JP2018500169A - Surface plasmon detection apparatus and method - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
- B05D3/141—Plasma treatment
- B05D3/145—After-treatment
- B05D3/147—Curing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
- B05D7/02—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to macromolecular substances, e.g. rubber
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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
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Cross-reference of related applications Any and all applications for which foreign or national priority is identified in the application data sheet filed with this application are hereby incorporated by reference under Section 1.57 of the 37 U.S. Incorporated.
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)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、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)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、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-
いくつかの実施形態において、ポリマー材料は、SiO2又はAl2O3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1.0x109個/cm2〜ナノ粒子約2.0x1011個/cm2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1x109個/cm2〜ナノ粒子約2x1011個/cm2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、NH2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、NH2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(−NH2)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
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
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
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
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
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
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
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
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RuO2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/cm3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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
減衰全内部反射に基づく試験媒体
光束が、第1の屈折率n1を有する第1の媒質(例えば、ガラス)を通過し、n1よりも小さい第2の屈折率n2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、n1×sinθ1=n2×sinθ2を示すスネルの法則によって決定され、式中、n1及びn2はそれぞれ第1及び第2の媒質の屈折率であり、θ1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、θ2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θc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θc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n1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
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
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n1よりも小さい第2の屈折率n2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
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θc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、n1、n2、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
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
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。d0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
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、d0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)(λ0)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
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
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
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n1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n1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
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.
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
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
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n1よりも小さい第2の屈折率n2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
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
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n2は、分析領域668a、668b及び668cの第1の屈折率n1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θc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、n1、n2、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
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
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n2、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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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(O2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、O2、O3、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(NH2)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、NH2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
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(NH2)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)2又は−PO(OR)2) 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
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)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、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)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)(H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2)、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
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
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
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1x107ダルトンの間、約1000ダルトン〜約1x106ダルトンの間、又は約1000ダルトン〜約1x105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
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SiO2又はAl2O3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
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。
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SiO2又はAl2O3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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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、O2、O3、N2、H2、NH3、N2O、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、NH2)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、N2又はNH3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
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
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NH2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
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
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
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NH2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
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
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
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,
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
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
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、NH2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
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1x108/cm2〜約1x1013/cm2の間、約5x108/cm2〜約5x1012/cm2の間又は約1x109/cm2〜約2x1012/cm2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,
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)
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
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
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
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
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n2は、被覆分析領域948、968及び988の第1の屈折率n1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。
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T1及び第2の温度T2>T1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
T1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
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
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、T2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
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
340 Target molecule (Figure 3E / D)
344
832 Surfactant (Figure 8E)
836
Claims (35)
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.
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)、H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、トリエチレンテトラミン(TETA)、H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、H2N−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH−CH2CH2−NH2、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.
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.
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.
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.
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.
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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