は、試験媒体の反射率の変化として測定できるものであり、多種多様な標的分子の存在を測定するのに適合した一部のSPRベース測定技法の基礎を形成する。
Surface Plasmon Resonance (SPR) Measuring Device and System Surface Plasmon Resonance (SPR) conditions are determined by measuring the angle of the reflection minimum (or absorption maximum) of light, which is chemically bonded to the surface of metal (eg, gold and silver) and absorbed. Can be used to detect the presence of specific target molecules that can be or can be attached, such as polymers, DNA or proteins. For example, the presence of a target molecule can be detected by utilizing a specific capture molecule that is configured to capture or interact with, bind to or bind to the target molecule. When a capture molecule that can be immobilized on the metal surface captures the target molecule, a perturbation of the metal surface is caused, which can subsequently induce a change in SPR conditions. Such changes can be measured as changes in the reflectance of the test medium and form the basis for some SPR-based measurement techniques that are adapted to measure the presence of a wide variety of target molecules.

平面型SPR測定システム
図1は、一実施形態に従う、試験媒体120を用いて標的分子の存在を検出するための平面型金属薄膜ベースSPR測定システム100を示す。平面型SPR測定システム100は、入射光114(例えば、偏光入射光)を試験媒体120に照明するための光源110、及び特定の範囲の波長にて反射光118を受光するための検出器130(例えば、光検出器)を含む。試験媒体120は、基材124、基材124の一方の側上に形成された金属薄膜128、及び基材124の他方の側上に配置されたガラスブロック136又は好適なモノクロメータを含む。試験媒体120は、溶液142を金属薄膜128の表面へと供給するためのチャネル132を追加的に含む。溶液142は、測定システム100により検出される標的分子140を含有し得る検体を含む。金属膜128の表面には、溶液中に存在し得る標的分子140を捕捉する(標的分子140と相互作用し、結合され又は結合する)ように構成された捕捉分子144(リガンドと称されることもある)が付着している。従って、金属膜128の表面を溶液142に接触させることにより、少なくともいくつかの捕捉分子144は、標的分子140を捕捉してそこに結合することができ、それにより金属膜128の表面プラズモンの共鳴条件が変更され得る。
Planar SPR Measurement System FIG. 1 illustrates a planar metal thin film based SPR measurement system 100 for detecting the presence of a target molecule using a test medium 120, according to one embodiment. The planar SPR measurement system 100 includes a light source 110 for illuminating incident light 114 (eg, polarized incident light) onto a test medium 120, and a detector 130 for receiving reflected light 118 at a specific range of wavelengths. For example, a photodetector. The test medium 120 includes a substrate 124, a thin metal film 128 formed on one side of the substrate 124, and a glass block 136 or suitable monochromator disposed on the other side of the substrate 124. Test medium 120 additionally includes a channel 132 for supplying solution 142 to the surface of metal film 128. The solution 142 includes an analyte that may contain the target molecule 140 that is detected by the measurement system 100. On the surface of the metal film 128, a capture molecule 144 (referred to as a ligand) configured to capture (interact with, bind to, or bind to) the target molecule 140 that may be present in the solution. Is also attached. Thus, by contacting the surface of the metal film 128 with the solution 142, at least some capture molecules 144 can capture and bind to the target molecule 140, thereby resonating the surface plasmon of the metal film 128. Conditions can be changed.

動作時に、光源110は、入射光114によりガラスブロック136の片側を照明する。いくつかの構成において、金属薄膜128(例えば、金)は、入射光114のエバネッセント波が金属膜128の表面上のプラズマ波と相互作用し、それにより金属膜128のプラズモンを励起できるように、ガラスブロック136に十分近接して、例えばガラスブロック136に接触させて配置される。図1の平面型SPR測定システム100において、金属膜128のプラズモンの共鳴条件の変更を誘発する金属表面128での摂動は、標的分子140が捕捉分子144の少なくともいくつかに結合又はそれによって捕捉されたときに発生し得る。続いて、摂動は検出器130により測定され得る反射率の変化を誘発することができ、検出器130の信号は、その後、分析部148によって分析することができる。図示されたシステム100において、いくつかの標的分子140は、溶液142がチャネル132を通じて注入されたとき、捕捉分子に化学的に結合し、それによって標的分子140の結合濃度に比例した屈折率の上昇を引き起こし得る。このようにして、図示されたSPR測定システム100は、捕捉分子144と標的分子140との間の相互作用の測定を可能にする。   In operation, the light source 110 illuminates one side of the glass block 136 with incident light 114. In some configurations, the metal thin film 128 (eg, gold) may allow the evanescent wave of the incident light 114 to interact with the plasma wave on the surface of the metal film 128, thereby exciting the plasmons of the metal film 128. For example, the glass block 136 is disposed in close proximity to and in contact with the glass block 136. In the planar SPR measurement system 100 of FIG. 1, perturbations at the metal surface 128 that induce a change in the plasmon resonance conditions of the metal film 128 cause the target molecule 140 to bind to or be captured by at least some of the capture molecules 144. Can occur when Subsequently, the perturbation can induce a change in reflectance that can be measured by the detector 130, and the signal of the detector 130 can then be analyzed by the analyzer 148. In the illustrated system 100, some target molecules 140 chemically bind to the capture molecules when the solution 142 is injected through the channel 132, thereby increasing the refractive index proportional to the target molecule 140 binding concentration. Can cause. In this way, the illustrated SPR measurement system 100 allows measurement of the interaction between the capture molecule 144 and the target molecule 140.

金属薄膜ベースSPR測定技法は、いくつかの理由のため実装が困難且つ/又は高価なままである。1つの理由は、金属薄膜を形成するための多くの既存の技法は、金属膜が形成される基材の形状及び表面を制限することがあるという事実に関係する。例えば、熱化学気相成長法は、多くの場合、ポリマー基材等の基材にとって適当ではない温度を必要とする。物理蒸着法又はプラズマ促進化学蒸着等の他の蒸着法ではシャドーイング効果が不均一な厚みをもたらす場合がある。めっき等のコンフォーマル(conformal)であり得るいくつかの技法では、特別なシード層が必要になることがある。更に他の原子層堆積等のコンフォーマル技法では、堆積の速度が遅い場合がある。更に、感度及び/又は汎用性を高めるために複雑な形状を有する試験媒体を製造することが、比較的高い費用を伴う場合がある。多くの金属膜ベースSPR技法の実装が困難のままとなっている別の理由は、温度等の環境要因の変化の中で、正確で信頼性の高い定量的信号を得ることに関係する。従って、以下において、開示された各種実施形態は、ナノ粒子ベース局在SPR (LSPR)を用いたSPRベース測定技法の感度、汎用性及び信頼性を改善した、試験媒体、システム、及び方法に関する。   Metal thin film based SPR measurement techniques remain difficult and / or expensive to implement for several reasons. One reason is related to the fact that many existing techniques for forming metal films may limit the shape and surface of the substrate on which the metal film is formed. For example, thermal chemical vapor deposition often requires temperatures that are not suitable for substrates such as polymer substrates. In other vapor deposition methods such as physical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition, the shadowing effect may result in a non-uniform thickness. Some techniques that may be conformal, such as plating, may require a special seed layer. Still other conformal techniques such as atomic layer deposition may be slow in deposition. Furthermore, producing test media having complex shapes to increase sensitivity and / or versatility can be relatively expensive. Another reason that many metal film based SPR techniques remain difficult to implement is related to obtaining an accurate and reliable quantitative signal in the face of changes in environmental factors such as temperature. Accordingly, in the following, the various disclosed embodiments relate to test media, systems, and methods that improve the sensitivity, versatility, and reliability of SPR-based measurement techniques using nanoparticle-based localized SPR (LSPR).

局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システム
図2A及び図2Bは、実施形態に従う、試験媒体の表面に付着し得る標的分子を検出するための局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システム200a/bを示す。図2Aは、検出される標的分子を導入する前のLSPR測定システム200aを示し、図2Bは、検出される標的分子を導入した後のLSPR測定システム200bを示す。LSPR測定システム200a/bは、試験媒体220a/220bを照明し入射光214を透過させるように構成された光源210、及び特定範囲の波長にて透過光238a/238bを検出するように構成された光検出器230を含む。検出される光が反射光である、図1に関して記載されたSPR測定システムとは異なり、図2A及び図2BのLSPR測定システムは、試験媒体220a/220bを透過する光238a、238bから標的分子を検出するように構成されている。
Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) Measurement System FIGS. 2A and 2B show a localized surface plasmon resonance (LSPR) measurement system 200a / b for detecting target molecules that may adhere to the surface of a test medium, according to an embodiment. Show. FIG. 2A shows the LSPR measurement system 200a before introducing the target molecule to be detected, and FIG. 2B shows the LSPR measurement system 200b after introducing the target molecule to be detected. The LSPR measurement system 200a / b was configured to detect the transmitted light 238a / 238b at a specific range of wavelengths, and a light source 210 configured to illuminate the test media 220a / 220b and transmit the incident light 214 A photodetector 230 is included. Unlike the SPR measurement system described with respect to FIG. 1, where the detected light is reflected light, the LSPR measurement system of FIGS. 2A and 2B extracts target molecules from light 238a, 238b that is transmitted through the test media 220a / 220b. Configured to detect.

図2A及び図2Bを参照すると、試験媒体220a/220bは、溶液232及び基材224を保持するように構成された容器250を含む。容器250及び基材224は、溶液232が存在する場合、溶液232と接触するように構成された内面250S及び224Sを有する。少なくとも内面250Sの一部分及び/又は内面224Sの一部分は、その内面上に形成された金属ナノ粒子22の層8を有する。加えて、少なくとも内面250Sの一部分及び/又は内面224Sの一部分は、その内面上に形成された捕捉分子(リガンドと称されることもある)244を有する。いくつかの実施形態において、捕捉分子244は、直接的に(例えば、化学結合されて)又は間接的に(例えば、捕捉抗体を介して)内面250S及び/又は内面224Sに固定化されている。捕捉分子244は、それと化学結合することにより特定の標的分子240を捕捉するのに適合したものである。図2Bを参照すると、標的分子240が溶液232に導入されたとき、標的分子240の少なくともいくつかは、捕捉分子244に化学的に付着する。   Referring to FIGS. 2A and 2B, the test medium 220a / 220b includes a container 250 configured to hold a solution 232 and a substrate 224. Container 250 and substrate 224 have inner surfaces 250S and 224S configured to contact solution 232 when solution 232 is present. At least a portion of the inner surface 250S and / or a portion of the inner surface 224S has a layer 8 of metal nanoparticles 22 formed on the inner surface. In addition, at least a portion of the inner surface 250S and / or a portion of the inner surface 224S has a capture molecule (sometimes referred to as a ligand) 244 formed on the inner surface. In some embodiments, capture molecule 244 is immobilized to inner surface 250S and / or inner surface 224S either directly (eg, chemically coupled) or indirectly (eg, via a capture antibody). Capture molecule 244 is adapted to capture a specific target molecule 240 by chemically binding to it. Referring to FIG. 2B, when the target molecule 240 is introduced into the solution 232, at least some of the target molecule 240 is chemically attached to the capture molecule 244.

動作時に、標的分子240の存在を検出するために、捕捉分子244を標的分子240に曝露させる前の試験媒体220aを透過する光源210からの偏光入射光214と、捕捉分子244を曝露させた後の試験媒体220bを透過する光源210からの偏光入射光214とが、比較される。いずれの理論にも拘束されるものではないが、標的分子(又は検体)240が試験媒体220aに導入されたとき、標的分子240のいくつかは捕捉分子(又はリガンド)244に結合し、それにより、金属ナノ粒子228の表面に、共鳴条件の変更を誘発する摂動を引き起こす。この変更は、標的分子240に曝露される前に試験媒体220aを透過した透過光238aと標的分子240に曝露された後に試験媒体220bを透過した透過光238bとの差に基づいて測定され得る、吸光度の変化をもたらす。結合された標的分子240は、結合した標的分子240の濃度に比例する規模の屈折率の増大を引き起こす。従って、結合した標的分子240は、光検出器230を介して検出され分析部248により分析される吸光度の変化を誘発する。従って、開示されたLSPR測定システムは、標的分子240の濃度の定量的測定を可能にする。   In operation, after exposing the capture molecule 244 and the polarized incident light 214 from the light source 210 passing through the test medium 220a prior to exposing the capture molecule 244 to the target molecule 240 to detect the presence of the target molecule 240. The polarized incident light 214 from the light source 210 that is transmitted through the test medium 220b is compared. Without being bound by any theory, when target molecule (or analyte) 240 is introduced into test medium 220a, some of target molecule 240 binds to capture molecule (or ligand) 244, thereby , Causing a perturbation on the surface of the metal nanoparticle 228 that induces a change in resonance conditions. This change may be measured based on the difference between the transmitted light 238a transmitted through the test medium 220a before being exposed to the target molecule 240 and the transmitted light 238b transmitted through the test medium 220b after being exposed to the target molecule 240. It causes a change in absorbance. The bound target molecule 240 causes an increase in refractive index on a scale proportional to the concentration of bound target molecule 240. Therefore, the bound target molecule 240 induces a change in absorbance that is detected via the photodetector 230 and analyzed by the analysis unit 248. Thus, the disclosed LSPR measurement system allows a quantitative measurement of the concentration of the target molecule 240.

いずれの理論にも拘束されるものではないが、図2Bの金属ナノ粒子228の層は、図2Aの金属薄膜と比較して明瞭に異なる光学応答特性を有すると理解される。特定の状況下で、金属のナノ粒子は、金属の薄膜と比較してより強い光学応答を示す。その結果、1個の金属粒子(例えば、数十nm)に衝突する平面波は、その粒子に強く「集束」し、粒子周囲の数ナノメートル〜数十ナノメートルの領域内での高い電界密度につながることがあり、領域のサイズは一般に、粒子のサイズが大きくなるほど大きくなる。例えば、40nmの金ナノ粒子の場合、領域は、ナノ粒子の表面から60nmまで拡大し得る。更に、いずれの理論にも拘束されるものではないが、高密度に詰まった及び/又は規則的に隔置されたナノ粒子は、隣接粒子間のプラズモンカップリング(plasmon coupling)の結果として、更に増強された電界強度を示すことがある。更に、ナノ粒子形状又は形態を変えることにより、SPR振動数を広範囲のスペクトル域にわたって調整することができる。従って、本明細書に開示された各種実施形態に従えば、極度の局所電界強度を達成する能力により、SPR技法と比較してLSPR技法の汎用性が高められる。   Without being bound by any theory, it is understood that the layer of metal nanoparticles 228 of FIG. 2B has distinctly different optical response characteristics compared to the metal thin film of FIG. 2A. Under certain circumstances, metal nanoparticles exhibit a stronger optical response compared to metal thin films. As a result, plane waves that impinge on a single metal particle (eg, tens of nanometers) are strongly “focused” on that particle, resulting in a high electric field density in the region of a few nanometers to tens of nanometers around the particle The size of the region may generally increase as the size of the particle increases. For example, in the case of 40 nm gold nanoparticles, the region can extend from the surface of the nanoparticles to 60 nm. In addition, without being bound by any theory, densely packed and / or regularly spaced nanoparticles are further reduced as a result of plasmon coupling between adjacent particles. May show enhanced field strength. Furthermore, by changing the nanoparticle shape or morphology, the SPR frequency can be tuned over a wide spectral range. Thus, according to the various embodiments disclosed herein, the ability to achieve extreme local field strengths enhances the versatility of the LSPR technique compared to the SPR technique.

以下において、一般性を失うことなく、検出される標的分子240として、数例を挙げると、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、糖タンパク質、リポタンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、糖、炭水化物、少糖、多糖、脂肪酸、脂質(例えば、脂質小胞)、ホルモン、代謝産物、サイトカイン、神経伝達物質、抗原、アレルゲン、抗体、阻害物質、薬物分子、毒素、毒物、殺虫剤、細菌、ウィルス、放射性同位元素、ビタミン、アンフェタミン、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、金属イオン、食肉中の抗生物質等の食品中残留化学薬品、及び水中の汚染物質等の分子を挙げることができる。   In the following, examples of target molecules 240 to be detected without loss of generality include amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, Carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids (eg lipid vesicles), hormones, metabolites, cytokines, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, inhibitors, drug molecules, toxins, toxins, insecticides, bacteria, Mention molecules such as viruses, radioisotopes, vitamins, amphetamines, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), metal ions, chemical residues in foods such as antibiotics in meat, and contaminants in water it can.

以下において、一般性を失うことなく、捕捉分子244として、数例を挙げると、抗原、抗体、タンパク質、ペプチド、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、ペプチド核酸(PNA)、酵素、ホルモン又はホルモン受容体を含む、検出される標的物質を捕捉するのに適合した好適な分子を挙げることができる。   In the following, without loss of generality, examples of capture molecules 244 include antigens, antibodies, proteins, peptides, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), peptide nucleic acid (PNA), enzymes, hormones. Or suitable molecules suitable for capturing the target substance to be detected, including hormone receptors.

以下において、一般性を失うことなく、金属ナノ粒子228として、数例を挙げると、アルミニウム(Al)、ビスマス(Bi)、コバルト(CO)、銅(Cu)、金(Au)、鉄(Fe)、インジウム(In)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、スズ(β−Sn)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)及び亜鉛(Zn)等の金属元素を挙げることができる。金属ナノ粒子として、追加的に、数例を挙げると、例えば、TiN、TaN、TaCN、及びRuO等の、金属性である金属元素の酸化物又は窒化物を挙げることができる。金属ナノ粒子として、追加的に、性質が金属性となるように十分に高いドーピング濃度を有する半導体材料を挙げることができる。例えば、高ドープ半導体ナノ粒子としては、数例を挙げると、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(α−Sn)、砒化ガリウム(GaAs)、砒化インジウム(InAs)、セレン化カドミウム(CdSe)、硫化カドミウム(CdS)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)及び硫化鉛(PbS)等の半導体材料を挙げることができる。金属特性を有する金属酸化物、金属窒化物、及び半導体ナノ粒子は、例えば、1x1018/cmを超える担体密度(例えば、電子密度)を有し得る。 In the following, without losing generality, examples of the metal nanoparticles 228 include aluminum (Al), bismuth (Bi), cobalt (CO), copper (Cu), gold (Au), iron (Fe). ), Indium (In), molybdenum (Mo), nickel (Ni), chromium (Cr), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), tin (β Examples thereof include metal elements such as -Sn), tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), and zinc (Zn). Examples of the metal nanoparticles may include oxides or nitrides of metallic elements such as TiN, TaN, TaCN, and RuO 2 . Metal nanoparticles may additionally include semiconductor materials having a sufficiently high doping concentration so that the properties are metallic. For example, silicon (Si), germanium (Ge), tin (α-Sn), gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InAs), cadmium selenide (CdSe) can be cited as examples of highly doped semiconductor nanoparticles. ), Cadmium sulfide (CdS), cadmium telluride (CdTe), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), and lead sulfide (PbS). Metal oxides, metal nitrides, and semiconductor nanoparticles having metallic properties can have a carrier density (eg, electron density) greater than, for example, 1 × 10 18 / cm 3 .

図2Bでは、専ら例示を目的として、球状形状を有するものとして金属ナノ粒子228が図示されている。しかし、金属ナノ粒子228は、例えば、回転楕円面状、楕円体状、角錐状、棒状、線状、多角形状、及びマルチポッド状(multi−podded)を含む、他の各種形状を有し得る。加えて、金属ナノ粒子228は、その中に囲い込まれた空隙部を有するか、コアシェル構造を有することができ、コアシェル構造の少なくともシェルは、上記の金属若しくは金属酸化物又は半導体を含む。   In FIG. 2B, metal nanoparticles 228 are illustrated as having a spherical shape, for purposes of illustration only. However, the metal nanoparticles 228 can have various other shapes including, for example, spheroidal, ellipsoidal, pyramidal, rod, linear, polygonal, and multi-podded. . In addition, the metal nanoparticles 228 can have voids enclosed therein or have a core-shell structure, and at least the shell of the core-shell structure includes the metal or metal oxide or semiconductor described above.

ナノ粒子で被覆された基材を有するポリマーベースLSPR試験媒体
外ケース及び試料容器
図3A〜図3Dを参照すると、一実施形態に従うLSPR試験媒体300が図示されている。図3A及び図3Bを参照すると、試験媒体300は、容器350を囲い込むように構成された、前側部分310及び後側部分320を含む外ケース304を含む。試験媒体300は、前側でx方向に進む入射光314を受光し、反対側から透過光338を通過させるように構成されている。
Polymer-Based LSPR Test Medium Outer Case and Sample Container Having Substrate Coated with Nanoparticles Referring to FIGS. 3A-3D, an LSPR test medium 300 according to one embodiment is illustrated. With reference to FIGS. 3A and 3B, the test medium 300 includes an outer case 304 that includes a front portion 310 and a rear portion 320 configured to enclose the container 350. The test medium 300 is configured to receive incident light 314 traveling in the x direction on the front side and to transmit transmitted light 338 from the opposite side.

各種実施形態において、外ケース304及び容器350の少なくとも一部分は、光透過性材料、例えば可視波長域内の光を透過させるポリマー材料を用いて作製されている。本明細書に記載されるとき、可視光とは、約380〜約1100nmの間の波長を有する光の光子を指す。いくつかの実施形態において、外ケース304の少なくとも一部分は、可視光に対して光学的に不透明である材料を用いて作製されている。いくつかの実施形態において、容器350のいくつかの部分は、不透明材料を用いて作製されている。いくつかの実施形態において、入射光314が試験媒体に入り出て行く際に通過する、外ケース304及び容器350の側面の少なくとも一部分は、光を通過させることができるように光透過性である材料を用いて作製することができる。いくつかの実施形態において、入射光314が試験媒体に入り出て行く際に通過する、外ケース304及び容器350の側面の少なくとも一部分は、光が試験媒体を通過するように光透過性である材料を用いて作製することができる。残りの部分は、透明材料、不透明材料、又はその両方を用いて作製することもできる。いくつかの実施形態において、外ケース304が実質的に全体として不透明材料を用いて作製されているのに対して、入射光314が試験媒体に入り出て行く際に通過する、容器350の側面の少なくとも一部分は、透明材料を用いて作製することができる。容器350の残り部分は、透明材料、不透明材料、又はその両方を用いて作製することもできる。   In various embodiments, at least a portion of the outer case 304 and the container 350 are made of a light transmissive material, such as a polymer material that transmits light in the visible wavelength range. As described herein, visible light refers to photons of light having a wavelength between about 380 and about 1100 nm. In some embodiments, at least a portion of the outer case 304 is made using a material that is optically opaque to visible light. In some embodiments, some portions of the container 350 are made using an opaque material. In some embodiments, at least a portion of the sides of the outer case 304 and the container 350 through which incident light 314 passes as it enters and exits the test medium is light transmissive so that light can pass therethrough. It can be manufactured using a material. In some embodiments, at least a portion of the sides of the outer case 304 and the container 350 through which incident light 314 passes as it enters and exits the test medium is light transmissive so that light passes through the test medium. It can be manufactured using a material. The remaining portion can also be made using a transparent material, an opaque material, or both. In some embodiments, the side of the container 350 through which the incident light 314 passes as it enters and exits the test medium, whereas the outer case 304 is substantially entirely made of an opaque material. At least a portion of can be made using a transparent material. The remaining portion of the container 350 can also be made using a transparent material, an opaque material, or both.

いくつかの実施形態において、外ケース304の前側部分310は、入射光が妨害されずに通過することに適合した光入射窓340を有する。図示された実施形態において、光入射窓340は、そこを通過する光の透過率(transmission)を最大化するために外ケース304の材料が除去又は切り取られた、みぞ穴、窪み又は切り込みである。他の実施形態において、光入射窓340は、透明又は部分的に透明な窓の形態であってもよい。更に他の実施形態において、光入射窓340は、特定の波長のより大きな分画を選択的に通過させるように構成された光学フィルターの形態であってもよい。図示はされていないが、後側部分320は、光出射部分を有していてもよく、光出射部分は、光入射窓340に類似し、x方向において少なくとも部分的に位置を合わせられてもよい。   In some embodiments, the front portion 310 of the outer case 304 has a light entrance window 340 adapted to allow incident light to pass unimpeded. In the illustrated embodiment, the light entrance window 340 is a slot, dimple, or notch from which the material of the outer case 304 has been removed or cut to maximize the transmission of light passing therethrough. . In other embodiments, the light entrance window 340 may be in the form of a transparent or partially transparent window. In still other embodiments, the light entrance window 340 may be in the form of an optical filter configured to selectively pass a larger fraction of a particular wavelength. Although not shown, the rear portion 320 may have a light exit portion that is similar to the light entrance window 340 and may be at least partially aligned in the x direction. Good.

図3B〜図3Dを参照すると、容器350は、入射光314を妨害されずに受光するための光入射窓354を有している。図示された実施形態において、光入射窓354は、そこを通過する光の透過率を最大化するように材料及び厚さが最適化された光透過窓である。例えば、実質的に容器350全体が光透過性材料を用いて作製されている実施形態において、光入射窓354は、容器350の残り部分よりも薄い厚みを有していてもよい。更に他の実施形態において、光入射窓354は、特定の波長のより大きな分画を選択的に通過させるように構成された光学フィルターの形態であってもよい。更に他の実施形態において、光入射窓354は、そこを通過する光を集束させるように構成された光学レンズの形態であってもよい。図示はされていないが、容器350は、光出射窓358を有していてもよく、光出射窓358は、光入射窓354に類似するものであってもよく、x方向において少なくとも部分的に位置を合わせられてもよい。   Referring to FIGS. 3B to 3D, the container 350 has a light incident window 354 for receiving incident light 314 without being disturbed. In the illustrated embodiment, the light entrance window 354 is a light transmissive window that is optimized in material and thickness to maximize the transmittance of light passing therethrough. For example, in embodiments where substantially the entire container 350 is made using a light transmissive material, the light entrance window 354 may have a thickness that is less than the remainder of the container 350. In yet other embodiments, the light entrance window 354 may be in the form of an optical filter configured to selectively pass a larger fraction of a particular wavelength. In yet other embodiments, the light entrance window 354 may be in the form of an optical lens configured to focus light passing therethrough. Although not shown, the container 350 may have a light exit window 358, which may be similar to the light entrance window 354 and is at least partially in the x direction. It may be aligned.

図示された実施形態において、光入射窓354及び光出射窓358は、それらの間の距離が、容器350の残りの前側表面と後側表面との間の距離に比較して短くなるように、互いに対して奥まった位置にある。このような構成を有することは、光の経路の最適化、及び/又は容器350により保持される溶液の総容積の最適化、例えば削減を行う上で有利であり得る。   In the illustrated embodiment, the light entrance window 354 and the light exit window 358 are such that the distance between them is short compared to the distance between the remaining front and back surfaces of the container 350. They are in a deep position relative to each other. Having such a configuration may be advantageous in optimizing the light path and / or optimizing, eg reducing, the total volume of the solution held by the container 350.

いくつかの実施形態において、容器350は、管状内部空洞を含み液体試料を保持するように構成されたキュベットとして構成されている。図示された実施形態において、容器350及び外ケース304は、正方形の断面を有している。ただし、容器350及び/又は外ケース304は、例えば円形断面等の、他の好適な断面形状を有し得ると理解される。容器350は、例えば光束が横断するx方向の長さにわたって10mm等の、各種パラメーターの容易な計算を可能にする寸法を有する、横方向寸法を有し得る。   In some embodiments, the container 350 is configured as a cuvette that includes a tubular internal cavity and is configured to hold a liquid sample. In the illustrated embodiment, the container 350 and the outer case 304 have a square cross section. However, it is understood that the container 350 and / or the outer case 304 may have other suitable cross-sectional shapes, such as a circular cross-section. The container 350 may have a lateral dimension that has dimensions that allow easy calculation of various parameters, such as 10 mm over the length of the x direction traversed by the light beam.

標的分子検出のためのポリマーベース基材
引き続き図3B〜図3Dを参照すると、容器350は、1個の試料基材360、又は複数の試料基材360a、360b、及び360cを保持するように構成されている。図3Dに示された実施形態において、容器350は、3個の基材360a、360b及び360cを保持している。ただし、他の実施形態において、容器350は、より少ない又はより多い基材を保持することがある。各基材360、360a〜360cは、取っ手領域362及び分析領域368を有する。各基材は、入射光314に面する前側及び透過光338に面する後側を有する。試料基材360、360a〜360cの少なくとも一部分は、透明材料、例えば、透明ポリマー材料を用いて形成されている。
Polymer-Based Substrate for Target Molecule Detection With continued reference to FIGS. 3B-3D, the container 350 is configured to hold one sample substrate 360, or multiple sample substrates 360a, 360b, and 360c. Has been. In the embodiment shown in FIG. 3D, the container 350 holds three substrates 360a, 360b and 360c. However, in other embodiments, the container 350 may hold fewer or more substrates. Each substrate 360, 360a-360c has a handle region 362 and an analysis region 368. Each substrate has a front side facing incident light 314 and a back side facing transmitted light 338. At least a part of the sample substrates 360, 360a to 360c is formed using a transparent material, for example, a transparent polymer material.

前に戻って図3A及び図3Bを参照すると、外ケースの前側部分310は前側開口部330を有し、後側部分320は後側開口部334を有する。加えて、図3B〜図3Dを参照すると、基材360、360a〜360cは、取っ手領域362に開口部364も有する。本発明者らは、このような開口部を有することは、基材と容器350の隣接内側表面との間の間隙、又は複数の基材が存在する場合における隣接基材間の間隙に形成され得る気泡の数を低減するために有益であり得ることを見出した。いくつかの状況下で、このような間隙に形成される気泡は、開口部まで上昇し、そこで気泡が破壊され、それにより気泡を低減又は取り除くことができる。いくつかの実施形態において、前側及び後側開口部330及び334並びに開口部364は、水平方向及び垂直方向の両方に実質的に位置を合わせられており、本発明者らは、気泡を最小化する効果を最大にすることを見出した。   Referring back to FIGS. 3A and 3B, the outer case front portion 310 has a front opening 330 and the rear portion 320 has a rear opening 334. In addition, referring to FIGS. 3B-3D, the substrates 360, 360a-360c also have an opening 364 in the handle region 362. We have such an opening formed in the gap between the substrate and the adjacent inner surface of the container 350, or in the gap between adjacent substrates when multiple substrates are present. It has been found that it can be beneficial to reduce the number of bubbles obtained. Under some circumstances, bubbles formed in such gaps can rise to the opening where they are broken, thereby reducing or removing the bubbles. In some embodiments, the front and rear openings 330 and 334 and the opening 364 are substantially aligned in both the horizontal and vertical directions so that we minimize bubbles. I found out to maximize the effect.

本明細書に記載されるとき、可視波長域内の光透過性材料とは、可視波長において入射光の少なくとも約80%を透過する材料を指す。一般性を失うことなく、ケース、容器及び基材のいずれか又は全てで使用できる透明ポリマー材料としては、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、トリアセチルセルロース(TAC)、環状オレフィン、ポリアリーレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド又はこれらの組合せが挙げられる。使用できる透明非ポリマー又は無機材料としては、酸化ケイ素ベース材料(例えば、非晶質シリカ又は石英)又は酸化アルミニウムベース材料(例えば、サファイア)が挙げられる。   As described herein, a light transmissive material in the visible wavelength range refers to a material that transmits at least about 80% of incident light at visible wavelengths. Transparent polymer materials that can be used in any or all of cases, containers, and substrates without losing generality include polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, triacetyl cellulose (TAC), cyclic olefin, poly Examples include arylate, polybutylene terephthalate, polyimide, or a combination thereof. Transparent non-polymeric or inorganic materials that can be used include silicon oxide based materials (eg, amorphous silica or quartz) or aluminum oxide based materials (eg, sapphire).

ナノ粒子及び捕捉分子を介した標的分子検出
図3E及び図3Fを参照すると、容器350は、そこに溶液332を収容し保持するように構成されている。基材360の分析領域368の前側表面368F及び後側表面368Rの少なくとも一部分は、そこに形成された金属ナノ粒子328の層を有する。加えて、分析領域368の前側表面及び後側表面の少なくとも一部分は、そこに形成された捕捉分子344の層を有する。捕捉分子344は固定化されていてもよい。いくつかの実施形態において、基材360は、金属ナノ粒子328とそこに形成される捕捉分子344の層の一方又は両方を有さない非被覆部分362を有する。捕捉分子344は、それと化学結合することにより特定の標的分子を捕捉するのに適合したものである。図3Eを参照すると、標的分子340が溶液332に導入されたとき、標的分子340の少なくともいくつかは、捕捉分子344に化学的に付着する。図示された実施形態は、基材360の分析領域368の表面に形成されたナノ粒子328及び捕捉分子344のみを示しているが、他の実施形態では、容器350の内面の少なくとも一部分、例えば、光入射窓354及び光出射窓358の内面の部分も、そこに形成されたナノ粒子328及び捕捉分子344を有することができる。
Target Molecule Detection via Nanoparticles and Capture Molecules Referring to FIGS. 3E and 3F, container 350 is configured to receive and hold solution 332 therein. At least a portion of the front surface 368F and the back surface 368R of the analysis region 368 of the substrate 360 has a layer of metal nanoparticles 328 formed thereon. In addition, at least a portion of the front and back surfaces of the analysis region 368 has a layer of capture molecules 344 formed thereon. The capture molecule 344 may be immobilized. In some embodiments, the substrate 360 has an uncoated portion 362 that does not have one or both of the metal nanoparticles 328 and the layer of capture molecules 344 formed thereon. Capture molecule 344 is adapted to capture a specific target molecule by chemically binding to it. Referring to FIG. 3E, when target molecule 340 is introduced into solution 332, at least some of target molecule 340 chemically attaches to capture molecule 344. Although the illustrated embodiment shows only nanoparticles 328 and capture molecules 344 formed on the surface of the analysis region 368 of the substrate 360, in other embodiments, at least a portion of the inner surface of the container 350, eg, The portion of the inner surface of the light entrance window 354 and the light exit window 358 can also have nanoparticles 328 and capture molecules 344 formed therein.

図3E及び図3Fを参照すると、動作時に、入射光314は、捕捉分子344を有する基材360を標的分子340に曝露する前に試験媒体300a(図3E)を透過し、基材360を標的分子340に曝露した後に試験媒体300b(図3F)を透過している。次に、標的分子340の存在を検出するために、試験媒体300a及び300bを透過する光の吸光度が比較される。図示された実施形態において、入射光314は、実質的に入射光314の全てが実質的に反射なしで透過光338a/bとして分析領域368を出射するように、表面360の分析領域368に向けられる。いくつかの実施形態において、入射光314は、入射光314を受光する分析領域の表面に対して実質的に直角をなす角度に向けられる。いずれの理論にも拘束されるものではないが、標的分子340のいくつかは捕捉分子344に結合し、それにより、金属ナノ粒子328の表面に、共鳴条件の変更を誘発する摂動を引き起こし、次いで、標的分子340に曝露される前に試験媒体300aを透過した透過光338aと、標的分子340に曝露された後に試験媒体300bを透過した透過光338bとの差に基づいて測定され得る、吸光度の変化をもたらす。結合した標的分子340は、結合した標的分子340の濃度に比例する規模の屈折率の増大を引き起こす。従って、結合した標的分子340は、後述する定量分析において検出可能な吸光度の変化を誘発する。   Referring to FIGS. 3E and 3F, in operation, incident light 314 passes through the test medium 300a (FIG. 3E) before the substrate 360 having capture molecules 344 is exposed to the target molecule 340, and targets the substrate 360. After exposure to the molecule 340, it penetrates the test medium 300b (FIG. 3F). Next, to detect the presence of the target molecule 340, the absorbance of light transmitted through the test media 300a and 300b is compared. In the illustrated embodiment, incident light 314 is directed toward analysis region 368 of surface 360 such that substantially all of incident light 314 exits analysis region 368 as transmitted light 338a / b with substantially no reflection. It is done. In some embodiments, the incident light 314 is directed at an angle that is substantially perpendicular to the surface of the analysis region that receives the incident light 314. Without being bound by any theory, some of the target molecules 340 bind to the capture molecules 344, thereby causing perturbations on the surface of the metal nanoparticles 328 that induce a change in resonance conditions, and then Of absorbance that can be measured based on the difference between transmitted light 338a transmitted through test medium 300a before being exposed to target molecule 340 and transmitted light 338b transmitted through test medium 300b after being exposed to target molecule 340. Bring change. The bound target molecule 340 causes an increase in refractive index on a scale proportional to the concentration of bound target molecule 340. Thus, the bound target molecule 340 induces a change in absorbance that can be detected in the quantitative analysis described below.

吸光度及び吸収差スペクトル
図4Aは、実施形態に従い、図2A及び図2Bに関して前述したものに類似したLSPR測定システムを使用し、図3A〜図3Fに関して前述したものに類似したLSPR試験媒体を用いて取得した1組の吸光度スペクトルを示すグラフ400である。グラフ400のy軸は測定された吸光度を表し、x軸は吸光度が測定されたときの波長(λ)を表している。図示された吸光度スペクトル410a、420a及び430aは、例えば、それぞれ1、2及び3個の基材を有する試験媒体の測定吸光度値を表しており、各基材は、図3Eに関して前述した試験媒体と同様に配置されており、そこに形成されたナノ粒子を有する基材のそれぞれが、標的分子導入の前に、溶液に浸漬され、そこに捕捉分子を形成している。図示された吸光度スペクトル410b、420b及び430bは、例えば、それぞれ1、2及び3個の基材の測定吸光度値を表しており、各基材は、図3Fに関して前述した試験媒体と同様に配置されており、そこに形成されたナノ粒子を有する基材のそれぞれが、捕捉分子に対する標的分子の導入及び付着後に、溶液に浸漬され、そこに捕捉分子を形成している。図示された吸光度スペクトル410a、420a及び430aにおいて、基材のそれぞれは、分析領域(図3B〜図3Dの368、368a、368b、及び368c)内で、ナノ粒子及び捕捉分子について、ほぼ同じ被覆面積を有している。加えて、図示された吸光度スペクトル410b、420b及び430bにおいて、基材のそれぞれは、分析領域が浸漬された溶液中で、ほぼ同じ濃度の標的分子に供される。
Absorbance and Absorption Difference Spectrum FIG. 4A uses an LSPR measurement system similar to that described above with respect to FIGS. 2A and 2B, and using an LSPR test medium similar to that described above with respect to FIGS. 3 is a graph 400 showing a set of acquired absorbance spectra. The y-axis of the graph 400 represents the measured absorbance, and the x-axis represents the wavelength (λ) when the absorbance is measured. The illustrated absorbance spectra 410a, 420a, and 430a represent, for example, measured absorbance values for test media having 1, 2, and 3 substrates, respectively, each substrate corresponding to the test media described above with respect to FIG. 3E. Each of the substrates that are similarly arranged and have nanoparticles formed thereon are immersed in a solution to form capture molecules therein prior to introduction of the target molecule. The illustrated absorbance spectra 410b, 420b, and 430b represent, for example, measured absorbance values for 1, 2, and 3 substrates, respectively, with each substrate positioned similarly to the test medium described above with respect to FIG. 3F. Each of the substrates having nanoparticles formed therein is immersed in a solution after the introduction and attachment of the target molecule to the capture molecule to form the capture molecule therein. In the illustrated absorbance spectra 410a, 420a, and 430a, each of the substrates has approximately the same coverage for nanoparticles and capture molecules within the analysis region (368, 368a, 368b, and 368c in FIGS. 3B-3D). have. In addition, in the illustrated absorbance spectra 410b, 420b and 430b, each of the substrates is subjected to approximately the same concentration of target molecules in the solution in which the analysis region is immersed.

図4Bは、実施形態に従い、図4Aのものに類似した1組の吸光度データセットに基づいて得ることができる、1組の吸収差スペクトルを示すグラフ450である。グラフ450のy軸は、基材の分析領域が浸漬された溶液中で特定濃度の標的分子に基材を供する前と後に測定された吸光度間における、吸光度値の差を表している。x軸は、吸光度が測定されたときの波長(λ)を表している。図示された吸収差スペクトル460、470及び480は、例えば、それぞれ、1、2及び3つの基材を有する試験媒体について、各種波長にて基材を標的分子に供する前と後での測定された吸光度値の差を表している。即ち、吸光度スペクトル460、470及び480は、例えば、基材が標的分子に供される前の光の強度(例えば、410a、420a及び430aに類似するもの)と、基材が標的分子に供された後の光の強度(例えば、410b、420b及び430bに類似するもの)との差を表すことができる。図示されているように、吸収差スペクトル460、470及び480の差分値は、基材の数に比例して増大している。   FIG. 4B is a graph 450 illustrating a set of absorption difference spectra that can be obtained based on a set of absorbance data sets similar to that of FIG. 4A, according to an embodiment. The y-axis of the graph 450 represents the difference in absorbance value between the absorbance measured before and after the substrate is subjected to a specific concentration of the target molecule in the solution in which the analysis region of the substrate is immersed. The x-axis represents the wavelength (λ) when the absorbance is measured. The illustrated absorption difference spectra 460, 470, and 480 were measured before and after subjecting the substrate to target molecules at various wavelengths, for example, for test media having 1, 2, and 3 substrates, respectively. It represents the difference in absorbance values. That is, the absorbance spectra 460, 470, and 480 may include, for example, the intensity of light (eg, similar to 410a, 420a, and 430a) before the substrate is subjected to the target molecule, and the substrate is subjected to the target molecule. The difference from the intensity of the light after (eg, similar to 410b, 420b and 430b) can be expressed. As shown, the difference values of the absorption difference spectra 460, 470 and 480 increase in proportion to the number of substrates.

いくつかの実用的実装では、図4A及び図4Bに示されるような吸光度又は吸光度の変化のスペクトルを得る代わりに、特に選択した波長(例えば、ピーク波長)にて吸光度又は吸光度の変化(Δ吸光度)を測定することがより実用的であり得る。図5は、試験媒体内に配置された基材の数(x軸)の関数として、y軸において、単一の波長(例えば、ピーク波長)にて測定された、基材を標的分子に曝露することから生じた吸光度の変化を示したグラフ500である。図4Bに関する上の記載と同様に、吸光度の変化の規模は、光が透過する基材の数に比例して増大する。加えて、吸光強度の変化は、対応する屈折率の変化に直接比例するため、y軸は、互換的にΔ屈折率の変化として表すことができる。   In some practical implementations, instead of obtaining a spectrum of absorbance or absorbance change as shown in FIGS. 4A and 4B, the absorbance or absorbance change (Δ absorbance, especially at a selected wavelength (eg, peak wavelength)). ) May be more practical. FIG. 5 shows exposure of a substrate to a target molecule measured at a single wavelength (eg, peak wavelength) in the y-axis as a function of the number of substrates (x-axis) placed in the test medium. 5 is a graph 500 showing a change in absorbance resulting from the operation. Similar to the description above for FIG. 4B, the magnitude of the change in absorbance increases in proportion to the number of substrates through which light is transmitted. In addition, since the change in absorbance is directly proportional to the corresponding change in refractive index, the y-axis can be interchangeably expressed as a change in Δ refractive index.

従って、図示されているように、図4A及び図4Bでは、LSPR試験媒体の吸光度スペクトル410b、420b及び430bは、基材がナノ粒子及び標的分子に対してナノ粒子上に形成された捕捉分子を有するものであり、基材を標的分子に曝露する前のそれぞれの吸光度スペクトル410a、420a及び430aと比較した、基材を標的分子に曝露した後の吸光度値の増大を示している。吸光度値の増大の規模は、とりわけ、付着した標的分子の表面濃度に比例する。従って、ナノ粒子表面密度及び捕捉分子表面密度の公知の値に基づいて、並びに基材を標的分子に曝露する前と後における吸光度の測定された差に基づいて、溶液中の標的分子の濃度が決定され得る。加えて、吸光度は基材の数に比例して増大するため、図4B及び図5に記載されている通り、図3Dに示されるように複数の基材を保持するように構成された試験媒体を使用して、標的分子の検出感度(例えば、信号対雑音比)を高めることができる。   Thus, as shown, in FIGS. 4A and 4B, the absorbance spectra 410b, 420b and 430b of the LSPR test medium show the capture molecules formed on the nanoparticles relative to the nanoparticles and target molecules. And shows an increase in the absorbance value after exposing the substrate to the target molecule compared to the respective absorbance spectra 410a, 420a and 430a before exposing the substrate to the target molecule. The magnitude of the increase in absorbance value is proportional to the surface concentration of the attached target molecule, among others. Thus, based on known values of the nanoparticle surface density and capture molecule surface density, and based on the measured difference in absorbance before and after exposing the substrate to the target molecule, the concentration of the target molecule in solution Can be determined. In addition, since the absorbance increases in proportion to the number of substrates, the test medium is configured to hold multiple substrates as shown in FIG. 3D as described in FIGS. 4B and 5 Can be used to increase the detection sensitivity (eg, signal to noise ratio) of the target molecule.

減衰全内部反射に基づく試験媒体
光束が、第1の屈折率nを有する第1の媒質(例えば、ガラス)を通過し、nよりも小さい第2の屈折率nを有する第2の媒質(例えば、液体又は空気)へと向けられたとき、光束は、界面に対して直角をなす方向を有する法線から離れて、第1の媒質と第2の媒質との界面で屈曲することが知られている。光束の屈曲の大きさは、n×sinθ=n×sinθを示すスネルの法則によって決定され、式中、n及びnはそれぞれ第1及び第2の媒質の屈折率であり、θは法線に対する第1の媒質内での入射ビームの第1の角度を表し、θは法線に対する第2の媒質内での屈折ビームの第2の角度を表す。
Test medium based on attenuated total internal reflection A light beam passes through a first medium (eg, glass) having a first refractive index n 1 and has a second refractive index n 2 that is less than n 1 . When directed to a medium (eg, liquid or air), the light beam bends at the interface between the first medium and the second medium away from the normal having a direction perpendicular to the interface. It has been known. The magnitude of the bending of the light beam is determined by Snell's law indicating n 1 × sin θ 1 = n 2 × sin θ 2 , where n 1 and n 2 are the refractive indices of the first and second media, respectively. , Θ 1 represents the first angle of the incident beam in the first medium relative to the normal, and θ 2 represents the second angle of the refracted beam in the second medium relative to the normal.

第1の媒質を通過して進む光束が、臨界角θとして知られる十分に大きな角度にて2つの媒質間の界面にぶつかると、その屈折方向が界面と平行(法線に対して90度)になり、より大きな角度では、光束は全反射して第1の媒質内に戻る。この条件は全内部反射として知られている。第1の屈折率を有する第1の媒質を含む光導構造体(light−guiding structure)(例えばファイバー)中を通過して伝播する平行光束が、界面に達するθよりも大きな角度にて、構造体と、外部媒質、例えば構造体の表面に形成され第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有する第2の媒質を含む物質との間の界面に達するとき、光束は、2つの媒質間の界面にて一連の全内部反射を経ることにより、全内部反射モード下で、構造体中を通過するように誘導され得る。反射数は入射角を変えることで変わり得る。技法は、減衰全内部反射、又はATRと称されることもある。本明細書にて開示されるLSPR試験媒体、LSPR測定方法及びLSPR測定システムのいくつかの実施形態では、以下に記載されているように、ATRを有利に用いることができる。 When the light beam traveling through the first medium hits the interface between the two media at a sufficiently large angle known as the critical angle θ c , its refraction direction is parallel to the interface (90 degrees with respect to the normal). At a larger angle, the luminous flux is totally reflected and returns to the first medium. This condition is known as total internal reflection. A structure in which a parallel light beam propagating through a light-guiding structure (for example, a fiber) including a first medium having a first refractive index has an angle larger than θ c reaching the interface. When reaching the interface between the body and an external medium, for example a substance comprising a second medium formed on the surface of the structure and having a second refractive index smaller than the first refractive index, By undergoing a series of total internal reflections at the interface between the media, it can be induced to pass through the structure under total internal reflection mode. The number of reflections can be changed by changing the incident angle. The technique is sometimes referred to as attenuated total internal reflection, or ATR. In some embodiments of the LSPR test medium, LSPR measurement method and LSPR measurement system disclosed herein, an ATR can be advantageously used as described below.

ATRに基づくLSPR測定のためのポリマーベース光導構造体
図6Aは、減衰全反射(ATR)を利用するように構成されたポリマーベースLSPR試験媒体600を示す。試験媒体600は、z方向に延長する長さLを有し、第1の屈折率nを有する、光導構造体660を含む。構造体660の図示された部分は、例えば、図3A〜図3Fの分析領域368に類似した分析領域を表し、光透過性材料、例えば、光透過性ポリマー材料を含んでいてもよい。
Polymer-Based Optical Structure for LSPR Measurement Based on ATR FIG. 6A shows a polymer-based LSPR test medium 600 configured to utilize attenuated total reflection (ATR). The test medium 600 includes a light structure 660 having a length L extending in the z direction and having a first refractive index n 1 . The illustrated portion of the structure 660 represents an analysis region similar to the analysis region 368 of FIGS. 3A-3F, for example, and may include a light transmissive material, such as a light transmissive polymer material.

いくつかの実施形態において、光導構造体660は、1つ又は複数の表面を有する。構造体660は、互いに向い合いATRモードにおいて光束を反射するように構成された、第1の表面660S1及び第2の表面660S2を有するものとして図示されている。いくつかの実施形態において、第1の表面660S1及び第2の表面660S2は、図6B〜図6Cに関して後述する、単一の表面の異なる部分を表している。   In some embodiments, the light structure 660 has one or more surfaces. The structure 660 is illustrated as having a first surface 660S1 and a second surface 660S2 configured to face each other and reflect the light beam in the ATR mode. In some embodiments, the first surface 660S1 and the second surface 660S2 represent different portions of a single surface, described below with respect to FIGS. 6B-6C.

第1の表面660S1及び第2の表面660S2の少なくとも一部分は、そこに形成された金属ナノ粒子628の層を有する。加えて、第1の表面660S1及び第2の表面660S2の少なくとも一部分は、そこに形成された捕捉分子644を有する。捕捉分子644は、それと化学結合することにより特定の標的分子を捕捉するのに適合したものである。   At least a portion of the first surface 660S1 and the second surface 660S2 has a layer of metal nanoparticles 628 formed thereon. In addition, at least a portion of the first surface 660S1 and the second surface 660S2 have capture molecules 644 formed thereon. Capture molecule 644 is adapted to capture a specific target molecule by chemically binding to it.

図3A〜図3Fに関して前述した試験媒体300と同様に、表面660S1及び660S2は、図3A〜図3Fの基材360に関して記載された同様の様式で、構造体660が少なくとも部分的に浸漬され得る容器内に保持され得る溶液632と接触するように構成されている。溶液632は、そこに溶解した標的分子を含有しても含有しなくても、構造体660の第1の屈折率nよりも小さい第2の屈折率nを有する。図3E〜図3Fに関して前述した捕捉分子と同様に、標的分子640が溶液に導入されたとき、標的分子640の少なくともいくつかは、捕捉分子644に化学的に付着する。 Similar to the test medium 300 described above with respect to FIGS. 3A-3F, the surfaces 660S1 and 660S2 may be at least partially immersed in the structure 660 in a similar manner as described with respect to the substrate 360 of FIGS. 3A-3F. It is configured to come into contact with a solution 632 that can be held in a container. The solution 632 has a second refractive index n 2 that is less than the first refractive index n 1 of the structure 660, whether or not it contains dissolved target molecules. Similar to the capture molecules described above with respect to FIGS. 3E-3F, at least some of the target molecules 640 chemically attach to the capture molecules 644 when the target molecules 640 are introduced into the solution.

引き続き図6Aを参照すると、図3E及び図3Fに関して前述した、光束が単回通過で基材を透過する試験媒体とは異なり、入射光束614、例えば光束は、端部表面660S3を通過して光導構造体660に入り、構造体660の縦方向に対応して全体としてz方向に沿って進む。光束614は、前述した減衰全内部反射(ATR)条件のために、臨界角θよりも大きい法線(x軸)に対する角度θにて、構造体660の表面660S1又は660S2のいずれかに向けられ、光束614が表面660S1又は660S2のいずれかを通過して出射せず、その代わりに、内部で反射され、表面660S1又は660S2の他方に向かって構造体660の内部に戻るようにされる。内部反射事象(internal reflection event)は、n、n、L及びθの値を独立して選択することにより、所与のシステムにとって好適であり得る好適な数の内部反射事象が生じ得るように、複数回反復させることができる。 Continuing to refer to FIG. 6A, unlike the test medium described above with respect to FIGS. 3E and 3F, where the light beam passes through the substrate in a single pass, the incident light beam 614, eg, the light beam, passes through the end surface 660S3 and is guided through The structure 660 is entered and proceeds along the z direction as a whole corresponding to the longitudinal direction of the structure 660. The light beam 614 is directed to either the surface 660S1 or 660S2 of the structure 660 at an angle θ relative to the normal (x-axis) greater than the critical angle θ c due to the attenuated total internal reflection (ATR) condition described above. The light beam 614 does not exit through either the surface 660S1 or 660S2, but instead is reflected internally and returns to the other side of the surface 660S1 or 660S2 back into the structure 660. The internal reflection event is such that by independently selecting the values of n 1 , n 2 , L and θ, a suitable number of internal reflection events can occur that may be suitable for a given system. Can be repeated multiple times.

いくつかの実装では、平行化されていてもよい光束614は、前述したとおりATR条件が満たされるように、構造体660の表面660S1又は660S2のいずれかに向けられると理解される。いくつかの他の実装において、光束614は、光導構造体660の第1の末端に入るとき、平行化されていなくても(uncollimated)、部分的に平行化されていてもよい。進入時に、一部の光子は、ATR条件を満たし全内部反射され、それにより光導構造体660の第2の末端に到達するが、ATR条件を満たさない他の光子は、表面660S1又は660S2のいずれかにて透過又は散漫散乱する。このようにして、いくつかの実装では、ポリマーベースLSPR試験媒体600が、ATR条件を満たす光束を「自己選択」し、光束614の高度のプリコリメーション(pre−collimation)を不要にする。   In some implementations, it is understood that the light beam 614, which may be collimated, is directed to either the surface 660S1 or 660S2 of the structure 660 such that the ATR condition is met as described above. In some other implementations, the light beam 614 may be uncollimated or partially collimated when entering the first end of the light structure 660. Upon entry, some photons satisfy the ATR condition and are totally internally reflected, thereby reaching the second end of the light structure 660, while other photons that do not meet the ATR condition are either on the surface 660S1 or 660S2. It is transmitted or diffusely scattered. In this way, in some implementations, the polymer-based LSPR test medium 600 “self-selects” the light beam that satisfies the ATR condition, eliminating the need for a high degree of pre-collimation of the light beam 614.

いずれの理論にも拘束されるものではないが、光束614が全内部反射しても、反射光は、表面660S1及び660S2に隣接した限定的電磁場を発生させ、エバネッセント場が生じる。エバネッセント場は、x方向に表面660S1及び660S2から離れるにつれて指数関数的に強度が減衰する。dで表すことができる特徴的全反射エバネッセント減衰長、例えば電界波(field wave)の振幅の1/e減衰長(図示せず)は、例えば入射光の波長の約1/3、例えば100〜数百ナノメートル、一例では約200nm延長し得る。 Although not bound by any theory, even if the light beam 614 is totally internally reflected, the reflected light generates a limited electromagnetic field adjacent to the surfaces 660S1 and 660S2, and an evanescent field is generated. The evanescent field decays exponentially as it moves away from the surfaces 660S1 and 660S2 in the x direction. The characteristic total reflection evanescent attenuation length, which can be expressed as d 0 , for example, 1 / e attenuation length (not shown) of the amplitude of the field wave, is about 1/3 of the wavelength of the incident light, for example 100 It can be extended to ~ several nanometers, in one example about 200 nm.

実施形態に従うATR条件下の図6AのLSPR試験媒体600では、金属ナノ粒子628の表面の自由電子がエバネッセント場により励起され、それにより局在表面プラズモン共鳴(LSPR)が誘発され得る。いずれの理論にも拘束されるものではないが、d内でのエバネッセント場強度の指数関数的減少のため、表面自由電子の励起は、典型的に厚さ100ナノメートル未満(例えば、約20nm)である、LSPR電界減衰長(LSPR field decay length)(λ)としても知られる領域に限定される。金属ナノ粒子628の励起は相対的に薄い領域に相対的に局在化され得るため、及び光束は複数の内部反射事象を経るため、多くの他のSPR技法と比較して、LSPR試験媒体600を使用する際に、はるかに高い信号対雑音比が達成され得る。 In the LSPR test medium 600 of FIG. 6A under ATR conditions according to embodiments, free electrons on the surface of the metal nanoparticles 628 can be excited by an evanescent field, thereby inducing localized surface plasmon resonance (LSPR). Without being bound by any theory, due to the exponential decrease in evanescent field strength within d 0 , surface free electron excitation is typically less than 100 nanometers thick (eg, about 20 nm). ), Which is also limited to a region also known as LSPR field decay length (λ 0 ). Compared to many other SPR techniques, the excitation of the metal nanoparticles 628 can be relatively localized in a relatively thin region, and the light flux undergoes multiple internal reflection events, so A much higher signal-to-noise ratio can be achieved when using.

従って、本明細書に開示された実施形態に従い、共鳴条件の変更を誘発する金属ナノ粒子628の表面において、捕捉分子644に結合した標的分子640により引き起こされた摂動に基づいて、捕捉分子644を標的分子648に曝露する前と後で、ATR条件下で光導構造体660を透過する光束を比較することにより、溶液632中の標的分子の存在が検出され得る。共鳴条件の変更は次に、図3A〜図3Fに関して前述した同様の様式で、ただし、より高い感度及びより高い信号対雑音比にて、構造体660を標的分子640に曝露する前と後における試験媒体600を通過する透過光638の差に基づいて測定され得る、吸光度の変化をもたらす。   Thus, in accordance with the embodiments disclosed herein, capture molecules 644 are based on perturbations caused by target molecules 640 bound to capture molecules 644 on the surface of metal nanoparticles 628 that induce a change in resonance conditions. By comparing the light flux transmitted through the light structure 660 under ATR conditions before and after exposure to the target molecule 648, the presence of the target molecule in the solution 632 can be detected. The change in resonance conditions is then in a similar manner as described above with respect to FIGS. 3A-3F, but before and after exposing structure 660 to target molecule 640 with higher sensitivity and higher signal-to-noise ratio. This results in a change in absorbance that can be measured based on the difference in transmitted light 638 passing through the test medium 600.

ATRに基づくLSPR測定のためのポリマーベース光導構造体の構成
図6B、図6C及び図6Dはそれぞれ、図6Aに関して前述した同様の様式で、減衰全反射(ATR)を利用するように構成されたポリマーベースLSPR試験媒体670、680及び690を示す。特に、図6B〜図6Dは、金属ナノ粒子及び捕捉分子により均一に連続的に被覆された分析領域を有する試験媒体を示す。図6B〜図6Dに示された試験媒体の分析領域は、所与の試験媒体のために独立の分析領域として使用できる実施形態を表すものと理解される。加えて、分析領域及び各種領域又はそれらの部分は、組み合わせて又は繰り返して使用され得る。
Configuration of Polymer-Based Optical Structure for LSPR Measurement Based on ATR FIGS. 6B, 6C, and 6D were each configured to utilize attenuated total reflection (ATR) in a similar manner as described above with respect to FIG. 6A. Polymer based LSPR test media 670, 680 and 690 are shown. In particular, FIGS. 6B-6D show a test medium having an analysis region that is uniformly and continuously coated with metal nanoparticles and capture molecules. The analysis regions of the test media shown in FIGS. 6B-6D are understood to represent embodiments that can be used as independent analysis regions for a given test medium. In addition, the analysis region and various regions or portions thereof can be used in combination or repeatedly.

試験媒体670、680及び690のそれぞれは、光導構造体660a、660b、及び660cをそれぞれ含み、これらはそれぞれ第1の屈折率nを有するそれぞれの分析領域668a〜668cを含む。光導構造体660a〜660cのそれぞれは、第1の末端及び第2の末端並びに第1の末端と第2の末端との間のそれぞれの分析領域668a〜668cを有する。これらの分析領域はそれぞれ、光透過性材料、例えば、光透過性ポリマー材料を含む。分析領域668a〜668cのそれぞれは、透明ポリマー材料を含むそれぞれの分析領域表面668S1、668S2及び668S3を有する。図示された実施形態において、透明ポリマー材料は第1の屈折率nを有し、分析領域表面668S1〜668S3のそれぞれは、図6Aに関して前述したように、ATRモードにおいて光束を反射するように構成されている。 Each of the test media 670, 680, and 690 includes optical structures 660a, 660b, and 660c, respectively, each of which includes a respective analysis region 668a-668c having a first refractive index n1. Each of the light structures 660a-660c has a first end and a second end and a respective analysis region 668a-668c between the first end and the second end. Each of these analysis regions includes a light transmissive material, such as a light transmissive polymer material. Each of the analysis regions 668a-668c has a respective analysis region surface 668S1, 668S2, and 668S3 that includes a transparent polymeric material. In the illustrated embodiment, the transparent polymeric material has a first refractive index n 1 and each of the analysis region surfaces 668S1-668S3 is configured to reflect the light beam in the ATR mode, as described above with respect to FIG. 6A. Has been.

図6Aに関して前述した光導構造体660の表面660S1及び660S2に関する前の記載と同様に、図6B〜図6Dの図示された実施形態では、分析領域表面668S1〜668S3の少なくとも一部分は、そこに形成された金属ナノ粒子628の層(明確にするために図示せず)を有する。加えて、分析領域表面668S1〜668S3の少なくとも一部分は、そこに形成された捕捉分子644(明確にするために図示せず)を有する。捕捉分子644は、それと化学結合することにより特定の標的分子を捕捉するのに適合したものである。   Similar to the previous description for surfaces 660S1 and 660S2 of light structure 660 described above with respect to FIG. 6A, in the illustrated embodiment of FIGS. 6B-6D, at least a portion of analysis region surfaces 668S1-668S3 are formed therein. A layer of metal nanoparticles 628 (not shown for clarity). In addition, at least a portion of the analysis region surfaces 668S1-668S3 has capture molecules 644 (not shown for clarity) formed thereon. Capture molecule 644 is adapted to capture a specific target molecule by chemically binding to it.

引き続き図6B〜図6Dを参照すると、光導構造体660a〜660cのいずれか1つ又は複数は、分析領域668a〜668cと同じ透明ポリマー材料を含み、金属ナノ粒子628とそこに形成された捕捉分子644の層の一方又は両方を有さないそれぞれの表面664S1、664S2及び664S3を有する非被覆部分664a、664b、及び664cを有していてもよい。加えて、光導構造体660a〜660cのいずれか1つ又は複数は、分析領域668a〜668cと同じ透明ポリマー材料を含み、光導構造体の第1及び第2の末端の少なくとも1つの付近に配置されている、それぞれの光導構造体部分662a、662b及び662cを有していてもよい。   With continued reference to FIGS. 6B-6D, any one or more of the light structures 660a-660c comprises the same transparent polymeric material as the analysis regions 668a-668c, and the metal nanoparticles 628 and the capture molecules formed thereon There may be uncovered portions 664a, 664b, and 664c having respective surfaces 664S1, 664S2, and 664S3 that do not have one or both of the 644 layers. In addition, any one or more of the light structures 660a-660c includes the same transparent polymeric material as the analysis regions 668a-668c and is disposed near at least one of the first and second ends of the light structures. Each optical structure portion 662a, 662b, and 662c may be included.

引き続き図6B〜図6Dを参照すると、試験媒体670、680及び690のそれぞれは、そこに液体溶液632を保持するように構成されたそれぞれの容器628a、628b及び628cを有する。液体は、図6Aに関して前述したように、標的分子648(図示せず)を溶解するのに適合したものである。液体632が存在するとき、光導構造体660a〜660cのそれぞれは、分析領域668a〜668cの少なくとも一部分が液体632中に浸漬され得るように構成されている。   With continued reference to FIGS. 6B-6D, each of the test media 670, 680, and 690 has a respective container 628a, 628b, and 628c configured to hold a liquid solution 632 therein. The liquid is adapted to dissolve the target molecule 648 (not shown) as described above with respect to FIG. 6A. When the liquid 632 is present, each of the light structures 660 a-660 c is configured such that at least a portion of the analysis regions 668 a-668 c can be immersed in the liquid 632.

図6Aに関して前述したように、分析領域表面668S1〜668S3のそれぞれは、容器628a〜628c内の溶液632と接触するように構成されている。溶液632は、そこに溶解した標的分子を含有しても含有しなくても、分析領域668a〜668cの第1の屈折率nよりも小さい第2の屈折率nを有する。図3E〜図3Fに関して前述した捕捉分子と同様に、標的分子640(図示せず)が溶液632に導入されたとき、それらの標的分子の少なくともいくつかは、捕捉分子644(図示せず)に化学的に付着し、吸光度の変化が誘発される。 As described above with respect to FIG. 6A, each of the analysis region surfaces 668S1-668S3 is configured to contact the solution 632 in the containers 628a-628c. The solution 632 has a second refractive index n 2 that is smaller than the first refractive index n 1 of the analysis regions 668 a-668 c, whether or not it contains dissolved target molecules. Similar to the capture molecules described above with respect to FIGS. 3E-3F, when target molecules 640 (not shown) are introduced into solution 632, at least some of those target molecules are transferred to capture molecules 644 (not shown). It adheres chemically and induces a change in absorbance.

引き続き図6B〜図6Dを参照すると、動作時に、試験媒体670、680及び690のそれぞれは、光源610から放射された入射偏光光束614が光導構造体660a、660b及び660cの第1の末端にて受光されるように構成され、更に、少なくとも部分的に光がそれぞれの光導構造体660a、660b及び660cを透過するように構成されている。試験媒体670、680及び690のそれぞれは更に、透過光が光導構造体660a、660b及び660cの第2の末端にて出射され、検出器630を使用して検出されるように構成されている。いくつかの実施形態において、進行する光を集束させ且つ/又は選択的に通過させるために、1つ若しくは複数のレンズ672及び/又は1つ若しくは複数の光学フィルター674が、光導構造体の第2の末端と検出器630との間に配置されていてもよい。   With continued reference to FIGS. 6B-6D, in operation, each of the test media 670, 680, and 690 causes the incident polarized light beam 614 emitted from the light source 610 at the first end of the light structures 660a, 660b, and 660c. It is configured to receive light, and is further configured to at least partially transmit light through the respective light guide structures 660a, 660b, and 660c. Each of the test media 670, 680, and 690 is further configured such that transmitted light is emitted at the second ends of the light structures 660a, 660b, and 660c and detected using the detector 630. In some embodiments, one or more lenses 672 and / or one or more optical filters 674 are used to focus and / or selectively pass the traveling light through the second of the light structure. It may be arranged between the end of the detector and the detector 630.

試験媒体670、680及び690のそれぞれは、光導構造体660a、660b及び660cを透過する光が、前述した減衰全内部反射(ATR)条件下で、光導構造体の第1の末端から第2の末端まで誘導されるように構成されている。即ち、溶液632の第2の屈折率nは、分析領域668a、668b及び668cの第1の屈折率nよりも小さいため、光導構造体660a〜660c中を進み、溶液632との界面を形成するそれぞれの表面668S1、668S2及び668S3に到達する光束は、特定の角度において、表面668S1から出射せず、代わりに、内部反射され、反対面に向かって光導構造体660a〜660cの内部に戻る。特に、前記界面に到達し、光衝突点(point of light impingement)において、表面668S1、668S2及び668S3の法線に対して、臨界角θよりも大きい角度θを形成する光束は、前述した減衰全内部反射(ATR)条件を満たす。内部反射事象は、所与のシステムにとって好適であり得る好適な数の内部反射事象が生じるように、n、n、θ、及び光の経路長の値を独立して選択することにより、所望の回数反復させることができる。 Each of the test media 670, 680, and 690 allows light transmitted through the light structures 660a, 660b, and 660c to be second from the first end of the light structure under the attenuated total internal reflection (ATR) condition described above. It is configured to be guided to the end. That is, since the second refractive index n 2 of the solution 632 is smaller than the first refractive index n 1 of the analysis regions 668 a, 668 b, and 668 c, the second refractive index n 2 travels through the optical structures 660 a to 660 c and passes through the interface with the solution 632. The light beams reaching the respective surfaces 668S1, 668S2 and 668S3 to be formed do not exit the surface 668S1 at a specific angle, but instead are internally reflected and return to the inside of the light structures 660a to 660c toward the opposite surface. . In particular, the light flux that reaches the interface and forms an angle θ greater than the critical angle θ c with respect to the normals of the surfaces 668S1, 668S2, and 668S3 at the point of light impingement is the attenuation described above. Satisfies total internal reflection (ATR) conditions. The internal reflection events are selected by independently selecting the values of n 1 , n 2 , θ, and the light path length so that a suitable number of internal reflection events that may be suitable for a given system occurs. It can be repeated as many times as desired.

図6Bを参照すると、一実施形態に従って、片側から入射光614を受光し垂直方向に試験媒体670の反対側から透過光638を収集するように構成された、光導構造体660aを含む試験媒体670が図示されている。試験媒体670は、実質的に共線形(co−linear)カラム構成で配置された、光導部分662a、非被覆部分664a及び分析部分668aを含む。少なくとも分析部分668aは、ポリマー材料を使用して形成され、その結果、分析領域表面668S1が金属ナノ粒子の層(明確にするために図示せず)を形成してその金属ナノ粒子の層に捕捉分子(明確にするために図示せず)を付着させるのに適合したポリマー表面を有しており、捕捉分子は特定の標的分子を捕捉するのに適合するものとなっている。分析部分668aの少なくとも一部分は、溶液632に浸漬されるように構成されている。溶液は、検出される標的分子をそこに溶解するのに適合したものである。有利には、光導構造体660aの実質的な共線形構成は、光源610と光検出器630が、光進行方向において光導構造体660aの両側に配置されたLSPR測定システムに適している。   Referring to FIG. 6B, according to one embodiment, a test medium 670 including a light structure 660a configured to receive incident light 614 from one side and collect transmitted light 638 from the opposite side of the test medium 670 in the vertical direction. Is shown. Test medium 670 includes a light portion 662a, an uncoated portion 664a, and an analysis portion 668a arranged in a substantially co-linear column configuration. At least the analysis portion 668a is formed using a polymeric material so that the analysis region surface 668S1 forms a layer of metal nanoparticles (not shown for clarity) and is captured in the layer of metal nanoparticles It has a polymer surface that is adapted to attach molecules (not shown for clarity), and the capture molecules are adapted to capture specific target molecules. At least a portion of the analysis portion 668 a is configured to be immersed in the solution 632. The solution is adapted to dissolve the target molecule to be detected therein. Advantageously, the substantially collinear configuration of the light structure 660a is suitable for an LSPR measurement system in which the light source 610 and the photodetector 630 are arranged on both sides of the light structure 660a in the light traveling direction.

光導構造体660aの各種部分の各種寸法は、所望の検出特性に合わせて調整され得ると理解される。例えば、分析領域688のz方向の長さ、分析領域688のy又はx方向の直径、及び光導構造体660aのポリマー材料の屈折率n1は、例えば、容器628aの大きさ等の他の物理的制約に基づいて所望される全内部反射数に基づいて選択され得、容器628aの大きさは、数例を挙げると、容器628a内で溶解させ得る標的分子の量の利用可能性、溶液632の屈折率n、並びに後述するナノ粒子被覆装置及びプロセスの物理的制約に基づいて選択され得る。 It is understood that the various dimensions of the various portions of the light guide 660a can be adjusted to the desired detection characteristics. For example, the z-direction length of the analysis region 688, the y- or x-direction diameter of the analysis region 688, and the refractive index n1 of the polymer material of the light structure 660a may be other physical properties such as, for example, the size of the container 628a. The size of the container 628a can be selected based on the total number of internal reflections desired based on constraints, and the availability of the amount of target molecules that can be dissolved in the container 628a, to name a few, of the solution 632 It can be selected based on the refractive index n 2 and the physical constraints of the nanoparticle coating apparatus and process described below.

図6Bに図示された実施形態において、少なくとも分析部分668aを含む光導構造体660aの各種部分は、(x−y平面において)実質的に円形の断面形状を有する。ただし、可能な実施形態が、そのように限定されるわけではない。例えば、多角形(三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形等)、楕円形又は他の好適な形状の断面形状が可能である。   In the embodiment illustrated in FIG. 6B, the various portions of the light structure 660a, including at least the analysis portion 668a, have a substantially circular cross-sectional shape (in the xy plane). However, possible embodiments are not so limited. For example, polygonal (triangular, square, rectangular, pentagonal, hexagonal, octagonal, etc.), elliptical or other suitable cross-sectional shapes are possible.

図6Bに図示された実施形態において、光導構造体660aの少なくとも分析部分668aを含む光導構造体660aの各種部分は、光進行方向(z方向)における線形であることから実質的に逸脱しない。即ち、光導構造体660aの少なくとも分析部分668aは、z方向から逸脱する実質的な湾曲、たわみ、円弧、屈曲、弓そり、ねじれ、輪又は曲がり目を有さない。以下では、図6C及び図6Dに関して、そのような直線性からの逸脱を有する実施形態が記載される。   In the embodiment illustrated in FIG. 6B, the various portions of the light structure 660a including at least the analysis portion 668a of the light structure 660a do not substantially deviate from being linear in the light travel direction (z direction). That is, at least the analysis portion 668a of the light structure 660a does not have a substantial curvature, deflection, arc, bend, bow, twist, ring or bend that deviates from the z direction. In the following, embodiments having such deviations from linearity will be described with respect to FIGS. 6C and 6D.

図6Cを参照すると、試験媒体680は、少なくとも1つの湾曲部分682を有する光導構造体660bを含む。図6Bの光導構造体660aとは異なり、試験媒体680の光導構造体660bは、一実施形態に従い、試験媒体680の片側(例えば、最上部)から入射光614を受光し、試験媒体680の同じ垂直側に透過光638を出射するように構成されている。   Referring to FIG. 6C, the test medium 680 includes a light structure 660 b having at least one curved portion 682. Unlike the light structure 660a of FIG. 6B, the light structure 660b of the test medium 680 receives incident light 614 from one side (eg, the top) of the test medium 680 and is the same as the test medium 680, according to one embodiment. The transmitted light 638 is emitted to the vertical side.

図6Bの試験媒体670と同様に、試験媒体680の少なくとも分析部分668bは、ポリマー材料を使用して形成されており、その結果、分析領域表面668S2が、金属ナノ粒子の層(明確にするために図示せず)を形成してその金属ナノ粒子の層に捕捉分子(明確にするために図示せず)を付着させるのに適合したポリマー表面を有しており、捕捉分子は特定の標的分子を捕捉するのに適合するものとなっている。更に図6Bと同様に、分析部分668bの少なくとも一部分は、標的分子を溶解するのに適合した溶液632に浸漬されるように構成されている。   Similar to the test medium 670 of FIG. 6B, at least the analysis portion 668b of the test medium 680 is formed using a polymer material so that the analysis region surface 668S2 is a layer of metal nanoparticles (for clarity). Having a polymer surface adapted to form a capture molecule (not shown for clarity) attached to the metal nanoparticle layer, wherein the capture molecule is a specific target molecule. It is suitable to capture. Further, similar to FIG. 6B, at least a portion of the analysis portion 668b is configured to be immersed in a solution 632 adapted to dissolve the target molecule.

図6Bとは異なり、試験媒体680は、光入射末端と光出射末端のそれぞれに形成された光導部分662bを有し、光入射末端と光出射末端はいずれも、溶液632の外部に配置されるように構成されている。更に図6Bとは異なり、光導構造体660bの少なくとも分析部分668bは、線形であることから実質的に逸脱し、少なくとも湾曲部分682を含んでいる。図示された実施形態において、湾曲部分682は、光伝播方向が下方向から上方向へと逆になるように、U字形の屈曲領域を含んでいる。その結果、光導構造体660bの光検出末端から出射する全内部反射光672は、図6Bの光導構造体660aとは異なり、光導構造体660bの光入射末端と同じ垂直側にある。有利には、光導構造体660bの非線形構成は、光源610と光検出器630が光進行方向において光導構造体660aの両側に配置されたLSPR測定システムに適し得る。   Unlike FIG. 6B, the test medium 680 has light portions 662 b formed at the light incident end and the light exit end, respectively, and both the light incident end and the light exit end are disposed outside the solution 632. It is configured as follows. Further, unlike FIG. 6B, at least the analysis portion 668b of the light structure 660b deviates substantially from being linear and includes at least a curved portion 682. In the illustrated embodiment, the curved portion 682 includes a U-shaped bend region so that the light propagation direction is reversed from down to up. As a result, the total internal reflection light 672 emitted from the light detection end of the light structure 660b is on the same vertical side as the light incident end of the light structure 660b, unlike the light structure 660a of FIG. 6B. Advantageously, the non-linear configuration of the optical structure 660b may be suitable for an LSPR measurement system in which the light source 610 and the photodetector 630 are disposed on both sides of the optical structure 660a in the light traveling direction.

専ら例示を目的として、U字形の屈曲領域を含む単一の湾曲部分682を含む分析領域668bが図示されている。ただし、本明細書に記載された実施形態がそのように限定されるわけでなく、分析領域668bの一部として複数の湾曲部分682が含まれていてもよいと理解される。例えば、分析領域668bは、分析領域668bの全体的実効長を長くするため、直列に接続された、凹凸が交互するU字形屈曲領域を有する、複数の湾曲部分682を含んでいてもよい。   For illustrative purposes only, an analysis region 668b is shown that includes a single curved portion 682 that includes a U-shaped bend region. However, it is understood that the embodiments described herein are not so limited and that a plurality of curved portions 682 may be included as part of the analysis region 668b. For example, the analysis region 668b may include a plurality of curved portions 682 having U-shaped bend regions with alternating irregularities connected in series to increase the overall effective length of the analysis region 668b.

更に、各湾曲部分682は、他の形状の湾曲を含んでいてもよい。例えば、湾曲部分682は、光が元の進行方向(下方向)から離れて異なる方向に向けられるように、他の湾曲形状のうち、たわみ、円弧、屈曲及び弓そりの1つ又は複数を含んでいてもよい。加えて、そのような湾曲は、所望のATR吸収信号又は信号対雑音比を達成するために選択された湾曲半径を有するように、最適化されてもよい。   Further, each curved portion 682 may include other shapes of curvature. For example, the curved portion 682 includes one or more of flexures, arcs, bends, and bows, among other curved shapes, so that light is directed in different directions away from the original travel direction (downward). You may go out. In addition, such curvature may be optimized to have a curvature radius selected to achieve the desired ATR absorption signal or signal to noise ratio.

加えて、図6Bに関する上の記載と同様に、光導構造体660aの各種部分の断面形状は、図示された円形に加えて、多角形(三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形等)、楕円形又は他の好適な形状等の他の形状を有していてもよい。   In addition, in the same manner as described above with reference to FIG. 6B, the cross-sectional shape of the various portions of the optical structure 660a may be a polygon (triangle, square, rectangle, pentagon, hexagon, octagon, etc.) in addition to the illustrated circle. ), Other shapes such as oval or other suitable shapes.

図6Dを参照すると、一実施形態に従って、試験媒体690は、片側から入射光614を受光し試験媒体680の同じ垂直側から透過光638を収集するように構成された、複数の回旋部分692を有する光導構造体660cを含む。   Referring to FIG. 6D, according to one embodiment, test medium 690 includes a plurality of convoluted portions 692 configured to receive incident light 614 from one side and collect transmitted light 638 from the same vertical side of test medium 680. The optical structure 660c which has is included.

図6Bの試験媒体680と同様に、試験媒体690の少なくとも分析部分668cは、ポリマー材料を使用して形成されており、その結果、分析領域表面668S3が、金属ナノ粒子の層(明確にするために図示せず)を形成してその金属ナノ粒子の層に捕捉分子(明確にするために図示せず)を付着させるのに適合したポリマー表面を有しており、捕捉分子は特定の標的分子を捕捉するのに適合するものとなっている。更に図6Bと同様に、分析部分668cの少なくとも一部分は、標的分子を溶解するのに適合した溶液632に浸漬されるように構成されている。加えて、試験媒体690は、光入射末端と光出射末端のそれぞれに形成された光導部分662cを有し、光入射末端と光出射末端はいずれも、溶液632の外部に配置されるように構成されている。更に図6Cと同様に、光導構造体660cの少なくとも分析部分668cは、線形であることから実質的に逸脱し、複数の回旋部分692を含んでいる。図示された実施形態において、分析領域668cは、光伝播方向が螺旋状に水平方向に且つ下方向に垂直に連続的に変化する、複数の回旋部分692を含む。分析領域668cは、光束がその経路を上方向に変え出射末端にて透過するように、下部最大回旋部分(lower most winding portion)692の末端に接続する光復路部分(light return portion path)694を追加的に含む。その結果、光導構造体660cの光検出末端から出射する全内部反射光672は、光導構造体660cの光入射末端と同じ垂直側になる。有利には、光導構造体660cの回旋構成は、光源610と光検出器630が光進行方向において光導構造体660cの両側に配置されたLSPR測定システムに適し得る。   Similar to the test medium 680 of FIG. 6B, at least the analysis portion 668c of the test medium 690 is formed using a polymer material so that the analysis region surface 668S3 has a layer of metal nanoparticles (for clarity) Having a polymer surface adapted to form a capture molecule (not shown for clarity) attached to the metal nanoparticle layer, wherein the capture molecule is a specific target molecule. It is suitable to capture. Further, similar to FIG. 6B, at least a portion of the analysis portion 668c is configured to be immersed in a solution 632 adapted to dissolve the target molecule. In addition, the test medium 690 has light portions 662 c formed at the light incident end and the light exit end, respectively, and both the light incident end and the light exit end are arranged outside the solution 632. Has been. Further, similar to FIG. 6C, at least the analysis portion 668c of the light structure 660c deviates substantially from being linear and includes a plurality of convoluted portions 692. In the illustrated embodiment, the analysis region 668c includes a plurality of convoluted portions 692 whose light propagation direction changes continuously in a spiral, horizontal direction, and downward, vertically. The analysis region 668c has an optical return path portion 694 connected to the end of the lower maximum winding portion 692 so that the light beam changes its path upward and is transmitted at the exit end. In addition. As a result, the total internal reflection light 672 emitted from the light detection end of the optical structure 660c is on the same vertical side as the light incident end of the optical structure 660c. Advantageously, the rotational configuration of the light structure 660c may be suitable for an LSPR measurement system in which the light source 610 and the photodetector 630 are disposed on both sides of the light structure 660c in the light traveling direction.

専ら例示を目的として、6つの回旋部分692を含む分析領域668cが示されている。ただし、本明細書に記載された実施形態がそのように限定されるわけでなく、分析領域668cの一部として任意の所望の数の回旋部分692が含まれていてもよいと理解される。更に、図示された光復路部分694は比較的直線的であるが、実施形態がそのように限定されるわけではない。例えば、復路は、光進行経路が更に長く延長されるように、回旋部分692よりも小さい又は大きい曲率半径を有する、複数の回旋部分を含んでいてもよい。   For illustrative purposes only, an analysis region 668c that includes six convoluted portions 692 is shown. However, it is understood that the embodiments described herein are not so limited and that any desired number of convoluted portions 692 may be included as part of the analysis region 668c. Further, although the illustrated optical return path portion 694 is relatively straight, embodiments are not so limited. For example, the return path may include a plurality of convoluted portions having a radius of curvature that is less than or greater than the convoluted portion 692, such that the light travel path is further extended.

更に、各湾曲部分682は、他の形状の湾曲を含んでいてもよい。例えば、湾曲部分682は、光が元の進行方向(下方向)から離れて異なる方向に向けられるように、他の湾曲形状のうち、たわみ、円弧、屈曲及び弓そりの1つ又は複数を含んでいてもよい。加えて、そのような湾曲は、所望のATR吸収信号又は信号対雑音比を達成するために選択された湾曲半径を有するように、最適化されてもよい。   Further, each curved portion 682 may include other shapes of curvature. For example, the curved portion 682 includes one or more of flexures, arcs, bends, and bows, among other curved shapes, so that light is directed in different directions away from the original travel direction (downward). You may go out. In addition, such curvature may be optimized to have a curvature radius selected to achieve the desired ATR absorption signal or signal to noise ratio.

加えて、図6Bに関する上の記載と同様に、光導構造体660aの各種部分の断面形状は、図示された円形に加えて、多角形(三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形等)、楕円形又は他の好適な形状等の他の形状を有していてもよい。   In addition, in the same manner as described above with reference to FIG. 6B, the cross-sectional shape of the various portions of the optical structure 660a may be a polygon (triangle, square, rectangle, pentagon, hexagon, octagon, etc.) in addition to the illustrated circle. ), Other shapes such as oval or other suitable shapes.

ナノ粒子によるポリマー基材のプラズマ支援被覆
プラズマプロセスは、数例を挙げると、電子工学、航空宇宙、自動車、鉄鋼、生物医学及び有毒廃棄物管理を含む製造工業において、多くの用途を見出している。気相プラズマは、中性分子、電子、イオン及びラジカルを含む、電気的に中性の混合物である。気相プラズマは、エネルギー(例えば、RF又はDC)が1個又は複数の電極を通じてチャンバー内の一定量の気体に印加され、その結果、電子が十分な運動エネルギーを獲得して一定量の気体の原子又は分子と衝突するようになり、電子、イオン及びラジカルを含む気相プラズマの形成につながることで、生成され得る。一例として、一定量の酸素ガス(Oプラズマ)が、プラズマ生成を開始させるのに十分なエネルギーに供されたとき、生成されたプラズマは、電子、酸素ラジカル、O、O、O、O2−、O、O2+及びO+2等の種を含有する。従って、生成された反応性ラジカル種は、各種化学作業を実施するために利用することができ、イオン化された原子及び分子種は、物品、例えば、基材の標的表面との相互作用を通じて、各種化学及び/又は物理作業を実施するために利用することができる。ほとんどの気相プラズマプロセスでは、反応性ラジカル種及び/又はイオン化種が、修飾される物品の標的表面と接触する。
Plasma-assisted coating of polymer substrates with nanoparticles The plasma process finds many applications in the manufacturing industry, including electronics, aerospace, automotive, steel, biomedical and toxic waste management, to name a few. . A gas phase plasma is an electrically neutral mixture containing neutral molecules, electrons, ions and radicals. In a gas phase plasma, energy (eg, RF or DC) is applied to a certain amount of gas in the chamber through one or more electrodes, so that electrons acquire sufficient kinetic energy to generate a certain amount of gas. It can be generated by colliding with atoms or molecules, leading to the formation of a gas phase plasma containing electrons, ions and radicals. As an example, when a certain amount of oxygen gas (O 2 plasma) is subjected to sufficient energy to initiate plasma generation, the generated plasma may be electrons, oxygen radicals, O 2 , O 3 , O −. , O 2− , O + , O 2+ and O +2 and other species. Thus, the generated reactive radical species can be utilized to perform various chemical operations, and the ionized atoms and molecular species can interact with the target surface of the article, eg, the substrate, through various interactions. It can be used to perform chemical and / or physical work. In most gas phase plasma processes, reactive radical species and / or ionized species come into contact with the target surface of the article to be modified.

本明細書において液体ベースプラズマプロセスと称される、いくつかのプラズマプロセスでは、液体中で放電を発生させるか、液体を電極として使用する。いくつかの液体ベースプラズマプロセスでは、いずれも液体内部に配置された2個の電極間で、放電を液体中で直接発生させる。例えば、ソリューションプラズマ処理(Solution Plasma Processing)(SPP)と呼ばれるプロセスでは、化学薬品、例えば、前駆体を含有してもよい溶液中に2個の電極を直接配置し、それらの電極間に高電圧を印加して、液体の絶縁破壊(例えば、アーク)を引き起こす。いくつかの他の液体ベースプラズマプロセスでは、電極の一方としての役割を果たす液体と、液体の外部(例えば上部)に配置された他方の電極とを使用して、液体の上で放電を発生させる。液体は、そこに溶解した導電性イオンを有することにより電極としての役割を果たし、浸漬した電極に接続されると、液体中のイオンにより液体を通じて放電電流が流れるようになる。更に他の液体ベースプラズマプロセスでは、放電は、導電性液体中の気泡及び空洞内に発生させられ、従って、2個の電極が配置された液体に完全に取り囲まれる。従って、従来技術による液体ベースプラズマプロセスでは、液体中に沈められた1個又は複数の導電性電極を使用して一定量の液体自体にエネルギーを印加することにより、放電を発生させる。   Some plasma processes, referred to herein as liquid-based plasma processes, generate a discharge in the liquid or use the liquid as an electrode. In some liquid-based plasma processes, a discharge is directly generated in the liquid between two electrodes placed inside the liquid. For example, in a process called Solution Plasma Processing (SPP), two electrodes are placed directly in a solution that may contain a chemical, eg, a precursor, and a high voltage is applied between the electrodes. Is applied to cause dielectric breakdown (eg, arc) of the liquid. Some other liquid-based plasma processes use a liquid that serves as one of the electrodes and the other electrode placed outside (eg, above) the liquid to generate a discharge on the liquid. . The liquid serves as an electrode by having conductive ions dissolved therein, and when connected to the immersed electrode, a discharge current flows through the liquid due to the ions in the liquid. In yet other liquid-based plasma processes, the discharge is generated in bubbles and cavities in the conductive liquid and is thus completely surrounded by the liquid in which the two electrodes are arranged. Accordingly, in a liquid-based plasma process according to the prior art, a discharge is generated by applying energy to a certain amount of liquid itself using one or more conductive electrodes submerged in the liquid.

以下では、実施形態に従い、処理される物品が少なくとも部分的に沈められた、気相プラズマ処理が開示される。他の気相プラズマプロセスとは異なり、修飾される物品は、気相プラズマと直接接触しない。加えて、他の液体ベースプラズマプロセスとは異なり、液体は電極と直接接触しない。代わりに、表面が浸漬した液体組成物の上で生成された気相プラズマにより、物品の表面で、材料(例えば、バインダーポリマー)の蒸着が引き起こされるか又は加速される。   In the following, according to an embodiment, a gas phase plasma treatment is disclosed in which the article to be treated is at least partially submerged. Unlike other gas phase plasma processes, the article to be modified is not in direct contact with the gas phase plasma. In addition, unlike other liquid-based plasma processes, the liquid is not in direct contact with the electrode. Instead, the vapor phase plasma generated on the surface-immersed liquid composition causes or accelerates the deposition of material (eg, binder polymer) on the surface of the article.

実施形態において、プラズマ処理方法は、材料層、例えば、ポリマー層及び/又はナノ粒子層による物品の被覆に関する。前記方法は、容器、例えば、電気絶縁性容器内に、バインダーポリマー鎖及び溶媒を含む液体組成物を用意する工程を含む。バインダーポリマーは、複数の官能基、例えば、アミン(NH)基を有し得る。ポリマー表面を含む処理される物品は、少なくとも部分的に液体組成物中に沈められている。次に、少なくとも部分的に沈められた物品を有する容器は、プラズマ反応器チャンバー内に置かれる。次に、気相プラズマを生成するのに十分なエネルギーが、液体組成物表面の上で、一定量の気体に印加される。一定量の気体から生成され液体組成物表面の上で持続する気相プラズマは、物品のポリマー表面でのバインダーポリマー層の形成を引き起こし又は加速する。例えば、ポリマーの官能基(例えば、NH基)とポリマー表面の原子(例えば酸素原子)との間の化学反応によって、蒸着が引き起こされるか又は加速され得、促進され得る。いくつかの実施形態では、その後に、ナノ粒子をバインダーポリマー層に付着させてもよい。各種実施形態において、気相プラズマは、バインダーポリマー層が形成された物品のポリマー表面と直接接触しない。更に、液体組成物、物品及び容器は、電気的に接続されず、その結果、蒸着が引き起こされるか又は加速される間、電気的に浮遊状態になる。 In an embodiment, the plasma treatment method relates to the coating of an article with a material layer, for example a polymer layer and / or a nanoparticle layer. The method includes providing a liquid composition comprising a binder polymer chain and a solvent in a container, eg, an electrically insulating container. The binder polymer may have multiple functional groups, such as amine (NH 2 ) groups. An article to be treated that includes a polymer surface is at least partially submerged in the liquid composition. The container with the at least partially submerged article is then placed in the plasma reactor chamber. Next, sufficient energy to generate a gas phase plasma is applied to a volume of gas over the surface of the liquid composition. A gas phase plasma generated from a quantity of gas and persisting over the surface of the liquid composition causes or accelerates the formation of a binder polymer layer on the polymer surface of the article. For example, chemical reactions between polymer functional groups (eg, NH 2 groups) and polymer surface atoms (eg, oxygen atoms) can cause or accelerate deposition and can be accelerated. In some embodiments, the nanoparticles may then be attached to the binder polymer layer. In various embodiments, the gas phase plasma is not in direct contact with the polymer surface of the article on which the binder polymer layer is formed. Furthermore, the liquid composition, article and container are not electrically connected, resulting in an electrically floating state while deposition is triggered or accelerated.

プラズマ支援ナノ粒子被覆方法
図7を参照すると、各種実施形態に従い、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆する方法700が記載されている。方法700は、プロセス710において、バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物を用意する工程を含む。方法700は、プロセス720において、液体組成物中に、ポリマー表面を含む物品を少なくとも部分的に浸漬する工程を追加的に含む。ポリマー表面は、ポリマー材料を含み、無機ガラス又は結晶性物質を含まない。方法700は、プロセス730において、気相プラズマを液体組成物に印加し、バインダーポリマーとポリマー表面との間の化学反応を促進し、物品のポリマー表面にバインダー層を形成する工程を追加的に含む。方法700は、バインダー層を形成した後に、プロセス740において、バインダー層に対して金属ナノ粒子を適用し、バインダー層上に金属ナノ粒子層を形成する工程を更に含む。以下では、図8A〜図8Eに関して、金属ナノ粒子の層でポリマー基材を被覆するプロセスの各種段階が、より詳細に記載される。
Plasma Assisted Nanoparticle Coating Method Referring to FIG. 7, a method 700 for coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles according to various embodiments is described. The method 700 includes, in process 710, providing a liquid composition that includes a binder polymer and a solvent. The method 700 additionally includes, in process 720, at least partially immersing the article comprising the polymer surface in the liquid composition. The polymer surface includes a polymeric material and does not include inorganic glass or crystalline material. The method 700 additionally includes, in process 730, applying a vapor phase plasma to the liquid composition to promote a chemical reaction between the binder polymer and the polymer surface to form a binder layer on the polymer surface of the article. . The method 700 further includes, after forming the binder layer, applying metal nanoparticles to the binder layer in process 740 to form the metal nanoparticle layer on the binder layer. In the following, with reference to FIGS. 8A-8E, the various stages of the process of coating a polymer substrate with a layer of metal nanoparticles will be described in more detail.

液体組成物
図8Aは、実施形態に従い、バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物800Aを用意する工程を示し、バインダーポリマーは複数の官能基を有している。液体組成物800Aは、溶媒808及びバインダーポリマー804を含む混合物又は溶液を含む。バインダーポリマー804は、溶媒808中に溶解して溶液を形成していても、溶媒808中に部分的に溶解して部分的溶液/部分的混合物を形成していても、或いは溶媒808中に溶解せず混合物を形成していてもよい。図示された実施形態において、液体組成物800Aは、電気絶縁性である容器850内で調製される。例えば、容器850は、誘電体容器、例えば、ペトリ皿等の光透過性誘電体容器であってもよい。バインダーポリマー804は、基材上のナノ粒子を固定化するように機能するポリマーベース材料であり、より詳細には、プロセスの後の段階においてポリマー基材上に金属ナノ粒子を固定化するように機能するポリマーベース材料である。バインダーポリマー804は、例えば、バインダーポリマー804の鎖内のいくつかの位置においてポリマー基材の表面原子に結合し、同時に鎖内のいくつかの他の位置において金属粒子に結合することにより、ナノ粒子を固定化することができる(詳細は後述する)。いくつかの実施形態において、バインダーポリマー804は、図示された実施形態ではアミン末端(NH)である、複数のバインダー官能基816を含む。チオール(SH)、ホスホン酸(−PO(OH)又は−PO(OR)) 等の、他のバインダー官能基816もあり得る。
Liquid Composition FIG. 8A illustrates a process for preparing a liquid composition 800A comprising a binder polymer and a solvent, according to an embodiment, wherein the binder polymer has a plurality of functional groups. Liquid composition 800A includes a mixture or solution that includes solvent 808 and binder polymer 804. Binder polymer 804 may be dissolved in solvent 808 to form a solution, partially dissolved in solvent 808 to form a partial solution / partial mixture, or dissolved in solvent 808 Without forming, a mixture may be formed. In the illustrated embodiment, the liquid composition 800A is prepared in a container 850 that is electrically insulating. For example, the container 850 may be a dielectric container, for example, a light transmissive dielectric container such as a Petri dish. Binder polymer 804 is a polymer-based material that functions to immobilize nanoparticles on a substrate, and more specifically, to immobilize metal nanoparticles on a polymer substrate at a later stage in the process. A functional polymer-based material. The binder polymer 804 is a nanoparticle, for example, by binding to surface atoms of the polymer substrate at several positions in the chain of the binder polymer 804 and simultaneously binding to metal particles at several other positions in the chain. Can be fixed (details will be described later). In some embodiments, the binder polymer 804 includes a plurality of binder functional groups 816 that, in the illustrated embodiment, are amine terminated (NH 2 ). There may also be other binder functional groups 816 such as thiol (SH), phosphonic acid (—PO (OH) 2 or —PO (OR) 2 ).

いくつかの実施形態において、バインダーポリマー804としては、ポリジアリルジメチルアンモニウム;ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド;ポリアリルアミンハイドロクロリド;ポリ4−ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド;ジエチレントリアミン(DETA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH、ジエチレングリコールの類縁体)、トリエチレンテトラミン(TETA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)(HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH)、ポリエチレンアミンを含むエチレンアミンから誘導されるポリアミン類;ポリアミドアミンデンドリマー、ポリプロピルイミンデンドリマー及びポリエチレンイミン(PEI)を含む超分岐ポリマー類;又はこれらの混合物等の、カチオン性ポリマーが挙げられる。他の実施形態において、バインダーポリマー804としては、ポリアクリル酸、ポリ4−スチレンスルホン酸ナトリウム、ポリビニルスルホン酸、ポリナトリウム塩、ポリアミノ酸、又はこれらの混合物等の、アニオン性ポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態において、バインダーポリマーとしては、直鎖状又は多分岐ポリエチレンイミン(PEI)、エチレンジアミン又はポリマー基材表面上にアミド結合を形成するのに好適な他の架橋性分子が挙げられる。図8Aに図示された実施形態では、例示を目的として、バインダーポリマー804は、ポリマーを含むアミン官能化有機分子である。 In some embodiments, the binder polymer 804 includes polydiallyldimethylammonium; polydiallyldimethylammonium chloride; polyallylamine hydrochloride; poly-4-vinylbenzyltrimethylammonium chloride; diethylenetriamine (DETA) (H 2 N—CH 2 CH 2- NH—CH 2 CH 2 —NH 2 , an analog of diethylene glycol), triethylenetetramine (TETA) (H 2 N—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 —NH 2 ), tetraethylenepentamine (TEPA) (H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2), pentaethylenehexamine (PEHA) (H 2 N-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2), polyamines derived from ethylene amines including polyethylene amine; polyamidoamines And cationic polymers such as hyperbranched polymers including dendrimers, polypropylimine dendrimers and polyethyleneimine (PEI); or mixtures thereof. In other embodiments, the binder polymer 804 includes an anionic polymer, such as polyacrylic acid, sodium poly-4-styrenesulfonate, polyvinylsulfonic acid, polysodium salt, polyamino acid, or mixtures thereof. In some embodiments, the binder polymer includes linear or hyperbranched polyethyleneimine (PEI), ethylenediamine or other crosslinkable molecules suitable for forming amide bonds on the polymer substrate surface. In the embodiment illustrated in FIG. 8A, for purposes of illustration, the binder polymer 804 is an amine functionalized organic molecule comprising a polymer.

溶媒としては、溶液を形成するためにバインダー分子を溶解させ得る任意の好適な溶媒を挙げることができる。好適な溶媒としては、混合物として液体組成物800A中でバインダーポリマー804を溶解し或いは保持することができる他の好適な溶媒のうち、例えば、水、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、又はこれらの混合物が挙げられる。   The solvent can include any suitable solvent that can dissolve the binder molecules to form a solution. Suitable solvents include, for example, water, sodium hydroxide, ammonium hydroxide, or mixtures thereof, among other suitable solvents that can dissolve or retain the binder polymer 804 in the liquid composition 800A as a mixture. Is mentioned.

有利には、いくつかの実施形態において、バインダーポリマー804と基材の表面原子との間及びバインダーポリマー804とナノ粒子との間での結合反応のために後のプロセスにおいて最適化される所望の範囲内に液体組成物800AのpHレベルを制御し、特定量のバインダーポリマー804と溶媒808を適切な容積比で混合することができる。いくつかの実施形態では、混合前に、溶媒808を調製し、約5〜9の間、約6〜8の間、例えば7のpHレベルを有するようにしてもよい。混合後、バインダーポリマーと溶媒との組合せを制御して、約8〜12の間、約9〜11の間、例えば約10のpHを有するようにしてもよい。例えば、バインダーポリマーがTETAを含む場合、水とTETAとの間の容積比0.01〜10%を用いてpHを最適化することができる。   Advantageously, in some embodiments, a desired optimization that is optimized in a subsequent process for the binding reaction between the binder polymer 804 and the surface atoms of the substrate and between the binder polymer 804 and the nanoparticles. The pH level of the liquid composition 800A can be controlled within the range, and a specific amount of the binder polymer 804 and the solvent 808 can be mixed at an appropriate volume ratio. In some embodiments, prior to mixing, solvent 808 may be prepared to have a pH level between about 5-9, between about 6-8, such as 7. After mixing, the binder polymer and solvent combination may be controlled to have a pH between about 8-12, between about 9-11, for example about 10. For example, if the binder polymer comprises TETA, the pH can be optimized using a volume ratio of 0.01 to 10% between water and TETA.

本発明者らはまた、特定の分子量を有するバインダーポリマー804がバインダーポリマーの鎖と基材の表面原子及びナノ粒子との間の結合位置の密度を最適化するのに有利であり得ることをも見出した。バインダーポリマー804の分子量は、約100ダルトン〜約1x10ダルトンの間、約1000ダルトン〜約1x10ダルトンの間、又は約1000ダルトン〜約1x10ダルトンの間の範囲、例えば、約10,000ダルトンを有するように選択できる。 We also note that a binder polymer 804 having a specific molecular weight can be advantageous in optimizing the density of bonding sites between the binder polymer chain and the surface atoms and nanoparticles of the substrate. I found it. The molecular weight of the binder polymer 804 ranges from between about 100 daltons to about 1 × 10 7 daltons, between about 1000 daltons to about 1 × 10 6 daltons, or between about 1000 daltons to about 1 × 10 5 daltons, for example, about 10,000 daltons. You can choose to have

絶縁性容器
引き続き図8Aを参照すると、液体組成物800Aは、電気絶縁性である誘電体容器850内に提供されている。誘電体容器850は、例えば、数例を挙げると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)を含むポリマー材料等の、電気を通さない任意の好適な絶縁材料から形成することができる。いくつかの実施形態において、誘電体容器850は、例えばSiO又はAl等の、無機ガラス又は結晶性物質を含む。
Insulating Container Referring still to FIG. 8A, a liquid composition 800A is provided in a dielectric container 850 that is electrically insulating. Dielectric container 850 can be any suitable material that does not conduct electricity, such as polymer materials including polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), to name a few. It can be formed from any insulating material. In some embodiments, the dielectric container 850 includes an inorganic glass or crystalline material, such as, for example, SiO 2 or Al 2 O 3 .

液体組成物800Aは、非誘電体容器、例えば導電性容器内で調製されてもよいが、図8Cに関して詳細に後述するように、液体組成物800Aをプラズマに供する前に、液体組成物800Aは誘電体容器850に移される。電気を通さない絶縁材料を含む誘電体容器850を提供することは、いくつかの利点をもたらし得る。例えば、誘電体容器850は、液体組成物800Aを包含する誘電体容器850がプラズマ条件(図8Cに関して詳細に記載される)に供したときの、アーク放電及び/又は誘電破壊に対する液体組成物800A及び誘電体容器850の保護を改善することができる。即ち、誘電体容器850がプラズマ処理チャンバーの電極として機能し得る基材ホルダー上に設置されているとき、誘電体容器850は、後に液体組成物800A中に入れた液体組成物及び物品を電気的に浮遊させることができる。   Liquid composition 800A may be prepared in a non-dielectric container, such as a conductive container, but prior to subjecting liquid composition 800A to plasma, as described in detail below with respect to FIG. It is transferred to the dielectric container 850. Providing a dielectric container 850 that includes an insulating material that does not conduct electricity may provide several advantages. For example, the dielectric container 850 includes a liquid composition 800A against arcing and / or dielectric breakdown when the dielectric container 850 containing the liquid composition 800A is subjected to plasma conditions (described in detail with respect to FIG. 8C). And the protection of the dielectric container 850 can be improved. That is, when the dielectric container 850 is installed on a substrate holder that can function as an electrode of the plasma processing chamber, the dielectric container 850 electrically stores the liquid composition and the article that are later put in the liquid composition 800A. Can be suspended.

液体組成物中へのポリマー表面の没入
図8Bは、実施形態に従い、物品、例えば、ポリマー基材860を、液体組成物800Bに少なくとも部分的に浸漬し又は沈める工程を示す。実施形態に従えば、ポリマー基材860は、ポリマー表面860sを有する。液体溶液800Bに曝露される(例えば、液体組成物800Bに浸漬される)ポリマー表面860Sの一部は、液体組成物800Bに直接接触する。実施形態に従えば、ポリマー表面860Sは、例えば、数例を挙げると、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、及び環状オレフィン高重合体(COC、環状オレフィンコポリマー)等の、曝露される炭素系鎖(carbon−based chain)を有する。いくつかの実施形態において、ポリマー表面860Sは、例えばSiO又はAl等の、無機ガラス又は結晶性物質を含まない。
Immersion of Polymer Surface into Liquid Composition FIG. 8B illustrates the step of at least partially immersing or submerging an article, eg, a polymer substrate 860, in the liquid composition 800B, according to an embodiment. According to an embodiment, the polymer substrate 860 has a polymer surface 860s. The portion of the polymer surface 860S that is exposed to the liquid solution 800B (eg, immersed in the liquid composition 800B) is in direct contact with the liquid composition 800B. According to embodiments, the polymer surface 860S can be, for example, polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), and cyclic olefin polymer (COC), to name a few. , Cyclic olefin copolymers), etc., which have exposed carbon-based chains. In some embodiments, the polymer surface 860S does not include inorganic glass or crystalline material, such as, for example, SiO 2 or Al 2 O 3 .

図示された実施形態において、基材860は、図8Aに関して前述したように、溶媒808及びバインダーポリマー804を含む混合物又は溶液を含む、液体組成物800B中に浸漬されている。複数の基材官能基832を有するポリマー表面860Sは、バインダー官能基816を有するバインダーポリマー804と接触する。ポリマー表面860Sは、バインダー官能基816と化学反応するのに適合した複数の基材官能基832を有する。図示された実施形態において、基材官能基832は、カーボネート基(−O−(C=O)−O−)である。イソチオシアネート末端、イソシアネート末端及びアミン末端等の、ポリマー表面860S上の他の官能基832が、あり得る。   In the illustrated embodiment, the substrate 860 is immersed in a liquid composition 800B that includes a mixture or solution comprising a solvent 808 and a binder polymer 804, as described above with respect to FIG. 8A. A polymer surface 860S having a plurality of substrate functional groups 832 contacts a binder polymer 804 having a binder functional group 816. The polymer surface 860S has a plurality of substrate functional groups 832 that are adapted to chemically react with the binder functional groups 816. In the illustrated embodiment, the substrate functional group 832 is a carbonate group (—O— (C═O) —O—). There may be other functional groups 832 on the polymer surface 860S, such as isothiocyanate ends, isocyanate ends and amine ends.

図8Bでは、例示を目的として、ポリマー表面860Sの表面全体が液体溶液808と接触するように、基材860が液体組成物800B中に完全に浸漬されているものとして図示されている。しかし、他の実施形態では、基材860のいくつかの部分が浸漬され、他の部分は液体組成物800Bの外部に出たままになることもあると理解される。後述するように、液体組成物808と接触する部分は、バインダーポリマー804と反応し、その後、ナノ粒子により被覆されるが、液体組成物808と接触しない他の部分は、バインダーポリマー804と反応せず、ナノ粒子による被覆はされないと理解される。   In FIG. 8B, for purposes of illustration, the substrate 860 is illustrated as fully immersed in the liquid composition 800B such that the entire surface of the polymer surface 860S is in contact with the liquid solution 808. However, it is understood that in other embodiments, some portions of the substrate 860 may be immersed and other portions may remain outside the liquid composition 800B. As will be described later, the portion that contacts the liquid composition 808 reacts with the binder polymer 804, and then the other portion that is covered by the nanoparticles but does not contact the liquid composition 808 reacts with the binder polymer 804. It is understood that there is no coating with nanoparticles.

他の実施形態において、基材860は、非活性表面860NSを有していてもよいと更に理解される。これらの実施形態において、非活性表面860NSは、図8Eに関して後述するように、金属ナノ粒子がポリマー表面860S上にのみ選択的に形成され得るように金属ナノ粒子が所望されない場合がある、基材860の表面であり得る。専ら例示を目的として、非活性表面860NSは、基材860の側面に形成されている。しかし、非活性表面860NSは、基材860の表面上の任意の場所に形成され得ると理解される。例えば、非活性表面860NS及びポリマー表面860はいずれも、基材860の上部表面に形成され得る。非活性表面860NSは、ポリマー表面860Sと比較して異なる材料から形成されてもよく、ポリマー表面860Sと同じ材料から形成され、ただし基材官能基832とは異なる官能基で官能化されてもよく、又は、後のプロセス(図8C)においてバインダーポリマー804の官能基816との反応が妨げられるように、非官能化或いは非活性化されてもよい。   It is further understood that in other embodiments, the substrate 860 may have a non-active surface 860NS. In these embodiments, the non-active surface 860NS is a substrate in which metal nanoparticles may not be desired so that the metal nanoparticles can be selectively formed only on the polymer surface 860S, as described below with respect to FIG. 8E. There may be 860 surfaces. For purposes of illustration only, the non-active surface 860NS is formed on the side surface of the substrate 860. However, it is understood that the non-active surface 860NS can be formed anywhere on the surface of the substrate 860. For example, both the non-active surface 860NS and the polymer surface 860 can be formed on the top surface of the substrate 860. The non-active surface 860NS may be formed from a different material compared to the polymer surface 860S, may be formed from the same material as the polymer surface 860S, but may be functionalized with a different functional group than the substrate functional group 832 Alternatively, it may be unfunctionalized or deactivated such that reaction with the functional group 816 of the binder polymer 804 is prevented in a later process (FIG. 8C).

溶液浸漬下での気相プラズマ処理のためのプラズマ反応器
図8Cは、実施形態に従い、ポリマー基材860の少なくとも一部分を液体組成物中へと沈めた後、気相プラズマを液体組成物に印加し、バインダーポリマーのバインダー官能基とポリマー表面の基材官能基との間の化学反応を引き起こし、それによりポリマー表面860S上にバインダー層を形成する工程を示す。容器850は、プラズマ反応器880内部に設置されている。
Plasma Reactor for Vapor Phase Plasma Treatment Under Solution Immersion FIG. 8C illustrates applying a vapor phase plasma to a liquid composition after submerging at least a portion of a polymer substrate 860 into the liquid composition, according to an embodiment. And a step of causing a chemical reaction between the binder functional group of the binder polymer and the substrate functional group of the polymer surface, thereby forming a binder layer on the polymer surface 860S. The container 850 is installed inside the plasma reactor 880.

プラズマ反応器880は、実施形態に従う、溶液浸漬下での物品の気相プラズマ処理のために構成されている。プラズマ反応器880は、溶媒表面の上方で気相原子又は分子にエネルギーを付加しプラズマ生成を開始するために電圧が印加され得る、少なくとも1個の電極を含む。図示された実施形態において、反応器880は、上部電極862及び下部電極864を含み、容器850を収容するように構成されている。反応器880は、反応器880に接続された気体入口868の1つ又は複数を通じて、気相プラズマを生成するための少なくとも1種の気体種を受け取るように構成されている。反応器は、反応器内部の圧力を制御するために真空ポンプ(図示せず)に接続されてもよい。特に、反応器は、成分が気相プラズマ処理中に完全に蒸発することがないように、反応器内部の圧力を制御し、溶媒808及びバインダーポリマー836を含む液体組成物800Cの全ての成分の好適な分圧を維持するように構成されている。例えば、反応器は、例えば、約100mtorr〜約780torrの間、約1torr〜約760torrの間、又は約100torr〜約760torrの間に圧力を制御し維持することにより、準大気(subatmospheric)及び大気条件下でプラズマを生成し維持するように構成されている。   The plasma reactor 880 is configured for gas phase plasma treatment of articles under solution immersion according to an embodiment. The plasma reactor 880 includes at least one electrode that can be energized to add energy to gas phase atoms or molecules above the solvent surface and initiate plasma generation. In the illustrated embodiment, the reactor 880 includes an upper electrode 862 and a lower electrode 864 and is configured to accommodate a vessel 850. Reactor 880 is configured to receive at least one gas species for generating gas phase plasma through one or more of gas inlets 868 connected to reactor 880. The reactor may be connected to a vacuum pump (not shown) to control the pressure inside the reactor. In particular, the reactor controls the pressure inside the reactor so that the components do not completely evaporate during the gas phase plasma treatment, and all of the components of the liquid composition 800C, including solvent 808 and binder polymer 836, are controlled. It is configured to maintain a suitable partial pressure. For example, the reactor may be controlled at and maintained in subatmospheric and atmospheric conditions by, for example, controlling the pressure between about 100 mtorr and about 780 torr, between about 1 torr and about 760 torr, or between about 100 torr and about 760 torr. It is configured to generate and maintain a plasma below.

少なくとも1個の弁868を通じて少なくとも1種の気体種を受け取った後、上部電極862と下部電極864の少なくとも一方を通じて、液体組成物800Cの表面と上部電極862との間の一定量の気体に、エネルギー876が印加され、それにより液体組成物800Cの表面と上部電極862との間にプラズマ872が生成される。上部電極862及び下部電極864は、反応器880内部に配置されたものとして図示されているが、上部電極862及び/又は下部電極864の一方又は両方は、反応器880の外部に配置されていてもよいと理解される。   After receiving at least one gas species through at least one valve 868, a quantity of gas between the surface of the liquid composition 800C and the upper electrode 862 through at least one of the upper electrode 862 and the lower electrode 864, Energy 876 is applied, thereby generating a plasma 872 between the surface of the liquid composition 800C and the upper electrode 862. Although the upper electrode 862 and the lower electrode 864 are illustrated as being disposed within the reactor 880, one or both of the upper electrode 862 and / or the lower electrode 864 are disposed outside the reactor 880. It is understood that

本明細書において定義される通り、プラズマ反応器の電極は、一定量の気体にエネルギーを付加することができる素子であり、例えば、コンデンサプレート、誘導子コイル等が挙げられる。一般性を失うことなく、一実施形態において、プラズマ反応器は、容量結合プラズマ放電(capacitively coupled plasma discharge)を形成するために第1の電極862と第2の電極864との間に直流電力又は交流電力が印加される、直流又は交流プラズマ反応器である。プラズマ反応器が直流プラズマ反応器である、いくつかの実施形態において、プラズマ反応器は、直流電力がパルス化された形態で印加され得るパルス化直流プラズマ反応器として構成される。パルス化直流電圧は二極性であっても単極性であってもよい。二極性である場合、直流電圧は、反対極性の振幅が対称であっても非対称であってもよい。直流又は交流電力は、第1の電極862及び第2の電極864の一方又は両方を通じて印加され得、電源866によって駆動され得る。図示された実施形態において、第1の電極862及び第2の電極864は共に電源866に接続されているが、他の実施形態では、2個の電極の一方のみが「ホット」であり、他方は電気的に接地し又は浮遊していてもよいと理解される。加えて、2個の電極の一方が「ホット」でありパルス化直流又は交流電力を受け取る場合、他方の電極は、荷電種が液体組成物800Cに向かって加速できるように、バイアス、例えば直流バイアス下に置かれ得る。   As defined in this specification, an electrode of a plasma reactor is an element that can add energy to a certain amount of gas, and examples thereof include a capacitor plate and an inductor coil. Without loss of generality, in one embodiment, the plasma reactor may be configured such that the DC power or the first electrode 862 or the second electrode 864 may form a capacitively coupled plasma discharge. A DC or AC plasma reactor to which AC power is applied. In some embodiments, where the plasma reactor is a DC plasma reactor, the plasma reactor is configured as a pulsed DC plasma reactor where DC power can be applied in a pulsed form. The pulsed DC voltage may be bipolar or unipolar. If it is bipolar, the DC voltage may be symmetric or asymmetric in amplitude of opposite polarity. DC or AC power can be applied through one or both of the first electrode 862 and the second electrode 864 and can be driven by a power source 866. In the illustrated embodiment, both the first electrode 862 and the second electrode 864 are connected to a power source 866, but in other embodiments, only one of the two electrodes is “hot” and the other Is understood to be electrically grounded or floating. In addition, if one of the two electrodes is “hot” and receives pulsed DC or AC power, the other electrode is biased, eg, DC bias, so that the charged species can accelerate toward the liquid composition 800C. Can be placed below.

他の種類のプラズマ生成を用いてもよい。例えば、プラズマ反応器880は、いくつかの状況下でプラズマの密度を高め得る時間変動磁場により発生させた電流によりエネルギーが供給される、誘導結合プラズマ(ICP)反応器又は電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ反応器であってもよい。   Other types of plasma generation may be used. For example, the plasma reactor 880 can be energized by a current generated by a time-varying magnetic field that can increase the density of the plasma under some circumstances, an inductively coupled plasma (ICP) reactor or electron cyclotron resonance (ECR). A plasma reactor may also be used.

溶液浸漬下でポリマー層を形成するための気相プラズマ処理
引き続き図8Cを参照すると、気相プラズマ872を生成するために、エネルギー876が、上部電極862と下部電極864の少なくとも一方を通じて、液体組成物800Cの表面と上部電極862との間の一定量の気体に印加されている。
Gas Phase Plasma Treatment to Form a Polymer Layer Under Solution Immersion Referring still to FIG. 8C, energy 876 is transmitted through at least one of the upper electrode 862 and the lower electrode 864 to generate a liquid phase plasma 872. A certain amount of gas is applied between the surface of the object 800 </ b> C and the upper electrode 862.

図示された実施形態において、基材860は、液体組成物800Cがポリマー表面860Sとプラズマ872とを分離するように、液体組成物800Cに完全に沈められている。即ち、バインダーポリマー836が付着したポリマー表面860Sは、プラズマ872に直接曝露されることはない。   In the illustrated embodiment, the substrate 860 is fully submerged in the liquid composition 800C such that the liquid composition 800C separates the polymer surface 860S and the plasma 872. That is, the polymer surface 860S to which the binder polymer 836 is attached is not directly exposed to the plasma 872.

図示された実施形態では、ポリマー表面860S全体が液体組成物800C中に沈められるように、基材860全体が沈められている。ただし、他の実施形態では、基材860の一部分のみが液体組成物800C中に沈められるように、基材860が部分的に沈められる。   In the illustrated embodiment, the entire substrate 860 is submerged so that the entire polymer surface 860S is submerged in the liquid composition 800C. However, in other embodiments, the substrate 860 is partially submerged so that only a portion of the substrate 860 is submerged in the liquid composition 800C.

いくつかの実施形態では、プラズマ872を生成する前に、1つ又は複数の気体入口868を通じて1種又は複数の気体をプラズマ反応器880に導入することにより、プラズマ反応器880内の気体の組成が調整される。いくつかの実施形態において、一定量の気体は、He、Ar、Ne及びXe、又はこれらの混合物等の不活性ガスを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、一定量の気体は、他の気体のうち、O、O、N、H、NH、NO、及びNO、並びにこれらの混合物から選択される1種又は複数の気体を含んでいてもよい。ただし、窒素原子はバインダー官能基(例えば、NH)自体により提供されるため、基材官能基と窒素を含有するバインダー官能基との間で化学反応を引き起こすために、N又はNH等の気体を含有する別個の窒素は必要とされないと理解される。 In some embodiments, the composition of the gas in the plasma reactor 880 is introduced by introducing one or more gases into the plasma reactor 880 through the one or more gas inlets 868 prior to generating the plasma 872. Is adjusted. In some embodiments, the amount of gas may include an inert gas such as He, Ar, Ne and Xe, or mixtures thereof. In some embodiments, the amount of gas is selected from among other gases: O 2 , O 3 , N 2 , H 2 , NH 3 , N 2 O, and NO, and mixtures thereof. A seed or a plurality of gases may be included. However, since the nitrogen atom is provided by the binder functional group (for example, NH 2 ) itself, in order to cause a chemical reaction between the base functional group and the binder functional group containing nitrogen, N 2 or NH 3 or the like It is understood that no separate nitrogen containing any gas is required.

引き続き図8Cを参照すると、液体組成物800Cの表面の上方、例えば液体組成物800Cの真上に、プラズマ872が生成されている。図示された実施形態では、前述の電力供給方法の1つを用いて、第1の電極862と液体組成物800C表面との間に配置された一定量の気体にエネルギーを付加することにより、それらの間にプラズマ872が生成されている。例えば、いくつかの実施形態において、電極860及び/又は電極862の一方又は両方は、交流又はパルス化直流条件下で、約10KHz〜約1MHzの間の周波数、例えば100KHzの調節周波数(regulated frequency)にて、駆動され得る。他の実施形態において、周波数は、より高くてもよく、例えば、調節RF周波数13.56MHz、又は調節マイクロ波周波数2.45GHzであってもよい。適用バイアスの最高最低振幅は、例えば、約100V〜約100kVの間、又は約1kV〜約10kVの間であってもよい。   With continued reference to FIG. 8C, a plasma 872 is generated above the surface of the liquid composition 800C, for example, just above the liquid composition 800C. In the illustrated embodiment, using one of the power supply methods described above, by applying energy to a certain amount of gas disposed between the first electrode 862 and the liquid composition 800C surface, Plasma 872 is generated between the two. For example, in some embodiments, one or both of electrode 860 and / or electrode 862 may have a regulated frequency of between about 10 KHz and about 1 MHz, such as 100 KHz, under alternating or pulsed DC conditions. Can be driven. In other embodiments, the frequency may be higher, for example, a regulated RF frequency of 13.56 MHz, or a regulated microwave frequency of 2.45 GHz. The maximum and minimum amplitude of the applied bias may be, for example, between about 100 V and about 100 kV, or between about 1 kV and about 10 kV.

プラズマ872のグロー放電の各種光学的及び化学的プロセスは、バインダー官能基と基材官能基との間の反応に寄与し得る。例えば、いずれの理論にも拘束されるものではないが、反応は、各種の種、例えばラジカルの、プラズマから液体組成物800Cへの拡散により、少なくとも部分的に促進され得る。加えて、いずれの理論にも拘束されるものではないが、反応は、プラズマ872の種の状態(例えば、励起状態及び基底状態)間の各種原子遷移、並びに/又は、可視光線及び紫外線中の光子の放散を引き起こし得る、プラズマ872内での各種中性種と荷電種との間の解離及び再結合反応によっても促進され得る。従って、そのような理論に拘束されるものではないが、持続したプラズマ872から生成されるプラズマ種及び光子は、バインダーポリマー836のバインダー官能基816、例えばNHと、ポリマー表面860Sの少なくとも一部分の表面官能基、例えばカーボネート基(−O−(C=O)−O−)の酸素原子との間に化学反応を引き起こし、図8Cに図示された実施形態のように、バインダーポリマー(polymer binder)836の層がポリマー表面860S上に形成される。 Various optical and chemical processes of the plasma 872 glow discharge can contribute to the reaction between the binder functionality and the substrate functionality. For example, without being bound by any theory, the reaction can be at least partially facilitated by the diffusion of various species, such as radicals, from the plasma into the liquid composition 800C. In addition, without being bound by any theory, the reaction may occur in various atomic transitions between species states (eg, excited and ground states) of the plasma 872 and / or in visible and ultraviolet light. It can also be facilitated by dissociation and recombination reactions between various neutral and charged species in plasma 872, which can cause photon dissipation. Thus, without being bound by such theory, the plasma species and photons generated from the sustained plasma 872 can cause binder functional groups 816 of the binder polymer 836, eg, NH 2 and at least a portion of the polymer surface 860S. A chemical reaction is caused between oxygen atoms of surface functional groups, for example carbonate groups (—O— (C═O) —O—), and, as in the embodiment illustrated in FIG. 8C, a binder polymer. An 836 layer is formed on the polymer surface 860S.

プラズマがグロー放電を持続しない、他の実施形態が可能である。プラズマが液体組成物800Cの表面の上方でチャンバー空間の外部において生成され、その後、液体組成物800Cの表面の上方の空間に移される、更に他の実施形態が可能である。   Other embodiments are possible where the plasma does not sustain a glow discharge. Still other embodiments are possible where the plasma is generated outside the chamber space above the surface of the liquid composition 800C and then transferred to the space above the surface of the liquid composition 800C.

本発明者らは、プラズマ872が、約1ミリ秒〜約1時間の間、約1秒〜約1時間の間、約1秒〜約10分の間、又は約1秒〜約5分の間のプラズマ処理継続時間にわたり、液体組成物800Cの上方で持続されているとき、化学反応が引き起こされることを見出した。前記継続時間中の反応器880の圧力は、約1〜約760torrの間の平均圧力下で印加され、一定流量の気体により又は圧力サーボ機構により定常状態で維持されてもよい。   We have plasma 872 for between about 1 millisecond and about 1 hour, between about 1 second and about 1 hour, between about 1 second and about 10 minutes, or between about 1 second and about 5 minutes. It has been found that a chemical reaction is triggered when sustained over the liquid composition 800C for the duration of the plasma treatment in between. The pressure in the reactor 880 during the duration may be applied under an average pressure between about 1 and about 760 torr and maintained in a steady state by a constant flow of gas or by a pressure servomechanism.

図8Aに関して前述したように、容器850は、電気絶縁性容器、例えば誘電体容器である。従って、図示された実施形態において、基材860及び液体組成物800Cは、下部電極864と直接接触することはない。加えて、基材860に対しても、液体組成物800Cに対しても、他の直接的な外部電気接続は行われず、その結果、図示された実施形態では、基材860は電気的に浮遊している。ただし、他の実施形態では、基材860は、独立のバイアス、例えば直流バイアス下で、接地又は配置されてもよい。ただし、基材860が電気的に浮遊している場合であっても、プラズマ872内の荷電種を液体組成物800Cに向けて速度を変える(alter)(例えば加速する)ために、下部電極864は、独立にバイアスをかけられ、例えば直流バイアスをかけられてもよいと理解される。   As described above with respect to FIG. 8A, the container 850 is an electrically insulating container, such as a dielectric container. Thus, in the illustrated embodiment, the substrate 860 and the liquid composition 800C are not in direct contact with the lower electrode 864. In addition, no other direct external electrical connection is made to the substrate 860 or the liquid composition 800C, so that in the illustrated embodiment, the substrate 860 is electrically floating. doing. However, in other embodiments, the substrate 860 may be grounded or placed under an independent bias, such as a DC bias. However, even when the substrate 860 is electrically floating, the lower electrode 864 is used to alter (eg, accelerate) the charged species in the plasma 872 toward the liquid composition 800C. Is independently biased, for example, may be DC biased.

前述した各種プラズマ条件の組合せは、ポリマー表面860S上にバインダー層836を形成するための、バインダーポリマー804(図8B)とポリマー表面860Sとの間の化学反応の促進をもたらす。バインダー層836は、バインダー官能基816と基材官能基832との間の化学反応から生じた反応官能基840を通じて、ポリマー表面860Sに化学結合される。図示された実施形態において、バインダーポリマー804のNH基(図8B)は、ポリマー表面860Sのカーボネート基(−O−(C=O)−O−)の酸素原子と反応し、バインダー層836を形成する。 The combination of the various plasma conditions described above results in an enhanced chemical reaction between the binder polymer 804 (FIG. 8B) and the polymer surface 860S to form the binder layer 836 on the polymer surface 860S. The binder layer 836 is chemically bonded to the polymer surface 860S through a reactive functional group 840 resulting from a chemical reaction between the binder functional group 816 and the substrate functional group 832. In the illustrated embodiment, the NH 2 groups (FIG. 8B) of the binder polymer 804 react with the oxygen atoms of the carbonate groups (—O— (C═O) —O—) of the polymer surface 860S, causing the binder layer 836 to Form.

ナノ粒子溶液の調製
図8Dを参照すると、バインダー官能基と基材官能基との間の化学反応を引き起こし、ポリマー表面860Sに化学的に付着したバインダー層836を形成した後は、未反応バインダーポリマーを含有する液体溶液800C(図8C)を容器から廃棄し、基材860を洗浄してもよい。その後、基材860は、ナノ粒子溶媒818及び複数の金属ナノ粒子828を含むナノ粒子溶液800D中に沈められてもよい。
Preparation of Nanoparticle Solution Referring to FIG. 8D, after forming a binder layer 836 that causes a chemical reaction between the binder functional group and the substrate functional group to chemically adhere to the polymer surface 860S, the unreacted binder polymer. The liquid solution 800C (FIG. 8C) containing the liquid may be discarded from the container and the substrate 860 may be washed. Thereafter, the substrate 860 may be submerged in a nanoparticle solution 800D comprising a nanoparticle solvent 818 and a plurality of metal nanoparticles 828.

ナノ粒子溶液800Dは、好適な溶媒、例えば水溶液、例えば蒸留水であってもよい。金属ナノ粒子828は、図2A及び図2Bに関して前述した形態を有し、ナノ粒子828の凝固を防止できる界面活性剤832により安定化させた、好適な金属材料の1つを含んでいてもよい。界面活性剤832は、数例を挙げると、クエン酸ナトリウム、アスコルビン酸、4−メルカプト安息香酸、meso−2,3−ジメルカプトコハク酸、メルカプトコハク酸、コハク酸、ドデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、デカンスルホン酸ナトリウム、リシン、グルコース、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラデシルアンモニウムブロミド、テトラオクチルアンモニウムブロミド、テトラヘキシルアンモニウムブロミド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、及びセチルピリジニウムクロリドから選択される好適な化合物であってもよい。   The nanoparticle solution 800D may be a suitable solvent, such as an aqueous solution, such as distilled water. The metal nanoparticles 828 may include one of the suitable metal materials having the form described above with respect to FIGS. 2A and 2B and stabilized by a surfactant 832 that can prevent the nanoparticles 828 from solidifying. . Surfactant 832 is exemplified by sodium citrate, ascorbic acid, 4-mercaptobenzoic acid, meso-2,3-dimercaptosuccinic acid, mercaptosuccinic acid, succinic acid, sodium dodecyl sulfate, and sodium octyl sulfate. , Sodium decanesulfonate, lysine, glucose, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), hexadecyltrimethylammonium bromide, tetradecylammonium bromide, tetraoctylammonium bromide, tetrahexylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, and cetylpyridinium chloride Suitable compounds may be used.

ナノ粒子溶液800D中で、ナノ粒子828は、約1nm〜約10nmの間、例えば約5nm;約5nm〜約20nmの間、例えば約10nm;約10nm〜約30nmの間、例えば約20nm;約20nm〜約40nmの間、例えば約30nm;約30nm〜約50nmの間、例えば約40nm;約40nm〜約60nmの間、例えば約50nm;約50nm〜約80nmの間、例えば約60nm;約60nm〜約100nmの間、例えば約80nm;約80nm〜約150nmの間、例えば約100nm;約100nm〜約200nmの間、例えば約150nm;約150nm〜約250nmの間、例えば約200nm;約200nm〜約300nmの間、例えば約250nm;約250nm〜約400nmの間、例えば約300nm;約300nm〜約700nmの間、例えば約500nm;約500nm〜約900nmの間、例えば約700nm;又は約700nm〜約1100nmの間、例えば約900nmとなるように選択されるメジアン径を有していてもよい。メジアン径は、例えば、ナノ粒子828の対称の方向の10204つに沿って測定される、ナノ粒子828の最小横方向寸法であってもよい。   In nanoparticle solution 800D, nanoparticles 828 are between about 1 nm and about 10 nm, such as about 5 nm; between about 5 nm and about 20 nm, such as about 10 nm; between about 10 nm and about 30 nm, such as about 20 nm; Between about 40 nm, such as about 30 nm; between about 30 nm and about 50 nm, such as about 40 nm; between about 40 nm and about 60 nm, such as about 50 nm; between about 50 nm and about 80 nm, such as about 60 nm; Between 100 nm, for example about 80 nm; between about 80 nm and about 150 nm, for example about 100 nm; between about 100 nm and about 200 nm, for example about 150 nm; between about 150 nm and about 250 nm, for example about 200 nm; about 200 nm to about 300 nm Between, for example, about 250 nm; between about 250 nm and about 400 nm, such as about 300 nm; Having a median diameter selected to be between 300 nm and about 700 nm, such as about 500 nm; between about 500 nm and about 900 nm, such as about 700 nm; or between about 700 nm and about 1100 nm, such as about 900 nm. Good. The median diameter may be, for example, the minimum lateral dimension of nanoparticles 828 measured along 10204 in the direction of symmetry of nanoparticles 828.

いくつかの実施形態において、ナノ粒子828のメジアン径は、例えば、約0.1%〜約2%、約2%〜約4%、約4%〜約6%、約6%〜約8%、約8%〜約10%の比較的狭い標準偏差を有する。   In some embodiments, the median size of the nanoparticles 828 can be, for example, about 0.1% to about 2%, about 2% to about 4%, about 4% to about 6%, about 6% to about 8%. A relatively narrow standard deviation of about 8% to about 10%.

ナノ粒子828の特定のメジアン径は、得られるLSPRのピーク波長が所望される特定の波長帯にあるように選択され得ると理解される。各種実施形態において、メジアン径は、LSPRのピークが、約515nm〜約525nmの間、例えば520nm;約525nm〜約535nmの間、例えば530nm;約535nm〜約545nmの間、例えば540nm;約545nm〜約555nmの間、例えば550nm;約555nm〜約565nmの間、例えば560nm;約565nm〜約575nmの間、例えば570nm;又は約575nm〜約585nmの間、例えば580nmとなるように選択されてもよい。   It is understood that the specific median diameter of the nanoparticles 828 can be selected such that the resulting LSPR peak wavelength is in the specific wavelength band desired. In various embodiments, the median diameter is such that the LSPR peak is between about 515 nm and about 525 nm, such as 520 nm; between about 525 nm and about 535 nm, such as 530 nm; between about 535 nm and about 545 nm, such as 540 nm; May be selected to be between about 555 nm, such as 550 nm; between about 555 nm and about 565 nm, such as 560 nm; between about 565 nm and about 575 nm, such as 570 nm; or between about 575 nm and about 585 nm, such as 580 nm. .

粒径は、特定のLSPRピーク吸収波長を有するように選択され得、粒径の標準偏差は、図4A及び図4Bに関して前述した、特定の幅、例えば100nm未満又は80nm未満のLSPRスペクトルを有するように調整され得ると理解される。   The particle size can be selected to have a specific LSPR peak absorption wavelength, and the standard deviation of the particle size is to have a LSPR spectrum of a specific width, eg, less than 100 nm or less than 80 nm, as described above with respect to FIGS. 4A and 4B. It is understood that it can be adjusted to.

金属ナノ粒子をバインダーポリマーに付着させる工程
図8Eを参照すると、ナノ粒子溶媒818及び金属ナノ粒子828を含むナノ粒子溶液800E中に基材860を沈めた後、ナノ粒子828は、バインダー官能基816のうち未反応の又は残っているものに付着している。実施形態に従えば、化学反応は、図8Dに関して前述したように、バインダーポリマー836をポリマー表面860Sに付着させた後に存在するバインダー官能基816のうち未反応の又は残っているもの、例えば、NHとの間で生じ、それによりポリマー表面860S上に金属ナノ粒子の層が形成される。図示された実施形態では、基材官能基832(図8B)に付着しているバインダー官能基816は、ナノ粒子828に付着しているバインダー官能基816と同じであるが、バインダー官能基が異なっており、基材官能基832又はナノ粒子828の一方のみに選択的に付着する、他の実施形態も可能である。
Step of Attaching Metal Nanoparticles to Binder Polymer Referring to FIG. 8E, after submerging the substrate 860 in a nanoparticle solution 800E that includes a nanoparticle solvent 818 and metal nanoparticles 828, the nanoparticles 828 are bound to a binder functional group 816. Of which remains unreacted or remains. According to an embodiment, the chemical reaction may be unreacted or remaining binder functional groups 816 present after attachment of the binder polymer 836 to the polymer surface 860S, such as NH, as described above with respect to FIG. 8D. 2 , thereby forming a layer of metal nanoparticles on the polymer surface 860S. In the illustrated embodiment, the binder functional group 816 attached to the substrate functional group 832 (FIG. 8B) is the same as the binder functional group 816 attached to the nanoparticle 828, but the binder functional group is different. Other embodiments are also possible that selectively attach only to one of the substrate functional groups 832 or nanoparticles 828.

形成されるとき、ナノ粒子の層は、図8Dに関して前述した粒径範囲、標準偏差及びピーク波長のいずれかを有していてもよい。加えて、金属ナノ粒子の層は、ナノ粒子の表面密度及びナノ粒子間距離に少なくとも部分的に基づくLSPRに合わせて最適化され得る表面密度を有する。一例を挙げると、約1nm〜約50nmの間の粒径範囲を有するナノ粒子の場合、表面密度は、約1x10/cm〜約1x1013/cmの間、約5x10/cm〜約5x1012/cmの間又は約1x10/cm〜約2x1012/cmの間であり得る。 When formed, the nanoparticle layer may have any of the particle size ranges, standard deviations, and peak wavelengths described above with respect to FIG. 8D. In addition, the layer of metal nanoparticles has a surface density that can be optimized for LSPR based at least in part on the surface density of the nanoparticles and the distance between the nanoparticles. As an example, for nanoparticles having a particle size range between about 1 nm and about 50 nm, the surface density is between about 1 × 10 8 / cm 2 and about 1 × 10 13 / cm 2 , between about 5 × 10 8 / cm 2 and It can be between about 5 × 10 12 / cm 2 or between about 1 × 10 9 / cm 2 and about 2 × 10 12 / cm 2 .

加えて、ナノ粒子は、1nm〜約10nmの間、10nm〜約100nmの間、100nm〜約1000nmの間、1000nm〜約10,000nmの間又は10,000nm〜約100,000nmの間のメジアンナノ粒子間距離(median inter−nanoparticle distance)を有し得る。加えて、ナノ粒子は、約0.1%〜約2%の間、約2%〜約4%の間、約4%〜約6%の間、又は約6%〜約8%の間のメジアンナノ粒子間距離標準偏差を有し得る。   In addition, the nanoparticles are median nanoparticles between 1 nm and about 10 nm, between 10 nm and about 100 nm, between 100 nm and about 1000 nm, between 1000 nm and about 10,000 nm, or between 10,000 nm and about 100,000 nm. It may have a median inter-nanoparticle distance. In addition, the nanoparticles may be between about 0.1% and about 2%, between about 2% and about 4%, between about 4% and about 6%, or between about 6% and about 8%. It may have a median nanoparticle distance standard deviation.

基材表面配向
図8Cでは、専ら例示を目的として、プラズマ872が液体組成物800Cの表面の上方に生成され、それによりプラズマ872に面するポリマー表面860S上でのバインダーポリマー836の層の形成を引き起こし又は加速している。ただし、ポリマー層が形成されたポリマー表面がプラズマ872に面していないか又は少なくとも部分的にプラズマから逸れた方向に面している、他の実施形態が可能であり、基材860が、湾曲、たわみ、円弧、屈曲、弓そり、ねじれ、輪、曲がり目等を有する表面を含む場合があり得る。一例示的例として、図8Fにおいて、ポリマー透明基材861は、内部(上部、下部、及び側部)表面を有する空洞を有している。基材861は、空洞が溶媒818/液体組成物800Fで満たされるように、開口部を有していてもよい。図8Cの基材860と同様に、溶媒818/液体組成物800F中に沈められているとき、基材861の空洞の内側表面は、プラズマ(図8Cと同様であり、図示せず)と接触せず、溶媒818/液体組成物800Fによりプラズマから分離されている。加えて、内側表面は、溶媒818/液体組成物800Fにより分離されていることに加えて、基材861自体の上部部分によりプラズマから更に分離されている。空洞内部の下部表面はプラズマに面し、空洞内部の上部表面はプラズマから逸れる方向に面し、空洞内部の側部表面は溶媒818/液体組成物800Fの水平表面から一定の角度、例えば90°をなす方向に配向されている。図8A〜図8Eに関して前述した条件と同様のプロセス条件下で処理されるとき、上部、下部、及び側部表面は、実質的に均一の厚みを有するバインダーポリマー836層を有することが有利であり、平均すると、異なる表面のバインダーポリマー836の層の厚さは、互いの約10%以内、又は互いの約5%以内である。加えて、上部、下部、及び側部表面のナノ粒子の表面密度の差は、約10%未満、又は約5%未満であり得る。
Substrate Surface Orientation In FIG. 8C, for purposes of illustration only, plasma 872 is generated above the surface of liquid composition 800C, thereby forming a layer of binder polymer 836 on polymer surface 860S facing plasma 872. It is causing or accelerating. However, other embodiments are possible where the polymer surface on which the polymer layer is formed does not face the plasma 872, or at least partially faces away from the plasma, and the substrate 860 is curved Can include surfaces having deflections, arcs, bends, bows, twists, rings, bends, and the like. As an illustrative example, in FIG. 8F, the polymer transparent substrate 861 has cavities having internal (top, bottom, and side) surfaces. The substrate 861 may have an opening so that the cavity is filled with the solvent 818 / liquid composition 800F. Similar to the substrate 860 of FIG. 8C, the inner surface of the cavity of the substrate 861 contacts the plasma (similar to FIG. 8C, not shown) when submerged in the solvent 818 / liquid composition 800F. Without being separated from the plasma by solvent 818 / liquid composition 800F. In addition, in addition to being separated by the solvent 818 / liquid composition 800F, the inner surface is further separated from the plasma by the upper portion of the substrate 861 itself. The lower surface inside the cavity faces the plasma, the upper surface inside the cavity faces away from the plasma, and the side surface inside the cavity is at a certain angle, eg 90 °, from the horizontal surface of the solvent 818 / liquid composition 800F. It is oriented in the direction forming When processed under process conditions similar to those described above with respect to FIGS. 8A-8E, the top, bottom, and side surfaces advantageously have a binder polymer 836 layer having a substantially uniform thickness. On average, the layer thicknesses of the binder polymers 836 on the different surfaces are within about 10% of each other, or within about 5% of each other. In addition, the difference in surface density of the nanoparticles on the top, bottom, and side surfaces can be less than about 10%, or less than about 5%.

自動校正LSPR測定システム及び方法
図2A及び図2Bに関して前述した試料に対してLSPR測定を行うとき、多くの場合、ポリマー基材に付着した標的分子の量に関する定量的情報が必要になる。しかし、LSPR測定からの信号は、例えば温度等の外部条件の変動により、大きく変動することがあるため、標的分子の量の定量が妨げられることが多い。以下では、自動校正LSPR測定システム及び関連測定方法が記載され、ここでは、環境の変化に伴って試料と同様の量だけ変動する基準が有利に用いられ、LSPR測定が行われるたびにLSPR信号の増減が自動校正される。
Autocalibration LSPR Measurement System and Method When performing LSPR measurements on the samples described above with respect to FIGS. 2A and 2B, quantitative information is often required regarding the amount of target molecules attached to the polymer substrate. However, since the signal from the LSPR measurement may fluctuate greatly due to fluctuations in external conditions such as temperature, for example, quantification of the amount of the target molecule is often hindered. In the following, an automatic calibration LSPR measurement system and related measurement methods are described, where a standard that varies by the same amount as the sample as the environment changes is advantageously used, and each time an LSPR measurement is performed, the LSPR signal Increase and decrease are automatically calibrated.

自己校正LSPR測定システム
図9は、実施形態に従う、試験媒体の表面に付着し得る標的分子を検出するための自動校正局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システム900を示す。自動校正LSPRシステム900は、第1の基準試験媒体902、試料測定試験媒体904、及び第2の基準試験媒体906を含む。図3E及び図3F並びに図6B〜図6Dに関して前述したLSPR測定システム及び方法と同様に、自動校正LSPRシステム900は、入射光914により媒体902、904及び906のそれぞれを照明するように構成された複数の光源910、並びに媒体902、904及び906のそれぞれを透過した光938を検出するように構成された複数の光検出器930を含む。
Self-calibrating LSPR Measurement System FIG. 9 shows an automatic calibration localized surface plasmon resonance (LSPR) measurement system 900 for detecting target molecules that may adhere to the surface of a test medium, according to an embodiment. The automatic calibration LSPR system 900 includes a first reference test medium 902, a sample measurement test medium 904, and a second reference test medium 906. Similar to the LSPR measurement system and method described above with respect to FIGS. 3E and 3F and FIGS. 6B-6D, the auto-calibration LSPR system 900 was configured to illuminate each of the media 902, 904, and 906 with incident light 914, respectively. A plurality of light sources 910 and a plurality of photodetectors 930 configured to detect light 938 transmitted through each of media 902, 904, and 906 are included.

媒体902、904及び906のそれぞれは、第1の基準被覆分析領域948、試料被覆分析領域968、及び第2の基準被覆分析領域988を有する、それぞれの基材940、960及び980を有する。媒体902、904及び906のそれぞれは、非被覆部分942、962及び982を有していてもよい。分析領域948、968及び988のそれぞれは、前述した透明ポリマー材料を含むそれぞれの分析領域表面を有する。被覆分析領域948、968及び988の表面の少なくとも一部分は、図8A〜図8Fに関して前述した方法を用いて、そこに形成された金属ナノ粒子の層(明確にするために図示せず)を有する。加えて、媒体902、904及び906のそれぞれは、それぞれの基材940、960及び980の少なくとも被覆分析領域948、968及び988を、検出される標的分子を含有する液体溶液936中に保持し沈めるように構成された、容器932内に設置されるように構成されている。   Each of media 902, 904, and 906 has a respective substrate 940, 960, and 980 that has a first reference coverage analysis region 948, a sample coverage analysis region 968, and a second reference coverage analysis region 988. Each of media 902, 904, and 906 may have uncoated portions 942, 962, and 982. Each of the analysis regions 948, 968 and 988 has a respective analysis region surface comprising the transparent polymer material described above. At least a portion of the surface of the coating analysis regions 948, 968, and 988 has a layer of metal nanoparticles (not shown for clarity) formed thereon using the method described above with respect to FIGS. 8A-8F. . In addition, each of the media 902, 904, and 906 holds and sinks at least the coating analysis regions 948, 968, and 988 of the respective substrates 940, 960, and 980 in the liquid solution 936 that contains the target molecule to be detected. It is comprised so that it may be installed in the container 932 comprised.

試料測定試験媒体904の試料被覆分析領域968は、図3E及び図3F並びに図6B〜図6Dに関して前述したのと同様に、液体溶液936中の標的分子が捕捉分子により捕捉され得るように、試料被覆分析領域968上のナノ粒子の少なくともいくつかに形成された捕捉分子(明確にするために図示せず)を有する。被覆分析領域968とは異なり、第1及び第2の被覆基準分析領域948及び988は、標的分子を捕捉するようには構成されていない。代わりに、第1及び第2の被覆基準分析領域948及び988は、ナノ粒子に付着した基準分子の第1及び第2の濃度を有する。   The sample coverage analysis region 968 of the sample measurement test medium 904 is similar to that described above with respect to FIGS. 3E and 3F and FIGS. 6B-6D so that the target molecules in the liquid solution 936 can be captured by the capture molecules. It has capture molecules (not shown for clarity) formed on at least some of the nanoparticles on the coating analysis region 968. Unlike the coating analysis region 968, the first and second coating reference analysis regions 948 and 988 are not configured to capture target molecules. Instead, the first and second coating reference analysis regions 948 and 988 have first and second concentrations of reference molecules attached to the nanoparticles.

いくつかの実施形態において、全ての被覆分析領域948、968及び988は、図8Eに関して前述した材料、形状及び濃度のものであり得る、同一又は類似の標準タイプ及び濃度のナノ粒子を有する。他の実施形態において、被覆分析領域948、968及び988のそれぞれは、異なる標準タイプ及び/又は濃度のナノ粒子を有する。   In some embodiments, all coating analysis regions 948, 968 and 988 have the same or similar standard type and concentration of nanoparticles, which can be of the material, shape and concentration described above with respect to FIG. 8E. In other embodiments, each of the coating analysis regions 948, 968, and 988 has a different standard type and / or concentration of nanoparticles.

第1の基準被覆分析領域948は、当該領域のナノ粒子に付着した基準分子の第1の既定濃度を有し、当該領域から測定された第1の基準屈折率が、試料被覆分析領域968から測定された屈折率と比較して異なる、例えば小さくなるようになっている。第2の基準被覆分析領域988は、当該領域のナノ粒子に付着した基準分子の第2の既定濃度を有し、当該領域から測定された第2の基準屈折率が、試料被覆分析領域968から測定された屈折率と比較して異なる、例えば大きくなるようになっている。いくつかの実施形態において、第1及び第2の基準被覆分析領域948及び988に付着した基準分子は、同種の基準分子を含む。ただし、他の実施形態では、第1及び第2の基準被覆分析領域948及び988に付着した基準分子は、異種の基準分子であってもよい。加えて、第1の分析領域948及び第2の分析領域988の一方又は両方に付着した基準分子は、標的分子と比較して同種又は異種の分子を含んでいてもよい。ただし、被覆分析領域948、968及び988に付着した分子の種類に関わらず、3つ全ての被覆分析領域は、標的分子を含有し得る溶液936と接触するように構成されている一方で、試料被覆分析領域968だけは標的分子を捕捉するように構成されており、第1及び第2の基準被覆分析領域948及び988は、そこに既に形成された基準分子の既定濃度を有し、標的分子を更に捕捉するようには構成されていない。   The first reference coating analysis region 948 has a first predetermined concentration of reference molecules attached to the nanoparticles in the region, and the first reference refractive index measured from the region is from the sample coating analysis region 968. It is different from, for example, smaller than the measured refractive index. The second reference coating analysis region 988 has a second predetermined concentration of reference molecules attached to the nanoparticles in the region, and the second reference refractive index measured from the region is from the sample coating analysis region 968. It differs from the measured refractive index, for example, becomes larger. In some embodiments, the reference molecules attached to the first and second reference coating analysis regions 948 and 988 include the same type of reference molecule. However, in other embodiments, the reference molecules attached to the first and second reference coverage analysis regions 948 and 988 may be heterogeneous reference molecules. In addition, the reference molecule attached to one or both of the first analysis region 948 and the second analysis region 988 may include the same or different types of molecules compared to the target molecule. However, regardless of the type of molecules attached to the coating analysis regions 948, 968 and 988, all three coating analysis regions are configured to contact the solution 936 that may contain the target molecule, while the sample Only the coating analysis region 968 is configured to capture target molecules, and the first and second reference coating analysis regions 948 and 988 have a predetermined concentration of reference molecules already formed therein, and target molecules Is not configured to capture further.

試験媒体902、904及び906は、図3E及び図3Fに関して記載したものに類似した透過性LSPR測定システムとして構成されているが、試験媒体902、904及び906のそれぞれは、図6A〜図6Dに関して前述した減衰全内部反射(ATR)LSPR測定試験媒体のいずれか1つとして構成されてもよいと理解される。これらの実施形態において、試験媒体902、904及び906のそれぞれは、光導構造体(図6B〜図6Dの光導構造体660a〜660cに類似するもの)を透過する光が、前述した減衰全内部反射(ATR)条件下で、第1の末端と第2の末端との間を誘導されるように構成されている。即ち、溶液936の第2の屈折率nは、被覆分析領域948、968及び988の第1の屈折率nよりも小さいため、光導構造体中を進む光束は、全内部反射され、光導構造体の内部に戻る。 Test media 902, 904, and 906 are configured as a permeable LSPR measurement system similar to that described with respect to FIGS. 3E and 3F, but each of test media 902, 904, and 906 is associated with FIGS. 6A-6D. It will be understood that it may be configured as any one of the aforementioned attenuated total internal reflection (ATR) LSPR measurement test media. In these embodiments, each of the test media 902, 904, and 906 allows the light transmitted through the light structure (similar to the light structures 660a-660c in FIGS. 6B-6D) to be attenuated total internal reflection as described above. It is configured to be induced between a first end and a second end under (ATR) conditions. That is, since the second refractive index n 2 of the solution 936 is smaller than the first refractive index n 1 of the coating analysis regions 948, 968 and 988, the light beam traveling in the optical structure is totally internally reflected, and the optical Return to the inside of the structure.

LSPR自己校正測定方法
図10を参照すると、被覆分析領域948、968及び988のそれぞれから測定された有効屈折率及び吸光度又はピーク波長値に基づいて、試料被覆分析領域968に付着した標的分子の濃度を決定することができる。図10は、実施形態に従い、標的分子の公知の濃度を有する対照媒体を用いることにより、温度変動条件下で、ポリマーベース試験媒体に付着した標的分子の量を定量する方法を示すグラフ1000を示す。x軸は有効屈折率(neff)を表し、y軸は吸光度又はピーク吸収波長(λmax)を表している。曲線1010a及び1010bは、2つの異なる温度、第1の温度T及び第2の温度T>Tにて、それぞれ測定された、吸光度又はλmax対有効屈折率曲線を表している。
LSPR Self-calibration Measurement Method Referring to FIG. 10, the concentration of target molecules attached to the sample coating analysis region 968 based on the effective refractive index and absorbance or peak wavelength values measured from the coating analysis regions 948, 968 and 988, respectively. Can be determined. FIG. 10 shows a graph 1000 illustrating a method for quantifying the amount of target molecules attached to a polymer-based test medium under temperature variation conditions by using a control medium having a known concentration of target molecules, according to an embodiment. . The x-axis represents the effective refractive index (n eff ), and the y-axis represents the absorbance or peak absorption wavelength (λ max ). Curves 1010a and 1010b represent absorbance or λ max versus effective refractive index curves measured at two different temperatures, a first temperature T 1 and a second temperature T 2 > T 1 , respectively.

にて測定された第1の曲線1010aは、図9に関して前述した、第1の基準被覆分析領域948、試料被覆分析領域968及び第2の基準被覆分析領域988をそれぞれ有する、試験媒体902、904及び906の測定された屈折率に対応する、第1の基準低温吸光度1012a、試料低温吸光度1014a、及び第2の基準低温吸光度1016aを示している。図9に関して前述したように、第1の基準被覆分析領域948及び第2の基準被覆分析領域988は、それぞれ、試料被覆分析領域968の標的分子の濃度よりも低い又は高い基準分子の既定濃度を有する。 The first curve 1010a measured at T 1 has a first reference coverage analysis region 948, a sample coverage analysis region 968, and a second reference coverage analysis region 988, respectively, described above with respect to FIG. , 904 and 906, corresponding to the measured refractive index, a first reference cold absorbance 1012a, a sample cold absorbance 1014a, and a second reference cold absorbance 1016a. As described above with respect to FIG. 9, the first reference coverage analysis region 948 and the second reference coverage analysis region 988 each have a predetermined concentration of reference molecules that is lower or higher than the concentration of target molecules in the sample coverage analysis region 968. Have.

本発明者らは、基準分子が標的分子と同種であるか異種であるかに関わらず、標的分子の濃度は屈折率に線形的に依存することを見出した。従って、試料被覆分析領域968の測定された屈折率値に基づいて、試料被覆分析領域968に付着した標的分子の定量が決定され得る。   The inventors have found that the concentration of the target molecule is linearly dependent on the refractive index, regardless of whether the reference molecule is the same or different from the target molecule. Accordingly, based on the measured refractive index value of the sample coating analysis region 968, the quantification of target molecules attached to the sample coating analysis region 968 can be determined.

本発明者らは、測定された吸光度及び/又はλmaxは、高温にて測定されるとき、所与の屈折率値において、より高いことも見出した。更に、本発明者らは、吸光度及び/又はλmaxの上方シフトの量は、標的又は基準分子の濃度に依存しないことを見出した。即ち、傾き1018a及び1018bは、第1の曲線1010aと第2の曲線1010bとの間で、ほぼ同じである。従って、Tにて測定された第2の曲線1010bは、第1の基準高温吸光度1012b、試料高温吸光度1014b及び第2の基準高温吸光度1016bが、第1の基準低温吸光度1012a、試料低温吸光度1014a及び第2の基準低温吸光度1016aと比較して、吸光度及び/又はλmaxの同じ値だけそれぞれシフトしていることを示している。従って、標的分子の濃度の定量的測定値は、異なる温度での基準被覆分析領域948及び988の基準濃度を独立に決定することなく、異なる温度での試料被覆分析領域968から、正確に決定され得る。 The inventors have also found that the measured absorbance and / or λ max is higher at a given refractive index value when measured at elevated temperatures. Furthermore, the inventors have found that the amount of absorbance and / or λ max upward shift is independent of the concentration of the target or reference molecule. That is, the slopes 1018a and 1018b are substantially the same between the first curve 1010a and the second curve 1010b. Accordingly, the second curve 1010b measured at T 2 are, first reference hot absorbance 1012b, a sample hot absorbance 1014b and the second reference hot absorbance 1016b, a first reference low absorbance 1012a, samples low absorbance 1014a Compared with the second reference low-temperature absorbance 1016a, the absorbance and / or λ max are shifted by the same value, respectively. Thus, a quantitative measurement of the concentration of the target molecule is accurately determined from the sample coating analysis region 968 at different temperatures without independently determining the reference concentration of the reference coating analysis regions 948 and 988 at different temperatures. obtain.

本発明は特定の実施形態の観点から記載されているが、本明細書に記載された特徴及び利点の全てを実現しているわけではない実施形態を含めて、当業者にとって明らかである他の実施形態も、本発明の範囲にある。更に、更なる実施形態を提供するために、前述した各種実施形態を組み合わせることもできる。加えて、一実施形態の文脈で示された特定の特徴を他の実施形態に組み込むこともできる。従って、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲に対する参照のみによって規定される。   While the invention has been described in terms of particular embodiments, other embodiments will be apparent to those skilled in the art, including embodiments that do not realize all of the features and advantages described herein. Embodiments are also within the scope of the present invention. Furthermore, the various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. In addition, certain features shown in the context of one embodiment can be incorporated into other embodiments. Accordingly, the scope of the invention is defined only by reference to the appended claims.

100 平面型金属薄膜ベースSPR測定システム
110 光源
114 入射光
118 反射光
120 試験媒体
124 基材
128 金属薄膜
130 検出器
132 チャネル
136 ガラスブロック
140 標的分子
142 溶液
144 捕捉分子
148 分析部
200 局在表面プラズモン共鳴(LSPR)測定システム
210 光源
214 入射光
220 試験媒体
250 容器
250S 内面
224 基材
224S 内面
228 金属ナノ粒子層
230 光検出器
232 溶液
238 透過光
240 標的分子
244 捕捉分子
250S 内面
300 LSPR試験媒体
300a 試験媒体
300b 試験媒体
304 外ケース
310 前側部分
314 入射光
320 後側部分
328 金属ナノ粒子
330 前側開口部
332 溶液
334 後側開口部
338 透過光
338a 透過光
338b 透過光
340 光入射窓(図3A)
340 標的分子(図3E/D)
344 捕捉分子
350 容器
354 光入射窓
358 光出射窓
360 試料基材
360a 試料基材
360b 試料基材
360c 試料基材
362 取っ手領域
364 開口部
368 分析領域
368F 前側表面
368R 後側表面
400 グラフ
410a 吸光度スペクトル
420a 吸光度スペクトル
430a 吸光度スペクトル
450 グラフ
460 吸収差スペクトル
470 吸収差スペクトル
480 吸収差スペクトル
600 LSPR試験媒体
610 光源
614 入射光
628 金属ナノ粒子層
628a 容器
628b 容器
628c 容器
630 光検出器
632 溶液
638 透過光
640 標的分子
644 捕捉分子
660 光導構造体
660a 光導構造体
660b 光導構造体
660c 光導構造体
660S 端部表面
660S1 第1の表面
660S2 第2の表面
662a 光導部分
662b 光導部分
662c 光導部分
664a 非被覆部分
664b 非被覆部分
664c 非被覆部分
664S1 表面
664S2 表面
664S3 表面
668a 分析領域
668b 分析領域
668c 分析領域
668S1 分析領域表面
668S2 分析領域表面
668S3 分析領域表面
670 試験媒体
672 全内部反射光
680 試験媒体
682 湾曲部分
690 試験媒体
692 回旋部分
694 光復路部分
800A 液体組成物
800B 液体組成物
800C 液体組成物
800D ナノ粒子溶液
800E ナノ粒子溶液
800F 液体組成物
804 バインダーポリマー
808 溶媒
816 バインダー官能基
818 ナノ粒子溶媒
828 金属ナノ粒子
832 基材官能基(図8B)
832 界面活性剤(図8E)
836 バインダーポリマー
840 反応官能基
850 誘電体容器
860 ポリマー基材
860NS 非活性表面
860S ポリマー表面
861 基材
862 上部電極
862 第1の電極
864 下部電極
864 第2の電極
866 電源
868 気体入口
868 弁
872 プラズマ
876 エネルギー
900 自動校正LSPRシステム
902 第1の基準試験媒体
904 試料測定試験媒体
906 第2の基準試験媒体
910 光源
914 入射光
930 光検出器
932 容器
936 液体溶液
938 光
940 基材
942 非被覆部分
948 第1の基準被覆分析領域
948 基準被覆分析領域
960 基材
962 非被覆部分
968 試料被覆分析領域
968 試料被覆分析領域
980 基材
982 非被覆部分
988 第2の基準被覆分析領域
1010a 第1の曲線
1010b 第2の曲線
1012a 第1の基準低温吸光度
1012a 第1の基準低温吸光度
1012b 第1の基準高温吸光度
1014a 試料低温吸光度
1014a 試料低温吸光度
1014b 試料高温吸光度
1016a 第2の基準低温吸光度
1016a 第2の基準低温吸光度
1016b 第2の基準高温吸光度
1018a 傾き
1018b 傾き
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Planar metal thin film base SPR measurement system 110 Light source 114 Incident light 118 Reflected light 120 Test medium 124 Base material 128 Metal thin film 130 Detector 132 Channel 136 Glass block 140 Target molecule 142 Solution 144 Capture molecule 148 Analytical part 200 Localized surface plasmon Resonance (LSPR) measurement system 210 Light source 214 Incident light 220 Test medium 250 Container 250S inner surface 224 Substrate 224S inner surface 228 Metal nanoparticle layer 230 Photodetector 232 Solution 238 Transmitted light 240 Target molecule 244 Capture molecule 250S Inner surface 300 LSPR test medium 300a Test medium 300b Test medium 304 Outer case 310 Front part 314 Incident light 320 Rear part 328 Metal nanoparticles 330 Front opening 332 Solution 334 Rear opening 33 Transmitted light 338a transmitted light 338b transmitted light 340 light incident window (Figure 3A)
340 Target molecule (Figure 3E / D)
344 Capture molecule 350 Container 354 Light entrance window 358 Light exit window 360 Sample substrate 360a Sample substrate 360b Sample substrate 360c Sample substrate 362 Handle region 364 Opening 368 Analysis region 368F Front surface 368R Rear surface 400 Graph 410a Absorbance spectrum 420a Absorbance spectrum 430a Absorbance spectrum 450 Graph 460 Absorption difference spectrum 470 Absorption difference spectrum 480 Absorption difference spectrum 600 LSPR test medium 610 Light source 614 Incident light 628 Metal nanoparticle layer 628a Container 628b Container 628c Container 630 Light detector 632 Solution 638 Target molecule 644 Capture molecule 660 Light structure 660a Light structure 660b Light structure 660c Light structure 660S End surface 660S1 First Surface 660S2 Second surface 662a Optical portion 662b Optical portion 662c Optical portion 664a Uncoated portion 664b Uncoated portion 664c Uncoated portion 664S1 Surface 664S2 Surface 664S3 Surface 668a Analysis region 668b Analysis region 668c Analysis region 668c Analysis region 668c Analysis region 668c 668S3 Analysis region surface 670 Test medium 672 Total internal reflection light 680 Test medium 682 Curved part 690 Test medium 692 Rotating part 694 Optical return part 800A Liquid composition 800B Liquid composition 800C Liquid composition 800D Nanoparticle solution 800E Nanoparticle solution 800F Liquid Composition 804 Binder polymer 808 Solvent 816 Binder functional group 818 Nanoparticle solvent 828 Metal nanoparticle 832 Substrate functional group (FIG. 8B)
832 Surfactant (Figure 8E)
836 Binder polymer 840 Reactive functional group 850 Dielectric container 860 Polymer substrate 860NS Inactive surface 860S Polymer surface 861 Substrate 862 Upper electrode 862 First electrode 864 Lower electrode 864 Second electrode 866 Power supply 868 Gas inlet 868 Valve 872 Plasma 876 Energy 900 Automatic calibration LSPR system 902 First reference test medium 904 Sample measurement test medium 906 Second reference test medium 910 Light source 914 Incident light 930 Photodetector 932 Container 936 Liquid solution 938 Light 940 Substrate 942 Uncoated portion 948 First reference coverage analysis region 948 Reference coverage analysis region 960 Base material 962 Uncovered portion 968 Sample coverage analysis region 968 Sample coverage analysis region 980 Base material 982 Uncovered portion 988 Second reference coverage analysis region 1 10a first curve 1010b second curve 1012a first reference low temperature absorbance 1012a first reference low temperature absorbance 1012b first reference high temperature absorbance 1014a sample low temperature absorbance 1014a sample low temperature absorbance 1014b sample high temperature absorbance 1016a second reference low temperature absorbance 1016a Second reference low temperature absorbance 1016b Second reference high temperature absorbance 1018a slope 1018b slope

Claims (35)

バインダーポリマー及び溶媒を含む液体組成物を用意する工程であって、バインダーポリマーがアミン末端を含む、工程と;
アミンと反応する1つ又は複数の官能基を有するポリマー表面を含む物品を用意する工程であって、前記ポリマー表面が無機ガラス又は結晶性物質を含まない、工程と;
液体組成物をポリマー表面に接触させる工程と;
ポリマー表面に接触している液体組成物に対して気相プラズマを1ミリ秒〜1分の時間印加して、液体組成物が気相プラズマとポリマー表面との間に挟入されるようにし、バインダーポリマーのアミン末端とポリマー表面の1つ又は複数の官能基との間に、化学反応によりポリマー表面に結合された架橋型バインダーポリマーを含むポリマー層を形成する工程であって、気相プラズマがアンモニアを含まない、工程と
を含む、ポリマー基材上にポリマー層を形成する方法。
Providing a liquid composition comprising a binder polymer and a solvent, wherein the binder polymer comprises amine ends;
Providing an article comprising a polymer surface having one or more functional groups that react with amines, wherein the polymer surface does not contain inorganic glass or crystalline material;
Contacting the liquid composition with the polymer surface;
Applying a gas phase plasma to the liquid composition in contact with the polymer surface for a period of 1 millisecond to 1 minute so that the liquid composition is sandwiched between the gas phase plasma and the polymer surface; Forming a polymer layer comprising a cross-linked binder polymer bonded to the polymer surface by a chemical reaction between an amine end of the binder polymer and one or more functional groups on the polymer surface, wherein the gas phase plasma comprises A method of forming a polymer layer on a polymer substrate, comprising the steps of free of ammonia.
バインダーポリマーが、
ポリジアリルジメチルアンモニウム;ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド;ポリアリルアミンハイドロクロリド;ポリ4−ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド; ジエチレングリコールの類縁体である、ジエチレントリアミン(DETA)、HN−CHCH−NH−CHCH−NH、トリエチレンテトラミン(TETA)、HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、HN−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH−CHCH−NH、ポリエチレンアミンを含むエチレンアミンから誘導されるポリアミン類;ポリアミドアミンデンドリマー、ポリプロピルイミンデンドリマー、ポリエチレンイミン(PEI)を含む超分岐ポリマー類;又はこれらの混合物、からなる群から選択される1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
Binder polymer
Polydiallyldimethylammonium; polydiallyldimethylammonium chloride; polyallylamine hydrochloride; poly-4-vinylbenzyltrimethylammonium chloride; diethylenetriamine (DETA), an analog of diethylene glycol, H 2 N—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 -NH 2, triethylenetetramine (TETA), H 2 N- CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2, tetraethylenepentamine (TEPA), H 2 N —CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 —NH 2 , pentaethylenehexamine (PEHA), H 2 N—CH 2 CH 2 —NH—CH 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH- H 2 CH 2 -NH-CH 2 CH 2 -NH 2, polyamines derived from ethylene amines including polyethylene amine; polyamidoamine dendrimer, poly propyl dendrimers, hyperbranched polymers including polyethylene imine (PEI); or The method of claim 1, comprising one or more selected from the group consisting of these mixtures.
ポリマー表面が、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリスチレン(PS)、及びポリカーボネート(PC)からなる群から選択される少なくとも1種の光透過性ポリマー材料を含む、請求項1に記載の方法。   The polymer surface comprises at least one light transmissive polymeric material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), and polycarbonate (PC). The method described. 気相プラズマを印加している間、液体組成物が電気絶縁性の容器内に含有されており、容器がプラズマチャンバーの2個の電極間に配置されている、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the liquid composition is contained in an electrically insulating container while the gas phase plasma is applied, and the container is disposed between two electrodes of the plasma chamber. 液体組成物が、水及びNaOHを更に含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the liquid composition further comprises water and NaOH. 気相プラズマを印加する工程が、少なくとも1個の電極を有するプラズマ発生装置を使用して気相プラズマを生成する工程を含み、気相プラズマを印加している間、プラズマ発生装置の少なくとも1個の電極のいずれも、液体組成物に電気的に接触しない、請求項1に記載の方法。   The step of applying the gas phase plasma includes the step of generating the gas phase plasma using a plasma generator having at least one electrode, and at least one of the plasma generators while applying the gas phase plasma. The method of claim 1, wherein none of the electrodes is in electrical contact with the liquid composition. 液体組成物をポリマー表面に接触させる工程が、物品を液体組成物中に浸漬させ、気相プラズマを印加するときに、ポリマー表面が液体組成物中に沈められているようにする工程を含む、請求項1に記載の方法。   Contacting the liquid composition with the polymer surface comprises immersing the article in the liquid composition such that the polymer surface is submerged in the liquid composition when the gas phase plasma is applied; The method of claim 1. 物品が、薄板、細片、空洞、円柱、円筒、ファイバー、コイル、U字形、つる巻線及び螺旋からなる群から選択される形状である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the article is in a shape selected from the group consisting of laminae, strips, cavities, cylinders, cylinders, fibers, coils, U-shapes, vine windings and spirals. 物品が、前記ポリマー表面から逸れた方向に面する別の表面を含み、液体組成物が別の表面と接触せず、別の表面上にポリマー層が形成されない、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the article comprises another surface facing away from the polymer surface, wherein the liquid composition is not in contact with another surface and no polymer layer is formed on the other surface. ポリマー表面が第1のポリマー表面と称され、ポリマー層が第1のポリマー層と称され、物品が第1のポリマー表面から逸れた方向に面する第2のポリマー表面を含み、液体組成物が第2のポリマー表面とも接触し、気相プラズマが第2のポリマー表面に接触している液体組成物にも印加されるとき第2のポリマー表面上に第2のポリマー層が形成される、請求項1に記載の方法。   The polymer surface is referred to as the first polymer surface, the polymer layer is referred to as the first polymer layer, the article includes a second polymer surface facing away from the first polymer surface, and the liquid composition is A second polymer layer is formed on the second polymer surface when also in contact with the second polymer surface and the gas phase plasma is also applied to the liquid composition in contact with the second polymer surface. Item 2. The method according to Item 1. ポリマー表面が第1の表面と称され、物品が第2の表面を更に含み、第1の表面が液体組成物と接触するが、気相プラズマを印加している間、第2の表面が液体組成物と接触しない、請求項1に記載の方法。   The polymer surface is referred to as the first surface, and the article further includes a second surface, the first surface is in contact with the liquid composition, but the second surface is liquid while applying the gas phase plasma. The method of claim 1, wherein the method is not in contact with the composition. 気相プラズマを印加している間、液体組成物が第2の表面と接触しないように、物品が第2の表面の上に薄膜を更に含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the article further comprises a thin film on the second surface such that the liquid composition does not contact the second surface during application of the gas phase plasma. 物品が空洞を含み、第1の表面が空洞の内側表面であり、第2の表面が第1の表面から逸れる方向に面し空洞の外部に位置しており、液体組成物が第2の表面へ接触することを妨げながら、液体組成物が第1の表面に接触するように、液体組成物をポリマー表面に接触させる工程が、空洞の少なくとも一部を液体組成物で満たす工程を含む、請求項11に記載の方法。   The article includes a cavity, the first surface is the inner surface of the cavity, the second surface faces away from the first surface and is located outside the cavity, and the liquid composition is the second surface Contacting the liquid composition with the polymer surface such that the liquid composition contacts the first surface while preventing contact with the liquid composition comprises filling at least a portion of the cavity with the liquid composition. Item 12. The method according to Item 11. ナノ粒子層を形成する方法であって、
物品のポリマー表面上にポリマー層を形成するための請求項1に記載の方法と;
ポリマー層を形成した後に、金属ナノ粒子をポリマー層に適用し、ポリマー層の上に金属ナノ粒子の単一層を形成する工程と
を含む方法。
A method of forming a nanoparticle layer comprising:
The method of claim 1 for forming a polymer layer on a polymer surface of an article;
Applying the metal nanoparticles to the polymer layer after forming the polymer layer and forming a single layer of metal nanoparticles on the polymer layer.
金属ナノ粒子を適用する工程が、気相プラズマを印加する工程の完了後に行われる、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the step of applying metal nanoparticles is performed after completion of the step of applying gas phase plasma. 物品が、薄板、細片、空洞、円柱、円筒、ファイバー、コイル、U字形、つる巻線及び螺旋からなる群から選択される形状である、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the article is in a shape selected from the group consisting of a sheet, strip, cavity, cylinder, cylinder, fiber, coil, U-shape, vine winding and helix. 物品が、ポリマー表面から逸れた方向に面する別の表面を含み、液体組成物が別の表面と接触せず、別の表面上にポリマー層が形成されない、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the article comprises another surface facing away from the polymer surface, the liquid composition is not in contact with the other surface, and no polymer layer is formed on the other surface. ポリマー表面が第1のポリマー表面と称され、ポリマー層が第1のポリマー層と称され、物品が第1のポリマー表面から逸れた方向に面する第2のポリマー表面を含み、液体組成物が第2のポリマー表面とも接触し、気相プラズマが第2のポリマー表面に接触する液体組成物にも印加されるとき第2のポリマー表面上に第2のポリマー層が形成され、第2のポリマー層の上に金属ナノ粒子の単一層を形成するために金属ナノ粒子が第2のポリマー層にも適用される、請求項14に記載の方法。   The polymer surface is referred to as the first polymer surface, the polymer layer is referred to as the first polymer layer, the article includes a second polymer surface facing away from the first polymer surface, and the liquid composition is A second polymer layer is formed on the second polymer surface when the second polymer surface is also contacted and a gas phase plasma is also applied to the liquid composition contacting the second polymer surface. 15. The method of claim 14, wherein the metal nanoparticles are also applied to the second polymer layer to form a single layer of metal nanoparticles on the layer. ポリマー表面が第1の表面と称され、物品が第2の表面を更に含み、第1の表面が液体組成物と接触するが、気相プラズマを印加している間、第2の表面が液体組成物と接触せず、金属ナノ粒子の単一層が第1の表面の上のポリマー層上に形成されるが、そのような金属ナノ粒子の層が第2の表面の上には形成されない、請求項14に記載の方法。   The polymer surface is referred to as the first surface, and the article further includes a second surface, the first surface is in contact with the liquid composition, but the second surface is liquid while applying the gas phase plasma. Without contact with the composition, a single layer of metal nanoparticles is formed on the polymer layer on the first surface, but no layer of such metal nanoparticles is formed on the second surface; The method according to claim 14. 気相プラズマを印加している間、液体組成物が第2の表面と接触しないように、物品が第2の表面の上に薄膜を更に含む、請求項19に記載の方法。   The method of claim 19, wherein the article further comprises a thin film on the second surface such that the liquid composition does not contact the second surface during application of the gas phase plasma. 物品が空洞を含み、第1の表面が空洞の内側表面であり、第2の表面が第1の表面から逸れる方向に面し空洞の外部に位置しており、液体組成物が第2の表面へ接触することを妨げながら、液体組成物が第1の表面に接触するように、液体組成物をポリマー表面に接触させる工程が、空洞の少なくとも一部を液体組成物で満たす工程を含む、請求項19に記載の方法。   The article includes a cavity, the first surface is the inner surface of the cavity, the second surface faces away from the first surface and is located outside the cavity, and the liquid composition is the second surface Contacting the liquid composition with the polymer surface such that the liquid composition contacts the first surface while preventing contact with the liquid composition comprises filling at least a portion of the cavity with the liquid composition. Item 20. The method according to Item 19. 金属ナノ粒子が負電荷を帯びた金属球を含み、金属ナノ粒子がポリマー層の遊離アミン末端と結合される、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the metal nanoparticles comprise negatively charged metal spheres and the metal nanoparticles are bound to the free amine ends of the polymer layer. 金属ナノ粒子の少なくとも一部が、1つ又は複数のリガンドを付着させた金属球を含む、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein at least a portion of the metal nanoparticles comprises a metal sphere having one or more ligands attached thereto. 1つ又は複数の標的分子に対する特異性を有する化学的部分を含む、金属ナノ粒子に付着した1つ又は複数のリガンドを更に含む、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, further comprising one or more ligands attached to the metal nanoparticle comprising a chemical moiety having specificity for one or more target molecules. 金属ナノ粒子が、約1nm〜約10nmの間、約5nm〜約20nmの間、約10nm〜約30nmの間、約20nm〜約40nmの間、約30nm〜約50nmの間、約40nm〜約60nmの間、約50nm〜約80nmの間、約60nm〜約100nmの間、約80nm〜約150nmの間、約100nm〜約200nmの間、約150nm〜約250nmの間、約200nm〜約300nmの間、約250nm〜約400nmの間、約300nm〜約700nmの間、約500nm〜約900nmの間、又は約700nm〜約1100nmの間のメジアン径を有する、請求項14に記載の方法。   The metal nanoparticles are between about 1 nm to about 10 nm, between about 5 nm to about 20 nm, between about 10 nm to about 30 nm, between about 20 nm to about 40 nm, between about 30 nm to about 50 nm, about 40 nm to about 60 nm. Between about 50 nm and about 80 nm, between about 60 nm and about 100 nm, between about 80 nm and about 150 nm, between about 100 nm and about 200 nm, between about 150 nm and about 250 nm, between about 200 nm and about 300 nm 15. The method of claim 14, having a median diameter between about 250 nm to about 400 nm, between about 300 nm to about 700 nm, between about 500 nm to about 900 nm, or between about 700 nm to about 1100 nm. 液体を内部に保持するように構成された空洞を画定する少なくとも1つの側壁を含む胴部と;
プラスチック材料で作製された空洞の内面を含んで作製された側壁と;
内面のプラスチック材料以外の架橋ポリマー材料の結合層であって、結合層の架橋ポリマー材料が内面の基底プラスチック材料との共有結合を形成し、結合層の架橋ポリマー材料が遊離アミン末端を有する、結合層と;
結合層の上に形成された金属ナノ粒子の単一層であって、単一層の金属ナノ粒子が、結合層の架橋ポリマー材料の遊離アミン末端の少なくとも一部に結合される、単一層と
を含む、少なくとも1種の標的分子を検出するのに使用するための試験装置。
A barrel including at least one sidewall defining a cavity configured to hold liquid therein;
Sidewalls made including the inner surface of a cavity made of plastic material;
Bonding layer of a cross-linked polymer material other than the inner surface plastic material, wherein the cross-linked polymer material of the bonding layer forms a covalent bond with the inner base plastic material, and the cross-linked polymer material of the bonding layer has a free amine end With layers;
A single layer of metal nanoparticles formed on a tie layer, wherein the single layer of metal nanoparticles is bonded to at least a portion of the free amine ends of the cross-linked polymeric material of the tie layer. A test device for use in detecting at least one target molecule.
空洞が、無機ガラス又は結晶性物質から作製された内面を含まない、請求項26に記載の装置。   27. The apparatus of claim 26, wherein the cavity does not include an inner surface made from inorganic glass or crystalline material. 内面が第1の内面と称され、側壁が第1の表面に対向する第2の内面を更に含み、第2の内面もまたプラスチック材料から作製され、結合層が第2の内面の上に延長し、金属ナノ粒子の単一層が第2の内面の上に延長する、請求項26に記載の装置。   The inner surface is referred to as the first inner surface, the side wall further includes a second inner surface facing the first surface, the second inner surface is also made of a plastic material, and the bonding layer extends over the second inner surface. 27. The device of claim 26, wherein a single layer of metal nanoparticles extends over the second inner surface. 第1の内面及び第1の内面に対向する第2の内面が、単一の湾曲表面を形成するように湾曲している、請求項28に記載の装置。   30. The apparatus of claim 28, wherein the first inner surface and the second inner surface opposite the first inner surface are curved to form a single curved surface. 標的分子を検出する方法であって、
請求項26に記載の装置を用意する工程と;
試験用試料を装置の空洞内に置く工程と;
光束を装置に向け、光束が内面を含む胴部を通過するようにする工程と;
側壁を通る光束を分析する工程と
を含む方法。
A method for detecting a target molecule comprising:
Providing an apparatus according to claim 26;
Placing the test sample in the cavity of the device;
Directing the light beam to the device so that the light beam passes through the body including the inner surface;
Analyzing the light flux passing through the sidewall.
第1の光端子、第2の光端子及び第1の光端子と第2の光端子との間の光学通路部を含む胴部であって、第1の光端子を介して入射光束を受光し、全内部反射により光束を光学通路部に透過させ、第2の光端子を介して光束を出射するように構成されている胴部と;
プラスチック材料から作製され、プラスチック材料の少なくとも1つの湾曲外面を含む、光学通路部と;
少なくとも1つの湾曲外面のプラスチック材料以外の架橋ポリマー材料の結合層であって、結合層の架橋ポリマー材料が、少なくとも1つの湾曲外面の基底プラスチック材料と共有結合を形成し、結合層の架橋ポリマー材料が遊離アミン末端を有する、結合層と;
結合層の上に形成された金属ナノ粒子の単一層であって、単一層の金属ナノ粒子が、結合層の架橋ポリマー材料の遊離アミン末端の少なくとも一部に結合される、単一層と
を含む、少なくとも1種の標的分子を検出するのに使用するための試験装置。
A body including a first optical terminal, a second optical terminal, and an optical path between the first optical terminal and the second optical terminal, and receives an incident light flux through the first optical terminal. A body portion configured to transmit the light beam through the optical path portion by total internal reflection and to emit the light beam through the second optical terminal;
An optical passage section made of a plastic material and including at least one curved outer surface of the plastic material;
A tie layer of a cross-linked polymeric material other than at least one curved outer surface plastic material, wherein the cross-linked polymer material of the tie layer forms a covalent bond with the base plastic material of at least one curved outer surface, Having a free amine end, a tie layer;
A single layer of metal nanoparticles formed on a tie layer, wherein the single layer of metal nanoparticles is bonded to at least a portion of the free amine ends of the cross-linked polymeric material of the tie layer. A test device for use in detecting at least one target molecule.
光学通路部が、無機ガラス又は結晶性物質から作製された外面を含まない、請求項31に記載の装置。   32. The apparatus of claim 31, wherein the optical passage portion does not include an outer surface made from inorganic glass or crystalline material. 光学通路部がファイバーの形態である、請求項31に記載の装置。   32. The apparatus of claim 31, wherein the optical path portion is in the form of a fiber. 光学通路部が、つる巻線、螺旋又はコイル構成である、請求項31に記載の装置。   32. The apparatus of claim 31, wherein the optical path portion is a vine winding, spiral or coil configuration. 標的分子を検出する方法であって、
請求項31に記載の装置を用意する工程と;
装置の光学通路部の少なくとも一部を試験用試料に挿入する工程と;
光束を第1の光端子に向け、光束が光学通路部を介して第2の光端子に進むようにする工程と;
第2の光端子から出射する光束を分析する工程と
を含む方法。
A method for detecting a target molecule comprising:
Providing an apparatus according to claim 31;
Inserting at least a portion of the optical path portion of the device into the test sample;
Directing the light beam to the first optical terminal and allowing the light beam to travel to the second optical terminal via the optical path;
Analyzing the light beam emitted from the second optical terminal.
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