KR20020071848A - 형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한어드레스로 불러낼 수 있는 어레이 - Google Patents

형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한어드레스로 불러낼 수 있는 어레이 Download PDF

Info

Publication number
KR20020071848A
KR20020071848A KR1020027004001A KR20027004001A KR20020071848A KR 20020071848 A KR20020071848 A KR 20020071848A KR 1020027004001 A KR1020027004001 A KR 1020027004001A KR 20027004001 A KR20027004001 A KR 20027004001A KR 20020071848 A KR20020071848 A KR 20020071848A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
analyte
detector
array
receptor
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
KR1020027004001A
Other languages
English (en)
Inventor
예빈올레그에이.
크레이머데이빗아이.
Original Assignee
어레이 바이오사이언스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어레이 바이오사이언스 코포레이션 filed Critical 어레이 바이오사이언스 코포레이션
Publication of KR20020071848A publication Critical patent/KR20020071848A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54346—Nanoparticles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0004—Preparation of sols
    • B01J13/0008—Sols of inorganic materials in water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0004—Preparation of sols
    • B01J13/0043—Preparation of sols containing elemental metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/10—Details of absorbing elements characterised by the absorbing material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명의 장치는 두 개의 광원(2, 3)과, 대역 필터(4)와, 미러(5, 6)와, 편광기(7)와, 기질(8)과, 광원(2, 3)에서 나온 광 에너지를 미소공동(11)으로 전송하기 위한 광섬유(10)와, 신호 분석기(21)와, 데이터 처리기(23)를 포함하여 구성된다.

Description

형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이{ADDRESSABLE ARRAYS USING MORPHOLOGY DEPENDENT RESONANCE FOR ANALYTE DETECTION}
어널라이트의 검출은 최근의 생물학, 생물 공학, 화학, 및 환경 산업의 중요한 측면이 되고 있다. 어널라이트의 검출은 크로마토그래피 및 질량 분광학의 화학적 방법을 포함한 많은 다양한 방법을 이용하여 달성된다. 어널라이트를 검출하는 기타 다른 방법은 어널라이트 또는 "리간드(ligand)"와 다른 분자(본 명세서에서는 "리셉터 (receptor)"라고 함)와의 특이 결합에 따라 달라진다.
I. 어널라이트의 검출
어널라이트 또는 리간드의 검출은 최근의 생물학, 생물 공학, 화학, 및 환경 산업의 중요한 측면이 되고 있다. 어널라이트의 검출은 화학적 방법인 크로마토그래피, 질량 분광학, 핵산 잡종 교배, 및 면역학의 화학적 방법들을 포함한 많은 다양한 방법을 이용하여 달성된다. 잡종 교배 및 면적학적 방법은 리간드와 검출자 또는 리셉터 분자와의 특이 결합에 따라 달라진다. 이들 방법의 특이성에 대한 근거는 리간드 분자에 특이한 방식으로 결합되어서 결합 복합체를 생성시키는 리셉터 분자에 의해 부여된다. 비결합 리간드의 제거에 조력하는 조건들 하에서 복합체를 처리할 때에, 결합 리간드가 분석된다. 결합의 특이성, 결합 및 비결합된 리간드와 리셉터 간의 분리의 완료, 그리고 리간드 검출의 민감도는 검출 시스템의 선택성을 부여한다.
일례로, 생물 및 생물 공학 산업에 있어서, 디옥시리보핵산("DNA") 및 전이 리보핵산("mRNA")과 같은 어널라이트는 특이 유전학적, 생리학적 혹은 병리학적 조건들의 중요한 표시자(indicator)이다. DNA는 조직의 유전학적 기질에 관한 정보를 내포하고, mRNA는 어느 유전자가 특이 생리학적 혹은 병리학적 조건에서 활성을 띄는지 그리고 그 유전자의 활성의 결과 무슨 단백질이 생성되는지에 대한 중요한 표시자가 될 수 있다. 또한, 단백질의 직접 검출은 한 개체의 생리학적 혹은 병리학적 조건들을 이해하는 데 있어 중요할 수 있다.
DNA는 2가닥의 이중 나선으로 구성되는데, 그 각각은 뉴클레오티드 염기의 열(series) 또는 "서열(sequence)"로 이루어진다. DNA에서 발견되는 염기는 아데닌, 티아민, 사이토신, 및 구아닌을 포함한다. 이중 나선의 한 가닥은 mRNA로 복사될 수 있는 뉴클레오티드 서열을 가지며[본 명세서에는 이를 "해독 가닥(reading strand)"이라 함], 다른 가닥은 염기 서열을 갖는데, 상기 염기 서열 각각은 해독 가닥 내의 대응하는 위치에 있는 염기와 상보적(complementary)이다. 해독 가닥 내의 매 아데닌에 대하여 다른 가닥에서는 티아민이 존재한다. 이와 유사하게, 해독 가닥 내의 매 사이토신에 대하여 다른 가닥에서는 구아닌이 존재한다. 해독 가닥내의 매 구아닌과 아데닌에 대하여 다른 가닥에서는 사이토신과 티아민이 각각 발견된다. 이에 따라, 2개의 가닥이 서로에 대해 적절히 정렬되면, 각 가닥의 상보성 염기들은 수소 결합을 형성할 수 있고, 그에 의해 2개의 가닥은 왓슨(Watson) 및 크릭(Crick)의 모델("Watson-Crick" 이종 교배)에 따라서 복합 또는 잡종 상태로 유지된다. 따라서, 2개의 가닥을 본 명세서에서는 서로 "상보성(complementary)"인 것으로 생각한다. 티아민은 통상적으로 염기 우라실로 대체되는 것을 제외하고는, 리보핵산도 DNA와 유사한 구조를 갖는다. 그러나 우라실은 아데닌과 상보적이므로, RNA와 DNA의 이종 교배는 일어날 수 없다. 핵산의 정보 내용은 핵산을 구성하는 유니트의 서열 내에 현저하게 존재하므로, 뉴클레오티드 염기의 존재만을 검출할 수 있는 순수하게 화학적인 방법의 유용성은 제한적이다. 따라서, 특이 DNA 또는 RNA의 존재를 검출하는 방법은 그러한 핵산의 염기 서열의 특성에 따라 달라진다.
현재 핵산 및 단백질의 검출용으로 많은 다양한 방법들이 사용되고 있지만, 이러한 방법들은 많은 시간이 소요되고, 고가이고, 혹은 재현성이 떨어진다. 예를 들어, DNA나 RNA 분자 내에서의 특이 핵산 서열의 검출은 이종 교배 반응을 이용하여 달성할 수 있는데, 이 경우 어널라이트인 DNA나 RNA 분자는 DNA의 상보성 서열에 부착될 수 있게 한다. 상보 DNA 분자는 지지 매트릭스(supporting matrix)에 부착될 수 있고, 결합된 DNA와 매트릭스는 본 명세서에서는 "기질(substrate)"이라고 한다. 어널라이트인 핵산을 상보성 기질에 노출시키면, DNA는 비교적 안정적인 잡종을 형성한다. 이중 DNA 잡종의 검출은 표지를 붙인 DNA 어널라이트를 검출할 수 있는 방법을 이용하여 특유하게 실행할 수 있다. 표지 붙이기(labeling)는 통상적으로 방사능, 스핀 공명, 발색체, 또는 기타의 표지를 이용하여 실행하는데, 상기 표지들을 어널라이트 분자에 부착시킨다. 따라서, 표지를 붙인 어널라이트가 기질에 부착되면, 비결합 어널라이트를 제거할 수 있으며 결합 혹은 특이 어널라이트를 검출 또는 정량할 수 있다.
예를 들어, 현재의 방법을 이용하여 특이 서열을 갖는 mRNA 분자를 검출하기 위해서는 표지를 붙인 뉴클레오티드를 상보 DNA(cDNA: complementary DNA)에 결합시키게 되는 조건하에서 소위 "역 복사"라 하는 효소를 이용하여 자연적으로 발생하는, 달리 말하면 자연적(native) mRNA를 상보 DNA("cDNA")로 변환시킨다. 표지를 붙인 cDNA와 잡종 기질 간의 결합 시에, 결합 리간드는, 사용된 라벨의 종류에 따라 달라지기는 하겠지만 섬광 계수, 형광 또는 스핀 공명 등과 같은 방사 분석(radiometric) 기술을 이용하여 측정할 수 있다.
핵산 및 단백질의 검출을 위하여 현재 사용 가능한 방법은 바람직하지 않은 특성을 가지고 있다. 그 방법은 많은 시간을 소요하며, 고가의 장치 및 반응제를 필요로 하며, 숙련된 손 조작을 요하며, 반응제는 환경에 유해하다. 또한, mRNA를 분석하기 위한 방법은 또한 역 복사의 충실도(fidelity)에 있어서의 결함에 민감하기도 하다. 역 복사 중에 형성된 cDNA가 mRNA와 정확하게 상보적이지(대응되지) 않으면, 어널라이트는 자연적 mRNA와 동일한 서열을 갖지 못할 것이며, 잘못 인도되는 결과를 얻게 될 수 있다. 폴리메라제 연쇄 반응("PCR": polymerase chain reaction)의 증폭은 검출될 수 있는 핵산 분자(상보 DNA 또는 "cDNA")의 수를 증가시키기 위해 사용된다. cDNA를 증폭시키는 데 있어서는 PCR이 DNA 폴리메라제 효소를 필요로 한다. 일부 DNA 폴리메라제는 새롭게 합성되는 cDNA의 성장하고 있는 가닥에 부정확한 염기를 삽입시킬 수 있다. 또한, DNA 폴리메라제 및 PCR용으로 사용된 프리머(primer)의 인식은 증폭시킬 샘플 내에 있는 DNA의 특이 서열에 따라 달라질 수 있다. 이러한 변동성은 서로 다른 cDNA 분자들의 증폭이 비례적이지 않게 하는 결과를 야기할 수 있다. 부정확한 서열을 갖는 가닥의 후속하는 증폭은 위와 동일한 샘플 내에 있는 여러 가지의 다른 cDNA 서열들이 존재하게 하는 결과를 야기할 수 있다. 따라서, PCR을 이용하는 cDNA의 분석의 정확성과 민감성은 절충될 수 있다.
또한, 의료 진단이나 법적인 목적을 위해, 시험 결과를 신속하게 활용할 수 있도록 하는 것이 아주 중요할 수 있다. 특이 핵산 서열을 검출하기 위해 통상적으로 사용되고 있는 방법은 치료용이나 법적 사용을 위해서는 너무 느리다. 따라서, 핵산 서열의 신속하고 정확한 측정에 대한 요구가 대두되고 있다.
II. 형광 분광학
해당 어널라이트가 식별력 있는 형광 신호를 발생시킬 수 있는 대응하는 항체에 특이하게 결합될 때, 표지를 붙이는 것은 불필요하다. 그러나 그와 같은 고유의 형광은 너무 약하거나 없어지게 되므로 이 방법을 사용할 수 없다. 여러 종류의 형광 표지를 상용으로 입수할 수 있는데, 이는 형광 검출을 사용할 수 있게 한다.
III. 라만 분광학
라만 분광학은 어널라이트 분자 내에 신호를 발생시키기 위하여 전자기 방사를 이용하는 것을 포함한다. 라만 분광법은 필요 민감도가 가능한 관점에 대해서단지 최근에 개발되고 있다. 라만 분광법 및 라만 분광학의 민감도를 증가시키는 일부 방법에 대해서는 이하에서 설명한다.
A. 라만 분산(scattering)
라만 분산 이론에 따르면, 근적외선, 가시광 또는 자외선 범위의 파장을 갖는 입사 광자가 특정 분자를 조명할 때, 그 입사광의 광자는 분자에 의해 분산되고, 그에 의해 분자의 진동 상태는 보다 고준위 또는 저준위로 바뀐다. 분자의 진동 상태는 분자 결합에 있어서의 특정 형태의 연신, 절곡 또는 휨에 의하여 특징지어진다. 이어서 분자는 저절로 그 원래의 진동 상태로 되돌아간다. 분자가 그 원래의 진동 상태로 되돌아가면, 입사 광자와 파장이 동일한 특이한 광자를 방사한다. 그 광자는 분자에 대해 임의의 방향으로 방사된다. 이와 같은 현상을 "랄리 광 분산(Raleigh Light Scattering)"이라고 한다.
진동 상태가 바뀐 분자는 광자가 방사된 후에는 그 원래의 상태와는 다른 진동 상태로 되돌아간다. 분자가 원래의 상태와는 다른 상태로 되돌아가면, 방사된 광자는 입사광의 파장과는 다른 파장을 가질 수 있다. 이와 같은 형태의 방사는 이러한 효과를 발견한 시. 브이. 라만(C. V. Raman) 사후에 "라만 분산"이라고 명명되어 알려져 있다. 분자가 원래의 진동 상태보다 놀은 진동 준위로 되돌아가면, 방사된 광자의 에너지는 입사 광자의 파장보다 더 낮아질 것이다(즉, 보다 더 긴 파장을 가질 것이다). 이러한 형태의 라만 분산을 "스토크스 이동 라만 분산(Stokes-shifted Raman scattering)"이라 한다. 반면에, 분자가 그 원래의 진동 상태로 되돌아갈 때에 보다 높은 진동 상태에 있게 되면, 방사된 광자는 보다 낮은 에너지를갖게 될 것이다(보다 더 짧은 파장을 가질 것이다). 이러한 형태의 라만 분산을 "안티 스토크스 이동 라만 분산(anti-Stokes-shifted Raman scattering)"이라 한다. 보다 더 많은 분자들이 상승된 진동 에너지 상태에 있기보다는 원래의 상태에 있기 때문에 통상적으로 스토크스 이동 라만 분산이 안티 스토크스 이동 라만 분산보다 우세할 것이다. 이 결과, 라만 분광학에서 관찰된 파장은 통상적으로 보다 긴 파장으로 이동된다. 스토크스 이동과 안티 스토크스 이동 모두는 라만 분광계를 이용하여 정량화된다.
B. 공명 라만 분산
입사광의 파장이 그 분자의 최대 흡수 주파수나 혹은 그에 근접한 주파수에 있을 때, 광자의 흡수는 분자의 전기적 상태와 진동 상태 모두를 상승시킬 수 있다. 이들 파장의 라만 분산의 효과는 실질적으로 흡수 최대치 이하인 파장의 효과의 약 1000배만큼 증가할 수 있다. 따라서, 광자의 방사가 전기 접지 상태로 되돌아올 때, 라만 분산의 강도는 비슷한 비율만큼 증가할 수 있다. 이러한 현상을 "공명 라만 분산(Resonance Raman Scattering)"이라고 한다.
C. 표면 향상 라만 분산(Surface Enhanced Raman Scattering)
라만 활성 분자가 특정 종류의 금속 표면 부근에서 여기될 때, 라만 분산의 강도가 현저하게 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이들 파장에서 관찰되는 증가된 라만 분산을 여기서는 "표면 향상 라만 분산(Surface Enhanced Raman Scattering)"이라고한다. 라만 강도가 최대로 증가하는 것을 보여주는 금속 표면은 통상적으로는 미소 금속 입자로 피복된 미소 또는 나노 크기의 거친 표면을 포함한다. 일례로, 금속 콜로이드와 같은 나노 크기의 입자는 라만 분산의 강도를 금속 입자가 없는 상태에서의 라만 분산의 강도보다 약 106배까지 증가시킬 수 있다. 라만 분산의 강도가 이렇게 증가하는 효과를 "표면 향상 라만 분산(Surface Enhanced Raman Scattering)"또는 약칭하여 SERS라 한다.
SERS의 메커니즘은 확실히 알려져 있지는 않지만 그 중 하나의 인자는 향상에 영향을 미칠 수 있다. 통상적으로 전자는 진동 운동을 나타내는 데, 본 명세서에서는 이를 "플라즈몬(plasmon) 진동"이라 한다. 입사광의 파장의 약 1/10인 직경을 갖는 입자는 그러한 효과에 기여할 수 있다. 입사 광자는 입자들을 가로질러서 장을 유도하고, 그에 의해 금속 내에서 움직일 수 있는 전자의 운동이 변화할 수 있다. 입사광이 그 파장을 통하여 주기를 가짐에 따라, 전자의 유도 운동은 광 주기를 따를 것이고, 그에 따라 입사광과 동일한 주파수를 갖는 금속 표면 내에서 전자의 진동이 발생될 것이다. 전자의 운동은 금속 입자 내에서 가동성 전기 쌍극자를 형성시킬 수 있다. 금속 입자가 어떤 구성을 가질 때, 입사광은 표면 전자들의 군이 조화를 이루는 방식으로 진동을 하게 하고, 그에 따라 그렇게 생성된 전기장의 구조적 간섭이 야기되고 또한 본 명세서에서는 "공명 영역(resonance domain)"이라고 하는 영역이 생성된다. 따라서 그와 같은 공명 영역으로 인하여 향상된 전기장은 라만 분산의 강도를 증가시킬 수 있고, 그에 따라 라만 분광계에 의해 검출된 신호의 강도를 증가시킬 수 있다.
라만 분산에서의 표면 강화 효과와 공명 효과가 결합된 효과를 "표면 강화공명 라만 분산(Surface Enhanced Resonance Raman Scattering)"또는 약칭하여 SERRS라 한다. SERRS의 결합 효과는 라만 분산의 강도를 약 1014 이상만큼 증가시킬 수 있다. 향상된 라만 분산에 대한 상기 이론들이 효과를 밝히기 위한 유일한 이론일 수는 없을 것이다. 다른 이론들도 이러한 조건하에서의 라만 분산의 강도 증가를 밝힐 수 있다.
D. 핵산 및 단백질 검출을 위한 라만 방법
핵산 및 단백질을 검출하는 데 있어 여러 가지 방법들이 사용되고 있다. 통상적으로, 어널라이트 분자는 그 분자를 분석하기 위한 분석적 방법의 능력을 증가시키기 위하여 그에 추가되는 보고자(reporter) 그룹을 갖는다. 보고자 그룹은 방사능, 형광, 표지를 붙인 스핀으로 구성 할 수 있으며 합성 중에 어널라이트 안으로 결합될 수 있다. 일례로, 보고자 그룹은 당해 보고자 그룹을 포함하는 전구체로부터 DNA를 합성함으로써 mRNA로 제조된 cDNA 안으로 도입된다. 또한, 로다민(rhodamine) 또는 브롬화 에티듐(ethidium bromide)과 같은 다른 종류의 표지도 분석 시에 결합된 핵산의 가닥들 사이에 개재되어서 잡종 교배된 핵산 올리고머의 보고자 그룹의 역할을 할 수 있다.
상기 방법들 이외에도, 여러 가지 방법들이 라만 분광학을 이용하여 핵산을 검출하는 데 사용되고 있다. 보-딘흐(Vo-Dinh)의 미국 특허 제5,814,516호와, 보-딘흐(Vo-Dinh)의 미국 특허 제5,783,389호와, 보-딘흐(Vo-Dinh)의 미국 특허 제5,721,102호와, 보-딘흐(Vo-Dinh)의 미국 특허 제5,306,403호가 그 예이다. 이들 특허들은 그 모두를 본 명세서에 참고로 포함한다. 최근에는 단백질을 검출하는 데라만 분광학이 이용되고 있다. 타차(Tarcha) 등의 미국 특허 제5,266,498호와 역시 타차(Tarcha) 등의 미국 특허 제5,567,628호 모두를 본 명세서에 참고로 포함하는데, 이들 특허는 라만 활성 표지를 이용하여 표지를 붙인 어널라이트와 표지를 붙이지 않은 어널라이트를 시험 혼합물 내에 제공한다. 이들 방법은 라만 활성 표지 또는 보고자 그룹을 어널라이트 분자 안으로 도입하는 것에 의존성을 갖는다. 보고자 그룹은 어널라이트의 존재를 검출하고 정량하는 데 사용되는 라만 신호를 제공하기 위하여 선택된다.
어널라이트 안으로 보고자 그룹을 도입시켜야 하는 요건에 의해 추가적인 단계와 시간이 필요하게 된다. 또한, 상기 방법은 어세이(assay)의 선택성과 민감성을 제공하기 위해서는 결합 및 비결합 라만 표지 어널라이트의 세척을 더 오래 해야 한다. 더욱이, 특정의 라만 표지는 사용되는 분석 시스템의 타입에 따라 제공되어야 하기 때문에, 어널라이트의 물성을 분석에 앞서 결정해야 한다.
IV. 리셉터 분자에 결합되는 단백질과 저분자량 어널라이트의 검출
단백질과 저분자 어널라이트의 검출은 이들 어널라이트의 분리 및 순수 어널라이트의 검출에 목적을 두고 있는 여러 가지 기술들 중 어느 기술에 기초하거나 타게트를 아주 특별히 인식할 수 있는 특별한 작용제를 사용하는 검출에 기초한다. 분리에 기초한 기술은 많은 노동을 요하며 비용이 많이 들며 고도로 훈련된 사람을 필요로 한다. 또한, 불안정한 단백질은 순수화 공정을 어렵게 한다. 인식은 종종 항체라고 하는 아주 특이한 단백질을 사용함으로써 달성된다. 그러나, 어널라이트를 긴밀하고 선택적으로 결합시킬 수 있는 항체 단백질 분자는 상용으로 입수할 수있거나 혹은 여러 회사에 주문하여 생성시킬 수 있다.
당해 어널라이트와의 복합물 생성 전에 상응하는 항체가 기질에 부착되는 경우, 그와 같은 움직이지 않는 항체에 결합된 어널라이트는 그러한 기질에 남아 있게 된다. 이는 단백질, 펩타이드, 당, 유기원(organic origin)의 저분자량 화합물, 그리고 자연에는 존재하지 않는 시험관에서 합성된 아주 신규한 화학적 화합물과 같은 여러 종류의 어널라이트를 검출하기 위한 여러 가지의 면역학적 분석의 근간을 이루고 있다. 이와 같은 종래의 면역학적 분석의 한가지 특징은 어떻게든지 해서 어널라이트가 검출될 수 그에 표지를 붙여야 한다. 통상적인 표지는 식별력 있는 형광, 방사능, 또는 효소적 활성을 이용한다. 이러한 신호들은 다른 항체들을 이용하거나 혹은 어널라이트 분자의 화학적 개질에 의해 도입된다. 이와 같은 추가의 과정은 종종 비선형적일 수 있는데, 그에 따라 해석이 귀찮고 어려워질 수 있다. 이와 같은 문제점들은 검출의 민감성을 증가시키고 그리고/또는 표지의 도입을 배제할 수 있는 해결책을 개발함으로써 처리될 수 있다.
V. 형태 의존 공명(Morphology Dependent Resonance:MDR)
광학적 신호는 원기둥형 또는 구형 미세공동, 속이 빈 튜브나 그 밖의 다른 광학적 공명체에 의하여 강화될 수 있다. 한 이론에 의하면, 상기 강화현상은 복사파를 상기의 공명체안에 갇히게 하므로써 얻어지는 공명에 기인한다고 한다. 특히, 미세공동 또는 그 밖의 다른 미소체는 어널라이트를 그 내부에 감싸 안거나 표면에 위치시킬 수 있기 때문에 어널라이트의 광학적 신호를 강화할 목적으로 선호된다. 실제적으로, 상기의 미소체와 미소공동은 그 크기면에서 직경이 수 마이크론에서수 센티미터 사이에서 변한다. 그러한, 소위 형태 의존 공명(MDRs)라 불리우는, 유전체 시스템 내에서 일어나는 공명은 내부전반사에 기인하고 그 내부전반사는 상기의 미소체 등의 내부 또는 표면에 광선을 축적할 수 있다. 그러한 광선의 축적은 입사광의 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 방사되는 광선도 이러한 방법에 의하여 축적될 수 있다. 따라서, 어널라이트의 광학적 신호는 증가될 수 있다. 그러나, 현재 MDR 강화 목적으로 사용되는 방법과 장치는 사용하기에 충분히 쉬운 것은 아니다.
VI. 어레이(Arrays)
수 종의 불활성화된 리셉터 분자가 동시에 사용될 때, 그러한 리셉터 시스템은 어레이를 형성한다. 이 경우, 각 리셉터 분자는 대응되는 어널라이트에 따라 그리고 대응되는 부착장소에 따라 설계된다. 상기의 어레이는 수 개의 어널라이트를 동시에 감지할 수 있다. 두 개의 상호보완적인 당뉴클레오티드 사이의 높은 유사성을 이용하는 DNA 어레이(DNA 칩)가 가장 잘 개발된 상태이다. 또한, 단백질도 상호간에, 당뉴클레오티드, 그리고 작은 기질 분자와 높은 유사성을 가질 수 있다. 따라서, 단백질, 당뉴클레오티드 또는 그 밖의 세포성분을 그 각각에 대하여 높은 유사성을 갖는 타깃 분자에 선택적으로 접합시킬 수 있고, 그러한 리셉터 분자는 어레이상에 나열되어 이종 어널라이트의 병렬 분석의 목적으로 사용될 수 있다. 이러한 이종 어널라이트의 병렬분석은 일반적인 생물학적 과정 및 바이러스성, 박테리아성의 감염을 포함하는 질병 대하여 완전한 생화학적인 특징을 부여하는데 있어서 매우 중요하다.
일반적으로, 어레이는 타깃 분자를 매트릭스 평면상에 알려진 공간 서열순서에 위치시키므로써 조직화된다. 선택적으로, 타깃 분자는 이동성 있는 매트릭스 요소(비드)에 부착될 수 있고, 각각의 어널라이트 접합점에서 비드의 색에 의해서 물리적으로 분리되고 인지된다( 참조문헌: 무작위로 어드레스로 불러낼 수 있는 고집적 광학 센서 어레이; 분석화학 70 1242-1248(1998) ; 마이클 케이엘, 데일러 엘씨, 슐츠 에스엘 저). 일반적으로, 접합된 어널라이트의 감지는 방사성, 형광성, 특정의 화학반응을 자극할 수 있는 성질 등의 어널라이트가 가지는 독특한 성질을 이용하여 수행된다. 이러한 접근방법의 몇몇은 단일 종류의 어널라이트를 감지하는데는 유용할지라도, 일반적으로 이종의 어널라이트를 병렬 감지하는데는 적용될 수 없다.
결합종이 형광성으로 분류되면, 어널라이트 접합 결과에 대한 동시 판독이 매우 바람직하다. 최근의 어레이상의 많은(수만의) 다양한 리셉터로 인하여, 하나씩 순서대로 행하는 해독은 채용될 수 없을 정도로 매우 긴 시간을 요한다. 그러한 어레이의 셀 단위에서 나오는 형광성의 신호에 대한 판독은 전하결합소자(CCD: charge-coupled device)에 의하여 가능하다. 상기의 전하결합소자는 어레이에서 나오는 형광성 신호의 이미지를 형성할 수 있다. 그러나, 상기 이미지의 신호대 잡음비가 높아야만 약한 신호가 감지될 수 있다는 것이 문제점이다. 잡음은 인접한 샘플로부터 산란된 형광에서 발생된다.
본 출원은, 발명의 명칭이 "라만 분광학용 리셉터를 갖는 나노 입자 구조체(Nanoparticle Structures with Receptors for Raman Spectroscopy)"이고 발명자가 데이빗 아이. 크레이머 박사(David I. Kreimer, Ph.D.), 올레그 에이. 예빈 박사(Oleg A. Yebin, Ph.D.), 및 토마스 에이치. 누퍼트(Thomas H. Nufert)인 1999년 9월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/156,195호; 발명의 명칭이 "형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이(Addressable Arrays Using Morphology Dependent Resonance for Analyte Detection)"이고 발명자가 올레그 에이. 예빈 박사 및 데이빗 아이. 크레이머 박사인 1999년 9월 27일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/156,145호; 그리고 발명의 명칭이 "광범위한 범위의 열 복사 흡수성을 갖는 열 파이프용 프랙탈 흡수체(Fractal Absorber for Heat Pipes with Broad Range Heat Radiation Absorptivity)"이고 발명자가 올레그 에이. 예빈, 토마스 에이치. 누퍼트, 및 데이빗 아이. 크레이머인 미국 가특허 출원 제60/156,471호의 우선권을 주장하는 출원이다. 상기 미국 가특허 출원들 각각을 본 명세서에 그 전체를 참고로 포함한다.
본 발명은 어널라이트 검출 장치를 제조 및 사용하는 방법에 관한 것이다. 상세하게 설명하면, 본 발명은 형태 의존성 공명 조건들을 생성시키기 위하여 극소체(micro-object)와 결합된 어널라이트(analyte)를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 본 발명은 어널라이트를 프랙탈 표면(fractal surface)을 포함한 특별히 마련된 표면에 결합시킬 때에 어널라이트를 다른 분자들로부터는 분리시키고 또한 분광학용의 라만, 형광, 또는 기타 다른 방법을 사용한 어널라이트 검출용으로 적합한 영역에 어널라이트를 배치하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 기질상의 접합을 결합된 형광성과 라만으로 감지하는 시스템에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 광섬유 끝부분에 공동을 가지는 "외부" 광 집적 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따라 "내부" 광 집적 시스템을 나타낸다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따라 어레이 감지 시스템상의 어널라이트 구획 배치의 다른 실시예들을 나타낸다.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 저밀도 어레이에 대한 다른 형태의 배치를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는 본 발명에 따라 다양한 바이오칩을 미세공동안에 포용하는 것을 나타낸다.
도 7a 내지 7c는 본 발명에 따라 바이오어널라이트로부터 감지기에 신호를 전달하는 원뿔형의 광섬유를 통합하는 MDR 장치를 나타낸다.
도 8a 내지 8c는 본 발명에 따라 임의의 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이의 배치를 나타낸다.
도 9a 내지 9c는 본 발명에 따라 외부 광 전달기를 가지는 임의의 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이의 배치를 나타낸다.
도 10a 내지 10b는 본 발명에 따라 다양한 형태의 고밀도를 가지고, 임의의 어드레스로 불러낼 수 있고, 미세공동 안쪽에 위치하는 어레이를 나타낸다.
도 11a 내지 11b는 본 발명에 따라 원기둥 형태로 배치된 비평면 어레이를 나타낸다.
도 12는 미세공동 안쪽에 위치하는 비평면 어레이을 나타낸다.
도 13a 내지 13b는 본 발명에 따라 실린더형태의 광 전달 시스템 안쪽에 위치하고, 소모성의 비평형(미세실린더형) 어레이을 나타낸다.
도 14a 내지 14b는 본 발명에 따라 미세 실린더 어레이을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 목적은 어널라이트가 방출하는 전자적 신호를 감지하기위한 라만(Raman), 형광 및 그 밖의 방법을 제공하는 것이고, 상기의 방법들은 효과적인 감지를 위하여 MDR 강화를 이용한다.
본 발명의 또 다른 목적은 증폭기와 결합하여 어널라이트 감지 목적으로 사용되는 어레이 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이종 어널라이트 이용 감지 목적으로 사용되는 어레이 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 이러한 어레이는 어널라이트 분류나 어널라이트와 리셉터 사이에 존재하는 명확한 스펙트럼 차이을 요하지 아니한다.
본 발명의 또 다른 목적은 MDR 조건하에서 어널라이트를 탐지하고 어널라이트에 붙어있는 유전성의 미소체를 광학적으로 정렬시키는 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 병렬 해석을 통하여 접합의 결과를 즉시 나타내고, 다른 한편으로 소음대 잡음비를 개선하는 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이상의 본 발명의 목적과 기타의 다른 목적들은 어널라이트와 MDR 조건을 일으키는 공동(空洞) 또는 미소체를 통합하는 장치의 설계 및 제조에 의하여 달성될 수 있다. 이러한 장치는 라만, 적외선, 자외선, 형광성의 성질과 다른 어세이(assay)를 포함하는 전자기파 탐지기와 결합된다. 미소체는 다양한 형태와 구조를 가진다. 이러한 형태와 구조는 구, 기둥, 속빈 튜브, 단면이 커브된 구조, 프리즘, 육각형 및 기타의 다각형 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 원뿔 구조는 어널라이트에서 나오는 넓은 범위의 스펙트럼 형상을 더 한층 강화시킬수 있다. 이 접합에 관여하는 상기의 세 기본 요소(어널라이트, 미소체, 탐지기)의 이동하기 쉬운 성질은, 상기 어널라이트를 MDR 조건하에 두는 단계와 상기 어널라이트에서 나오는 신호를 측정하는 단계가 분리되도록 한다. 접합은 광학적으로 일치되지 않는 문제점을 해소하고, 단순화되고 경제적인 수단을 제공하고, 에너지를 적게 요구하고 신호대 잡음비를 향상시킨다. 동시에, 본 발명의 특징적인 면들은 어널라이트에서 나오는 광학적 신호를 급격하게 증가시킬 수 있다.
본 발명의 특정 실시예로서, 바람직한 접합은 대응되는 어널라이트에 대한 리셉터를 비드(bead) 표면에 위치시키므로써 달성될 수 있다. 그리고, 상기 비드는 광섬유 또는 신호 전환을 위한 도파관(道破管)과 결합되는 MDR-마이크로웰(microwell) 안으로 놓여진다. 다른 실시예로서, 상기 비드는 그 표면상에 강화된 공명을 일으키는 입자 구조를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 미세구조는 미세공동안에 놓여질 수 있다. 또 다른 실시예로서, 대응되는 어널라이트를 접합시키는 경우에 있어, 평면 또는 비평면의 지지물위의 일련의 리셉터 분자는 미세공동 안에 놓여거나, 이와 선택적으로 일단의 공동이 그러한 지지물의 표면 위에 놓여질 수 있다.
다른 실시예로서, 인접해 있는 샘플에서 분산되어 나오는 광신호에 기인하는 잡음 문제를 회피하기 위한 방법이 개시된다. 이러한 방법은 상기 샘플를 각각의 마이크로웰안에 붙들어 두고 각각의 광경로를 사용하는 광신호를 수집하므로써 이루어진다. 선택적으로, 비평면적 어레이 배열을 함으로써 전체 어널라이트를 MDR 조건에 있는 어레이 위에 놓을 수 있다. 이러한 경우, 광섬유는 상기 어레이의 샘플 구획에 인접한 곳 안쪽으로 놓여짐으로써, 결과적으로 하나의 구획에서 발생되는 빛을 제거하여 인접한 구획에서 광범위하게 감지되는 것을 방지할 수 있다. (상기의 빛을 본 명세서 상에서는 "기생"신호로 명명한다.)
접합된 시스템을 사용하므로써, 평행하게 위치해 있는 각가의 샘플 구획에서 나오는 광신호를 집적할 수 있다. 이러한 신호의 집적 방법은, 동시 또는 정해진 순서에 의하여 CCD장치와 같은 사진감지기, 광선변환장치, 광전 배증관에 대하여 모든 샘플구획에서 나오는 신호가 갖는 방향을 고려한다. 그러한 분석을 위한 기구는 특별한 광학적 정렬을 요하지 않는다. 왜냐하면, 신호 전달기는 샘플에서 직접적으로 나오는 빛을 집적하기 위하여 미리 만들어진 광섬유 또는 도파관으로 구성되기 때문이다.
정의
본 명세서상에서는 하기의 용어가 사용된다.
"어널라이트(analyte)"란, 그 존재여부 및/ 또는 양이 결정되어질 수 있는분자, 입자, 또는 기타의 물질을 말한다. 어널라이트의 예로서, DNA, RNA, 아미노산, 단백질, 펩티드, 설탕, 지질, 당단백질, 세포, 세포내 소기관, 세포 집단, 기타의 생물학적 성질을 가지는 물질 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
"한정 영역(defined area)" 또는 "세포"란, 어레이상의 한 지점 독립적으로 제조 또는 탐지될 수 있는 어레이상의 한 지점을 의미한다. 한정 영역은 위치에 의하여 또는 그 영역에 대한 특정한 호칭, 예컨대 특징적인 형태를 가지는 고분자 또는 비드(bead)에 의하여 인지될 수 있다.
"프랙탈(fractal)"이란, 여러 요소로 구성된 구조로서, 관측스케일과 요소 사이에 일정한 관계, 즉 스케일상수를 가지는 것을 의미한다. 오직 설명의 목적으로, 실선은 일차원 객체이다. 평면은 2차원 객체이고 부피는 3차원 객체이다. 그러나, 선상에 일정한 간격이 있어 실선을 이루지 않으면, 그 차원은 1 미만이다. 예를 들어, 선의 1/2가 생략되어 있다면, 프랙탈 차원은 1/2이다. 유사하게, 평면상에 점이 생략되어 있다면, 당해 평면의 프랙탈 차원은 1과 2사이이다. 평면상 점들의 1/2가 생략되어 있으면, 프랙탈 차원은 1.5이다. 나아가, 입체의 1/2이상의 점들이 생략되어 있으면, 프랙탈 차원은 2.5이다. 스케일상수 구조물에 있어서, 관찰 영역의 크기에 상관없이 물체의 구조는 유사하게 보인다. 따라서, 프랙탈 구조물은 질서가 없는 무작위 구조물과 구별되며, 일정한 질서를 갖는 구조물이다.
"프랙탈 조합(fractal associate)"이란, 최소한 약 100이상의 각각의 입자 조합으로 구성되는 제한된 크기를 갖는 구조를 말한다. 그리고, 상기 구조는 프랙탈 조합을 이루는 각 입자의 크기에 의하여 낮은 경계에 제한되는 관찰 영역 안에스케일 상수를 표시한다. 또한, 상기 구조는 프랙탈 조합에 의하여 높은 경계에 제한되는 관찰 영역 안에 스케일 상수를 표시한다.
"프랙탈 차원(fractal dimension)"이란, N∝RD관계식의 지수 D를 의미한다. 이 관계식에서, R은 관찰 영역을 표시하고, N은 입자의 수를 의미하고, D는 프랙탈 차원이다. 따라서, 비프랙탈 입체에서는, 관찰반경이 2배 증가하면, 그 입체안에서 관찰되는 입자의 수는 23만큼 증가하게 된다. 그러나, 대응되는 프랙탈 입체에서는, 관찰반경이 2배 증가하면, 관찰되는 입자의 수는 23보다 작게 증가한다.
"프랙탈 입자 조합(fractal particle associates"이란, 단위 부피당 입자수(종속변수) 또는 단위 면적당 입자수가 관찰된 크기(독립변수)에 대하여 비선형적으로 변하도록 배치된 많은 수의 입자를 의미한다.
"라벨(label)"이란, 물리화학적 성질을 지니는 어널라이트의 일부를 의미한다. 상기 어널라이트의 또 다른 일부는 어널라이트의 존재 및/또는 양을 결정하며 상기 라벨과는 구별된다. 라벨의 예는 형광성, 회전공명성, 방사성의 성질을 갖는 어널라이트의 일부등이지만 이에 국한하는 것은 아니다. 이는 또한 보고자 그룹으로 알려져 있다.
"연결자(linker)"란, 원자, 분자, 어널라이트의 일부 또는 분자 복합체를 의미한다. 상기 분자 복합체는 표면에 부착할 수 있고, 입자를 부착함으로써 일단의 입자 그룹을 형성할 수 있는 2이상의 화학 그룹을 가진다. 가장 간단한 연결자는 두 개의 입자를 연결시킨다. 연결가지를 갖는 연결자는 많은 수의 입자를 연결할수 있다.
"미소체(microobject)", "미소공동(microcavity)" 또는 "MDR 증폭기"는 광선과 어널라이트 일부사이에서 복수의 상호작용이 일어날 수 있도록 복수의 광선 경로를 제공하는 공동을 의미한다. 일반적으로, 미소체 또는 미소공동은 약 3λ에서 4cm 사이의 평균 크기를 갖는다.
"형태 의존 공명(morphology dependent resonance)" 또는 "MDR"은 광선이 어널라이트 일부와 복수의 상호작용을 하여, 그 상호작용과정에서 발생하는 전자기적 신호를 증폭시키는 상황을 의미한다.
"정돈 구조(ordered structures)"란, 무작위가 아닌 구조를 의미한다.
"입자 구조(particle structures)"란, 개별 입자의 그룹을 의미한다. 이러한 개별 입자들은 입사하는 전자기 복사에 대응하여 전기장을 강화할 수 있는 형식으로 상호간에 관련된다. 입자 구조의 예는 금속, 금속코팅된 고분자 또는 형광체를 포함한다. 또한, 입자 구조는 박막 또는 조성물을 포함한다. 이러한 조성물은 유전체 표면에 있거나 유전체 내부에 묻혀 있는 입자로 구성된다.
"삼투점(percolation point)"이란, 도체 표면 또는 매질의 시간에 따른 위치를 의미한다. 매질의 표면 또는 부피 전도성을 측정할 때, 삼투점에서 매질 표면의 전도성이 증가된다.
"라만어레이 판독기(Raman array reader)"란, 광원과 광감지기를 가지는 장치를 의미한다.
"라만 신호(Raman signal)"이란, 라만 스펙트럼 또는 그 일부를 의미한다.
"라만 스펙트럼 형태(Raman spectral feature)"란, 감지 조건하에 있는 어널라이트에 대하여 발생되는 라만 스펙트럼의 분석결과로 얻어진 값을 의미한다. 라만 스펙트럼 형태는 라만 띠 진동수, 라만 띠 밀도, 라만 띠의 너비, 띠의 너비비, 띠의 밀도비 및/또는 이상의 것들의 조합을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
"라만 분광법(Raman spectroscopy)"이란, 산란된 전자기파 상호간의 관계를 그 전자기파의 진동수의 함수로 결정하는 방법을 의미한다.
"라만 스펙트럼(Raman spectrum)"이란, 산란된 전자기파 밀도 상호간의 관계를 의미하고, 이러한 관계는 그 전자기파의 진동수의 함수로 나타내진다.
"무작위 구조(random structure)"란, 정돈되지도 프랙탈이지도 않은 구조를 의미한다. 무작위 구조는 관찰 지점 또는 크기에 상관없이 균일하게 나타난다. 이러한 무작위 구조에서는 관찰크기는 적어도 상당수의 입자를 둘러싸게 된다.
"리셉터(receptor)"란, 어널라이트에 접합하거나 어널라이트를 감지조건하에 놓을 수 있는 반쪽을 의미한다.
"공명(resonance)"이란, 입사, 산란 및/또는 방사된 전자기파와 표면과의 상호작용을 의미한다. 상기 표면은 전자기파에 의하여 자극되어 그 전자기파의 전기장 세기를 증가시킬 수 있는 전자를 함유한다.
"공명 영역(resonance domain)"이란, 입자 구조 내부 또는 그 인접 영역을 의미한다. 그 영역 안에서는 입사하는 전자기파의 전기장이 증가한다.
"보고자 그룹(reporter group)"이란, 라벨을 의미한다.
"역 라만 분광법(reverse Raman spectroscopy)","RRS"이란, 라만 분광법의 응용예이다. 이러한 응용에서, 어널라이트는 그 어널라이트의 리셉터 또는 그 어널라이트가 수행되는 매질에서는 발견되지 아니하는 라만 스펙트럼 형태에 의하여 구별된다.
"스케일링 직경(scaling diameter)"이란, 차례로 포개진 구조 속의 입자 상호간의 관계를 의미한다. 그 구조 안에서는, 입자 크기에 상관 없이 입자들의 직경비(스케일링 비)가 동일하다.
"표면 강화 라만 분광법(surface enhanced Raman spectroscopy)", "SERS"이란, 라만 분광법의 응용예이다. 이 경우 라만 산란 밀도가 향상된 표면에 의하여 증가된다.
"표면 강화 공명 라만 분광법(surface enhanced resonance Raman spectroscopy)", "SERRS"이란, 라만 분광법의 응용예이다. 이 경우, 어널라이트의 라만 신호는 향상된 표면에 의하여 증가되고(상기 SERS의 경우를 보라), 그 어널라이트의 흡수띠가 입사하는 전자기파의 파장과 포개질 때 증가된다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 특정의 실시예는 어널라이트를 포함하는 구획과 신호 전달기와 결합하여 MDR 조건을 제공하는 미소체를 접합하는 것에 기초를 두고 있다. 이 접합에 관여하는 상기의 세 기본 요소(어널라이트, 미소체, 탐지기)의 이동하기 쉬운 성질은, 상기 어널라이트를 MDR 조건하에 두는 단계와 상기 어널라이트에서 나오는 신호를 측정하는 단계가 분리되도록 한다. 본 발명은 또한 상기 어널라이트의 광학적 성질을 이용하여 어널라이트를 감지하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법과 구성은, 종래의 기술에 대하여 탐지 분광법이나 어널라이트 분자의 정량화면에서 향상된 것을 나타낸다. 특히, 상기 구성과 방법은 적외선 분광법, 형광 분광법, 표면 플라즈몬 공명, 라만 분광법, 질량 분광법 또는 기타 전자기파에 의한 어널라이트의 활성화를 이용하는 방법과 결합하여 사용하기에 적합하다.
본 발명의 특정 실시예는, 상기의 SERS, SERRS 및 RRS에 기초한다. 본 발명은 특정 어널라이트 리셉터가 부착된 라만 반응성 구조을 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한 라만 분광법 ,역 라만 분광법, 또는 역라만 분광법에 유용한 구성 및 라만 분광법을 구체화하는 어레이와 테스트 장비를 이용하여 어널라이트를 감지하는 방법을 포함한다.
본 발명에 의한 방법에 따라 사용하기에 바람직한 구조는 본 명세서에서 입자 구조로 명명된 작은 입자들로 이루어진 구조를 포함한다. 상기 입자 구조는 그 일부로서 프랙탈 조합을 포함한다. 입자 구조는 전자 진동이 입사되고 반사되는 전자기파와 공명되는 것을 가능케 하는 물리적 화학적 구조로 특징지워질 수 있다.
Ⅰ. 입자 구조의 제조
본 발명에 따라 사용하기 위해 바람직한 라만 활성 구조는 라만 신호가 증폭될 수 있는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 금속 프랙탈(fractal) 구조에 관한 다음 논의는 본 발명의 범위를 제한할려는 의도는 아니고 단지 설명을 목적으로 의도되어졌다.
A. 금속 입자의 제조
본 발명의 실시에 따라 리셉터(receptor)의 나노스케일 어레이(nanoscale array)를 위한 금속 입자를 제조하기 위해, 발명가들은 일반적으로 본 명세서에 참고로 충분히 인용된 타르카등에 의한 미국 특허 제 5,567,628호의 기술에서 공지된 방법을 사용하였다. 금속 콜로이드는 귀금속, 특히 금 또는 은, 구리, 플라티늄, 팔라디움의 성분 및 표면 강화를 제공하기 위해 공지된 다른 금속으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 금속 콜로이드를 만들기 위해, 금속염을 포함한 희석 용액이 환원제와 화학적으로 반응하였다. 환원제는 아스코르브 산염, 구연산염, 붕소 수산화물, 수소 가스등을 포함할 수 있다. 금속염의 화학 반응은 형상에 있어서 비교적으로 구형인 금속 입자들을 포함하는 콜로이달 용액을 형성하기 위해 결합하는 용액에서 기본 금속을 생성할 수 있다.
실시예 1: 금 콜로이드와 프랙탈 구조의 제조
본 발명의 일실시에서, 금 핵들(gold nuclei)의 용액은 물속에 0.01%의 NaAuCl4용액을 넣고 격렬한 교반으로 준비하에 제조되었다. 1%의 소듐 구연산염 용액의 1 밀리미터 ("ml")가 첨가되었다. 혼합한 다음 1분 후, 0.075% NaBH4와 1% 소듐 구연산염을 포함한 용액의 1 ml가 격렬한 교반하에 첨가되었다. 반응은 약 2nm의 평균 직경을 가진 금 핵들을 준비하기 위해 5분동안 처리되어졌다. 금 핵들을 포함한 용액은 필요할 때까지 4℃로 냉장될 수 있다. 이 용액은 그 자체로 사용될 수 있고, 격렬한 교반하에 100ml H2O에서 희석된 1% HAuCl4·3H2O의 용액에 대하여 금 핵을 포함한 30㎕의 용액과 1% 소듐 구산염 용액의 0.4ml를 빠르게 첨가시키므로써 큰 사이즈(예를 들면, 약 50 nm 직경 미만)의 입자를 생산하기 위해 사용되었다. 혼합물은 15 분동안 끓는 상태에서 가열되었고, 그 후 실온으로 냉각되었다. 냉각 동안 용액내에 입자들은 프랙탈 구조를 형성할 수 있다. 얻어진 콜로이드 및/또는 프랙탈 입자 구조는 어두운 병속에 저장될 수 있다.
글라스를 포함한 유전체 표면상의 입자들을 강화하는 증착은 전자 신호를 강화할 수 있는 필름을 생성시킬 수 있다. 그러한 필름은 약 10nm 정도로 얇을 수 있다. 특히, 그러한 필름의 표면상의 전계 강화의 분포는 고르지 않을 수 있다. 그러한 강화 영역은 공명 영역(resonance domain)이다. 그러한 영역은 어날리트 (analyte) 바인딩 및 검출을 위한 리셉터를 설치하기 위해 특히 유용하다. 유전체 재료내에 내포된 필름 또는 입자 구조를 위한, 구조를 강화하기 위한 제조의 하나의 방법이 "여과 포인트"가 나타날 때 까지 표면을 처리하기 위한 것이다. 시트 저항 및 벌크 저항을 측정하기 위한 방법이 본 기술내에 잘 공지되었다.
실시예 2 : 레이저 삭막을 이용하여 금속 입자 및 프랙탈 구조의 제조
상기 기술된 액상 합성에 추가하여, 레이저 삭막이 금속 입자를 제조하기 위해 사용되었다. 일부의 금속 호일이 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 또는 크립톤과 같은 희 가스의 저농도를 포함하는 쳄버내에 놓여졌다. 레이저 빛 또는 다른 열원에 금속 호일의 노출은 금속 원자의 증발을 야기하고, 쳄버내의 부유 상태에서, 무질서한 확산의 결과로 프랙탈 또는 다른 입자 구조를 형성하기 위해 자발적으로 모아질 수 있다. 이 방법은 본 기술내에서 잘 공지되었다.
B. 입자를 포함한 필름의 제조
본 발명 일실시의 금속 콜로이달 입자를 포함한 기질을 제조하기 위해, 콜로이달 금속 입자들이 실시예 1 또는 2에서 기술된 석영 슬라이드 위로 증착될 수 있다. 다른 필름들은 무질서한 구조 또는 유사한 형태인 비프랙탈 정돈 구조를 결합하여 제조될 수 있다.
실시예 3 : 금 프랙탈 구조를 포함한 석영 슬라이드의 제조
석영 슬라이드(2.5cm x 0.8cm x 0.1cm)는 수 시간동안 HCl:HNO3(3:1)의 혼합물내에서 청정화되었다. 그 후 이 슬라이드는 약 18㏁의 저항으로 탈이온화된 H2O(밀리포 코포레이션)으로 그리고 그 후 CH3OH로 새정되었다. 그 후 슬라이드는 CH3OH에서 1:5로 희석된 아미노프로필트리메틸옥실렌의 용액에서 18 시간동안 침지되었다. 그 후 슬라이드는 CH3OH(분광 측정 등급)로 광범위하게 세정되었고 상기 기술된 콜로이달 금 용액내에서 침지전 H2O로 탈이온되었다. 그 후 슬라이드는 상기 금 콜로이달 용액내에서 침지되었다. 이 시간동안, 금 콜로이달 입자들은 증착할 수 있고 석영 슬라이드의 표면에 부착될 수 있다. 24 시간 후, 콜로이드 유도는 완성되었다. 부착되자마자, 석영 표면에 콜로이달 금속 미소혼합물의 결합은 강하고 필수적으로 변경할 수 없다. 이 절차동안, 그러한 유도된 슬라이드의 자외선 및/또는 시광(visual light) 흡수 스펙트럼은 유도 절차의 재생산성과 품질을 평가하기 위해 사용되었다. 제조 공정은 콜로이드 코팅의 밀도, 표면상의 금 콜로이드 입자의분포 및 금 콜로이드 입자들의 크기를 평가하기 위해 전자현미경을 사용하여 검출되었다.
C. 입자 구조를 형성하기 위한 입자의 집합체
본 발명의 다른 실시에 따라서, 몇 가지 방법이 입자 구조물을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그것은 금속 콜로이드가 표면위에 증착될 수 있고, 집합체를 이룰 때 약 1.8의 프랙탈 면적을 가진 프랙탈 구조를 형성할 수 있는 것으로, 본 명세서에 참고로 인용된 사포노브등에 의한 콜로이드 입자의 프랙탈 집합체에서 선택적인 포토모디피케이션의 스펙트럼 의존으로 명명된물리 논평 문헌 80(5):1102-1105(1998)을 통해 공지되었다. 도 1은 본 발명의 방법으로 사용하기 위해 적당한 입자 구조를 나타내고 있다. 이 입자들은 스케일이 변하지 않은 형태로 배열되었고, 레이저 빛의 조명에 대한 공명 영역의 형성을 촉진한다.
프랙탈 구조에 더하여, 정돈된 비프랙탈 구조 및 무질서한 구조가 생성된다. 이러한 구조의 다른 타입은 전자 반사를 사용하여 분해의 검출과 관계된 신호를 강화하기 위한 바람직한 특성을 가진다.
정돈된 비프랙탈 구조를 만들기 위해, 사람들은 예를 들면, 아래에 더욱 상세히 기술된 바와 같이 연속적으로 다른 길이를 가진 화학적 링커(linker)를 사용하였다. 또한, 동일한 사이즈의 링커를 사용하여, 사람들은 정돈된 구조를 생성시킬 수 있어 임의의 적용에 있어서도 유용하였다.
본 발명의 실시에서, 입자들은 공명 특성을 가진 구조를 형성하기 위해 서로 함께 부착되었다. 일반적으로, 바람직하게 구형, 타원체, 또는 막대로 되는 입자를 가질 수 있다. 타원체 입자에 대해, 긴 축(x), 다른 축(y) 및 세 번째 축(z)을 구비하기 위한 입자들을 위해 바람직하다. 일반적으로, 사용될 입사 전자 방사의 파장(λ)을 약 0.05에서 1 배까지 x 를 구비하는 것이 바람직하다. 막대에 대해서는, 약 4λ 이하, 다르게는 약 3λ 이하, 다르게는 2λ이하, 다른 실시에서, 약 1λ 이하 및 또 다른 실시에서 약 1/2λ 이하로 될 x 를 위해 바람직할 수 있다. 막대의 단부는 평평하고, 테이퍼지고, 타원형이고, 또는 공명을 촉진할 수 있는 다른 형상을 가진다.
두 개의 입자 구조에 대해서는, 약 4λ 이하, 다르게는 약 3λ 이하, 다르게는 2λ이하, 다른 실시에서, 약 1λ 이하 및 또 다른 실시에서 약 1/2λ이하로 될 x 면적을 구비하기 위해 입자 쌍을 위해 바람직하였다.
2차원 구조에 대해서는, 한쌍의 입자들, 막대들, 입자와 막대가 함께 사용된다. 상기 성분들의 정렬은 무질서하게 분포될 수 있고, 또는 비선형 형태로 관찰의 스케일에 의존하여 분포 밀도를 가진다.
다른 실시에서, 막대들은 강화된 공명 특성을 제공할 수 있는 긴 구조를 형성하기 위해 끝에서 끝으로 서로 결합되었다.
3차원 구조에 대해서는, 사람들은 프랙탈 구조에서 화학적 링커나 정돈된 상태에서 안착된 어레이에 의해 관계하여, 규칙적으로 안착된 입자들을 사용할수 있거나, 입자들의 화학적 어레이을 이용할 수 있다.
또 다른 실시에서, 세 번째 구조물에 대한 입자들의 부유는 바람직할 수 있다. 상기 실시의 형태에서, 부유한 입자들은 약 1 밀리미터(mm)에 대하여 약 1/2λ의 범위에서 면적을 가진다.
본 발명의 기술을 사용하여, 연구자 또는 개발자는 입자 성분에 의해 전자 방사의 흡수, 선택된 표면의 성질, 공명 영역의 수, 공명 특성, 공명 강화를 나타내는 전자 방사의 파장, 입자 구조의 다공성 및 입자 구조의 전체 구조를 선택하는데 있어서 제한되지 않은 것을 포함하며, 그리고 구조의 프랙탈 면적에 제한되지 않은 것을 포함하여 많은 필요 사항을 만족시킬 수 있다.
1. 광 집합체
광 집합체는 라만 분광학에서 사용하기 위해 바람직한 특성을 가진 입자 구조를 발생시키기 위해 사용되었다.
임의의 초기에 상기 에너지를 가진 레이저 펄스에 의해 프랙탈 금속 미소혼합물의 조사는 선택적인 광변조를 초래한다. 레이저 파장에 근접한 흡수 스펙트럼내 "2색성 구멍(dichroic hole)"의 형성을 얻을 수 있는 공정을 초래한다(참고로 본명세서에 인용된 사포노브등에 의한 물리 논평 문헌 80(5):1102-1105 (1998)). 기하학적 구조의 선택 광변조는 은과 금 콜로이드, 금속 집합체로 첨가된 폴리머, 금속 타겟의 레이저 증발에 의해 생성된 필름을 위해 관찰되었다.
선택 광변조의 형성을 위한 하나의 이론은 프랙탈 구조에서 광학 여자의 국지성이 무질서한 미소혼합물에서 우세하게 된다. 상기 이론에 따라서, 프랙탈내에 선택 광변조의 국지성은 높은 극성 입자(모노머)의 스케일과 무관한 분포 때문에 불러일으킬 수 있다. 결과적으로, 다른 국부 형상을 가진 작은 그룹의 입자들은 서로의 독립적으로 입사 빛과 상호 작용할 수 있고, 여기에서 "광학 모드"라 불리워진 다른 공명 영역을 발생하는 다른 주파수를 공명시킬 수 있다. 동일한 이론에 따라서, 프랙탈내에 모노머들사이에서 상호 작용에 의해 형성된 광학 모드는 입사 빛의 광학 파장보다 작은 그리고 콜로이드내에 입자의 클러스터의 크기보다 작을 수 있는 공명 영역내에 집중된다. 광학 모드의 주파수는 표면에서 플라즈몬 공명과 관계된 모노머의 흡수 대역폭보다 더 넓은 스펙트럼 범위에 미친다. 그러나, 다른 이론은 프랙탈 구조의 광변조 효과를 고려할 수 있고, 본 발명은 작동성을 위해 임의의 실질적인 이론에 국한되지 않는다.
은 프랙탈 집합체의 광변조는 약 24x24x48nm3만큼 작은 공명 영역내에서 발생할 수 있다(참고로 본명세서에 인용된 사포노브등에 의한 물리 논평 문헌 80(5):1102-1105 (1998)). 프랙탈 매체에 의해 흡수된 에너지는 레이저 파장이 증가된 만큼 진보적으로 작은 수의 모노머에 집중될 수 있다. 공명 영역내에 흡수된 에너지가 증가할 때, 상기 위치에서의 온도는 증가할 수 있다. 11mJ/cm2의 파워에서, 550nm의 파장을 가진 빛은 약 600K의 온도를 생성할 수 있다(참고로 본명세서에 완전히 인용된 사포노브등에 의한 물리 논평 문헌 80(5):1102-1105 (1998)). 약 은의 용융 온도의 절반인 온도에서, 콜로이드의 소결(sintering)이 일어날 수 있고(참고로 본명세서에 인용된 사포노브등에 의한 물리 논평 문헌 80(5):1102-1105 (1998)), 그에 의해 안정한 프랙탈 미소혼합물을 형성할 수 있다.
본 발명에서 사용된 바와 같이, 광 집합체는 약 400nm 내지 약 2000nm 범위의 파장을 가진 입사 빛의 펄스에 대한 표면상에 콜로이드를 노출시키므로써 성취된다. 다른 실시에서, 파장은 약 450nm 내지 약 1079nm의 범위이다. 입사 빛의 강도는 약 5mJ/cm2내지 약 20mJ/cm2의 범위다. 다른 실시에서, 입사 빛은 11mJ/cm2의 강도에서 1079의 파장을 가진다.
본 발명을 위해 특별히 유용한 프랙탈 집합체는 직경에 있어서 약 10nm 내지 약 100nm 범위 및 다른 실시에서 직경에 있어서 약 50nm의 면적을 가진 금속 입자로부터 제조된다. 본 발명의 일반적인 프랙탈 구조는 약 1000 입자 미만으로 구성되고, 큰 스케일 어레이를 위해 일반적으로 사용된 집합체의 면적은 약 100㎛ x 100㎛의 크기를 가진다.
도 2는 광 집합되어지고 본 발명의 방법으로 사용하기 위해 적당한 입자 구조를 나타내고 있다. 금속 입자 용해의 국부 영역이 관찰되었다.
2. 입자 구조의 화학적으로 규제된 합성
본 발명의 실시에서, 입자 구조는 화학적 방법을 사용하여 만들어질 수 있다. 첫 번째, 금속 입자들은 상기 기술된 방법에 따라서 제조되거나, 다른 방법으로 상업적 공급자(나노그람 인코포레이티드, 프레몬트, 캘리포니아)로부터 구매되었다. 두 번째, 입자들은 첫 번째-오더 구조, 예를 들면 한쌍의 입자를 형성하기 위해 서로 결합된다. 그 후, 첫 번째-오더 구조는 두 번째-오더 구조, 예를 들면, 한 쌍의 입자 쌍을 형성하기 위해 서로 결합될 수 있다. 마지막으로, 세 번째-오더 프랙탈 구조는 두 번재-오더 구조와 함께 결합에 의해 이루어진다.
본 발명의 다른 실시에서, 금속 입자의 프랙탈 어레이의 형성은 화학적 방법을 사용하여 실행되었다. 금속 콜로이드 입자가 제조되자마자, 각 입자는 티올(thiol) 또는 적당한 화학 결합의 다른 형태를 통하여 링커 분자에 부착되었다. 그 후 링커 입자들은 인접한 콜로이드 입자와 함께 결합하기 위해 서로 서로 부착되었다. 입자들 사이의 거리는 링커 분자의 전체 길이의 함수이다. 링커 분자에 대한 입자들의 화학양론적 비율을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 만약 너무 작은 링커 분자들이 사용된다면, 입자들의 어레이는 너무 느슨하게 될 것이고 또는 전혀 형성하지 못할 것이다. 반대로, 만약 입자들에 대한 링커 분자들의 비율이 너무 높다면, 어레이는 너무 조밀하게 되고, 심지어는 무질서하지 않은 결정체 구조를 형성하는 경향이 있을 수 있고, 따라서 표면을 강화하는 라만 분산을 촉진하는 경향이 없게된다.
일반적으로, 연속적으로 결합 절차를 수행하는 것이 바람직할 수 있는 것으로, 제 1 단계는 입자들이 서로 함께 교차 결합을 허용하지 않는 조건하에 개개 입자들에 대한 링커 분자의 첨가를 이룬다. 단지 일례의 방법을 통해, 그러한 링커는 단지 일 단부에 반응 그룹을 가지는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)를 포함한다. 상기 제 1 단계동안, 올리고뉴클레오티드의 반응 말기에서는 금속 입자와 결합하고, 제 1 입자 링커 종을 형성하고, 링커의 자유단을 가진다. 입자에 대한 링커 분자들의 비율은 입자에 부착된 링커 분자의 수에 의존하여 선택되었다. 제 2 링커는 다른 반응 쳄버에서 입자들의 다른 그룹에 부착될 수 있고, 그것에 의해 제 2 링커 입자 종을 얻고, 다시 링커는 자유단을 가진다.
이러한 반응이 진행되어진 후, 다른 링커 입자 종들은 서로 혼합되고 링커들은 링커 분자들에 의해 결합된 "입자 쌍"을 형성하기 위해 서로 함께 부착되었다.
Ⅱ. MDR 장치의 설계와 제조
강화를 위해 MDR을 기반으로 한 장치는 기질의 표면에 근접하게 놓인 형태 의존 공명 조건을 제공하는 하나 이상의 미소공동(microcavity)을 포함한다. 도 1은 MDR 장치(1) 내측에 포함된 바이오칩을 결합하여 형광 및/또는 라만 검출을 위한 시스템의 도시학적 다이어그램이다. 두 개의 형광 및 라만 스펙트럼의 결합된 검출은 리셉터의 존재 또는 부재에 있어서 분석의 광범위한 분광 특징을 위해 유용하다. 그러한 결합된 검출은 여기에서 단지 목적을 설명하기 위해 사용된 반면, 단지 형광 또는 단지 라만 신호의 검출은 그러한 시스템을 사용하는 것이 가능하지만, 단지 하나의 광원 및 하나의 검출 시스템을 사용하는 것도 가능하다.
도 1에 보인 시스템은 두 개의 광원(2, 3)을 포함한다. 상기 광원 2는 형광 측정을 위해 사용될 수 있고, 광원 3은 라만 측정을 위해 사용될 수 있다. 또한 상기 시스템은 밴드 패스 필터(4), 미러(5, 6), 다양한 상 플레트를 갖춘 편광자 (7), 샘플(9)을 가진 기질(8), 에너지 원(2 또는 3)으로부터 미소공동(11)으로 광학 에너지를 전달하기 위한 광학 섬유(10)를 포함한다. 빛 포집기는 미소공동의 강화를 위해 일 단부에 공동(12)을 구비한 광학 섬유(13), 집광 광학(14), 라만 홀로그래픽 필터(15) 및 형광 신호를 전달하기 위한 광학 섬유(16)를 포함한다. 라만 검출을 위해, 라만 신호를 전달하기 위한 광학 섬유(17), 섬유 포집기(18)를 구비하여 라만 스펙트로미터로 또는 형광 스펙트로미터로 신호를 전달할 수 있다. 연결 광학(19)은 형광 광학 신호의 포집을 제공하고, 이 신호를 형광 신호 분석기(21)로 전송하고, 데이타 처리기(23)가 형광 신호를 분석하기 위해 제공된다. 연결 광학(20), 신호 분석기(22) 및 데이타 처리기(24)는 샘플(9)로 부터 라만 신호의 분석을 위해 제공된다. 빛 포집기(1)는 한정된 바이오칩 표면 영역에서 CCD의 한정된 영역 또는 포토-다이오드 분석기로 광 신호를 전송하기 위해서 설치되어, 바이오칩의 표면을 주사하지 않고 평행하게 또는 연속적으로 광 신호의 분석을 제공한다.
도 2는 광학 섬유의 팁에 원통형 공동을 갖춘 본 발명의 "외부" 포집 시스템을 보이고 있다. 이 시스템은 미소공동(25), 미소공동으로 광학 에너지를 전송하기위한 광학 섬유(26), 샘플(28)을 가진 기질(27), 광학 형광 또는 라만 신호를 포집하기 위한 공동(12)을 갖춘 광학 섬유(29) 및 광학 섬유의 외부 표면상에 불투명한 덮개(31)를 포함한다. 부드러운 고무 팁(30)은 바이오칩 표면위로 광학 섬유(29)를 설치할 때에 바이오칩 표면의 기계적인 손상을 피하기 위해 사용될 수 있다. 화살표(32)는 신호 전송 방향을 나타내고 있다.
도 3은 "내부" 포집 시스템을 보이고 있다. 이 빛 포집기는 미소공동내부에 삽입된 광학 섬유이다. 이 시스템은 미소공동(25), 미소공동 내부로 광학적 에너지를 전송하기 위한 광학 섬유(26), 샘플(28)을 갖춘 기질(27), 미소공동내부에 삽입된 광학 섬유(33)(상기 광학 섬유(34)의 외부 표면상에 불투명 덮개를 갖춤)를 포함한다. 화살표(32)는 신호 전송 방향을 나타내고 있다. 미소공동의 외부 표면이 미러(35)를 구비한 반면에, 미소공동(36)의 단부는 빛 통로 내측의 신호의 손실을 피하기 위해 그리고 외측으로부터 외부, 기생 신호의 관통을 피하기 위해 불투명하거나 반사되어질 수 있다.
도 4a-4d는 본 발명의 실시에 따른 어날리트 구획 장치의 다른 형태를 보이고 있다. 어날리트는 평면(37), 또는 볼록(27), 또는 반구상 표면(39)과 관계된 리셉터(29)에, 또는 입자 구조(28)에 결합된다.
도 5a-5c는 본 발명의 저밀도 어레이의 다른 실시를 보이고 있다. 도 5a는 MDR을 위한 장치의 상면도를 묘사하고 있다. 반구상(39)은 원통형 공동(29) 내부에 나타내어져 있다. 입사 빛 채널(29a)은 원통형 공동(29)의 벽에 부착된다. 반구상 (39)은 그들의 표면상에 입자 구조(40)를 가질 수 있다. 도 5b는 도 5a에 나타내어진 장치의 선 A-A'를 따른 단면도를 보이고 있다. 도 5b에서, 리셉터(38)는 원통형 공동(29) 내측에 놓인 반구상(39)위에 나타내어져 있다. 입자 구조(40)는 반구상 (39)위에 나타내어져 있다. 도 5c는 본 발명의 저밀도 어레이의 실시를 보이고 있고, 공동(29) 내부에 리셉터(38)를 구비한 6각형으로 배열된 반구상(39)을 구비한다.
도 6a-6c는 미소공동 내측 저밀도 직선 어레이에 대한 본 발명의 두 개의 다른 실시를 보이고 있다. 도 6a는 부착된 입사 빛 채널(29a)을 가진 원통형 공동 (29)을 나타내고 있다. 검출기(42)는 공동(29)과의 관계를 보이고 있다. 직사각형 어레이(39)는 부착된 리셉터(38)를 구비하고, 만곡한 어레이(41)는 그 위에 리셉터 (38)를 구비한다. 어레이(39 또는 41)는 어날리트(38a)들 사이에 다른 길이를 가질 수 있다(도 6b, h1, h2). 도 6c는 샘플(38a)로부터 라만 또는 형광 신호의 추가 강화를 위해 입자 구조(43)로 덮어 씌워진 만곡한 어레이(41)의 표면을 나타내 보이고 있다.
도 7a-7c는 본 발명의 다른 실시를 보이고 있다. 도 7a는 어날리트로부터 검출기(미도시)까지 신호 전송을 위한 원뿔형 광학 섬유(44)를 보이고 있다. 원뿔형 팁은 공동(48A)의 내부 표면과 섬유(44)사이의 거리(h1) 조절을 허용한다. 광학 섬유(49, 50)는 입사 빛을 전달하고, 일부의 공동(48a)을 비추기 위해 위치를 나타내고 있어, 어날리트(46)로부터 신호의 강화를 허용한다. 미러(45)는 검출기를 향하여 광 신호를 반사한다. 광학 섬유의 표면(46)은 미소입자 구조(47)로 덮어 씌워져 있다.
도 7b는 공동(48)의 다른 실시를 보이고 있지만, 섬유(49, 50)의 면적과 공동의 벽(48)은 입사 빛이 공동(48a)의 내부 모두를 비출 수 있도록 되어 있다. 광학 섬유의 표면(46)은 미소입자 구조(47)로 덮혀 질 수 있다.
도 7c는 검출기로 신호 전송을 위한 섬유가 없는 것을 제외하고 도 7a 및 7b에 나타내어진 상기 실시와 유사한 본 발명의 실시를 나타내고 있다. 반대로, 신호는 다른 수단(미도시)을 사용하여 전송되어진다. 도 7c에 나타내어진 장치는 도 2의 검출 시스템과 쉽게 결합될 수 있다. 광학 섬유의 표면(46)은 미소입자 구조 (47)로 덮혀 질 수 있다.
III. 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이를 이용하여 MDR 상태에서 이종 어널라이트 검출하기
본 발명의 또 다른 양상은 표면 향상 라만 분산(SERS)에 기초하여 타겟 분자를 지지하는 베드의 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이를 이용하여 미소공동 내에서 동시에 분리될 때 이종 어널라이트를 병행 직접 검출하기 위한 방법이다. 이 방법에 의하면, 분류를 할 필요 없이 단백질, 올리고뉴클레오타이드, 저분자 중량 분자 등의 생화학적으로/구조적으로 다른 종의 혼합물 내에서의 고처리량 결정이 가능하다. 조직 샘플, 조직 또는 세포 배양균, 박테리아 현탁액 등에 존재하는 이종 어널라이트의 농도에 대한 정량 결정은 다음의 세 단계를 통해 달성될 수 있다. 1 단계: 특별히 준비된 비드를 사용하여 동종으로부터 모든 원하는 어널라이트를 동시에 추출한다. 각각의 비드의 표면은 매우 많은 인식 분자로 덮여 있어서, 대응하는 어널라이트의 모든 분자는 비드 표면 상에서 리셉터 분자를 묶을 수 있다. 각각의 비드는 특유의 색 또는 다른 물리적인 특성을 또한 갖는다. 이것은 라만 분산, 형광 또는 다른 기술을 사용하여 인식될 수 있다. 2 단계: 묶이지 않은 어널라이트로부터 묶인 어널라이트를 갖는 비드를 물리적으로 분리하는 것은 하나의 튜브 안에 하나의 비드를 둠으로써 달성될 수 있다. 특유의 색을 갖는 각각의 비드는 한번의 대응으로 튜브와 그 안에서 검출되어야 할 어널라이트를 배치한다. 따라서, 분리된 튜브 내의 비드는 (분석에 따라 임의로 달라질 수 있는) 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이를 형성한다. 3 단계: 모든 튜브 내의 비드는 철저하게 세척될 수 있어서, 오직 특별하게 묶인 분자만이 비드의 표면 상에서 유지된다. 그런 다음, 어널라이트를 그에 대응하는 결합 분자에 묶는 것은 모든 튜브에 대해 변성제를 (또는 대응하는 튜브에 대응하는 변성제를) 첨가함으로써 중단된다. 따라서, 비드는 (예를 들어, 상자성 비드용 자석을 이용하여) 모든 튜브로부터 제거될 수 있음에 반하여, 어널라이트는 튜브 내의 변성 용액 내에 잔존한다. 각각의 어널라이트의 함량은 MDR-향상과 결합된 표면-향상 조건에서 라만 분산 또는 형광에 의해 검출될 수 있다. 표면-향상 조건은 측정에 앞서 미리 만들어지거나 발생되는 특별히 준비된 입자 구조가 존재할 때 달성된다. 그렇지 않으면, 비드가 존재할 때 어널라이트의 검출을 가능케 하는 특유의 스펙트럼 특징이 존재하는 경우, 비드의 변성 또는 제거 등의 처리는 수행되지 않는다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 임의로 어드레스로 불러낼 수 있는 어레이(57) 내에서의 마이크로웰(51)의 배열을 보여주고 있다. 도 8a는 광섬유(44)가 관통하고 있는 기질(57a)을 보여주는 본 발명의 어레이의 단면도이다. 섬유(44)의 단부는 둥글게 되어 있고, 미소공동(51) 내에 제공되어 있다. 입사 광선 채널(50)은 미소공동(51)을 둘러싸고 있는 벽(52) 안에 제공되어 있다. 소형 비드(53)는 공동(51)의 내부에 제공되어 있다. 하나의 미소공동 내에서, 대형 비드(53a)의 표면에는 입자 구조(54)가 형성되어 있다. 리셉터(54a)는 입자 구조(54)의 표면에 부착되어 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 외부 검출 시스템을 보인 것이다. 도 9a는 어레이 내에 미소공동(29)이 배열되어 있는 두 개의 미소공동 구조(25)를 보여주고 있다. 각각의 구조는 미소공동(29)을 둘러싸고 있는 벽(25)과, 광학 채널(26)과, 반구형 표면(39)과, 비드(53)와, 구조(25)를 둘러싸서 검출기(도시 안됨)에 신호를 전송하는 외부 광섬유(31)를 구비하고 있다. 섬유(31)의 단부에는 부드러운 고무 층(30)이 형성되어 있다. 구조(25)에 방해를 주지 않고 섬유(31)가 하강 또는 상승할 수 있도록 공간(29a)이 제공되어 있다. 광학 채널(26)의 직경은 비드(53)의 직경보다 커서, 비드의 완전한 조명을 제공한다. 반구형 표면(39)은 미소공동(25) 및 비드(53) 내에서의 더욱 양호한 MDR을 위하여 미소공동(25)의 내부 벽에 근접하여 비드를 위치시키는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 장치와 함께 사용되는 비드는 구형, 타원형 또는 입방체, 깍은 면이 있는 형상, 측지선 등을 포함하는 규칙적인 형상을 취할 수 있다. 그러나 이러한 형상에만 국한되는 것은 아니다. 그렇지 않으면, 비드는 중합 형태를 취할 수도 있고, 불규칙한 형상을 취할 수도 있다. 특정 실시예에 있어서, 비드는 전자기 방사선의 파장에 적어도 부분적으로 투명한 것이 바람직할 수 있으며, MDR 조건을 생성할 수 있다.
도 9b는 비드(53, 53a, 53b)의 두 실시예를 보인 것이다. 비드(53a)는 입자 구조(53c)와, 리셉터(53d)와, 리셉터(53d)에 의해 보유되는 어널라이트(53e)를 구비한다. 비드(53b)는 입자 구조(53c)는 갖지 않지만, 그에 의해 보유되는 어널라이트(53e)를 갖는 리셉터(53d)를 구비하고 있다.
도 9c는 기질(57a) 상에 배열된 여러 개의 구조(25)의 매트릭스 어레이를 보인 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 어드레스로 불러낼 수 있는 고밀도 어레이의 두 실시예를 보인 것이다. 이들 어레이는 각각 미소공동(29)의 벽(25)과, 광학 채널(26)과, 비드(53)와, 베드(53)를 지지할 수 있도록 된 마이크로웰(51)과, 비드로부터 검출기(도시 안됨)로 신호를 전송하기 위한 광섬유(44)를 구비하고 있다. ]
도 10b는 홀더(44a)가 광섬유 다발(44)을 동시에 배열하고 광학 채널(26)에 의해 조명 영역을 제한하는데 사용될 수 있는 점을 제외하면 도 10a에 도시한 실시예와 동일한 실시예를 보여주고 있다.
IV. 비평면 어레이
전형적으로, 어레이는 평면 위에 배열될 수 있다. 그러나, 비평면 배열을 활용하는 장치는 특유의 장점을 가질 수도 있다. 먼저, 어레이는 미소공동 내로 쉽게 삽입되어서 MDR 조건에서 어널라이트를 검출할 수 있다. 다음으로, MDR 조건 및 SERS 조건은 비평면 어레이 상에서 쉽게 결합된다. 마지막으로, 이웃하는 샘플 구획으로부터 나오는 기생 광선 신호는 구부러진 기하학으로 인하여 차폐될 수 있다. 일실시예에 있어서, 비평면 구성의 일례로서 원통형 배열이 설명되지만, 구형 배열 또는 그밖의 다른 비평면 배열을 또한 사용할 수 있다. 비평면 어레이는 고밀도 또는 저밀도의 샘플 구획에서 발생될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 광섬유(62)가 샘플 구획(58a)에 이르는 미세 원통형 어레이(58)를 보여주고 있다. 광섬유(62)는 어레이(58)의 내부로부터 구획(58a)에 접근하고 있다. 샘플 구획(58a)의 상세한 두 배열이 도 11b에 도시되어 있다. 일실시예(59c)에 있어서, 샘플 구획(58a)은 광섬유(62)의 오목한 표면(65) 위에 오직 리셉터(64) 만을 포함한다. 또 다른 실시예(58d)에서는, 입자 구조(67)가 리셉터(54)를 가진 비드(53)를 지지한다.
도 12는 공동(29)의 벽 (59) 안쪽의 원통형 어레이(58)를 보여주고 있다. 다수의 광학 채널(60)은 공동(29)을 비춘다. 광섬유 다발(62)은 어레이(58)의 안쪽으로부터 연장되어 검출기(도시 안됨)의 어레이로 신호를 전송한다.
도 13a 및 도 13b는 실린더(66) 안쪽에 배치되어 있고 검출 시스템을 갖춘 원통형 어레이(63)를 보여주고 있다. 이 검출 시스템은 마이크로웰(65)에서 나온 신호를 검출기(도시 안됨)로 전송하기 위한 광섬유(67)로 이루어져 있다. 광 에너지 전송기는 도 13a에 도시한 바와 같은 광섬유(68)이거나 도 13b에 도시한 바와 같이 배열된 도파관(68a)일 수 있다. 광선은 도파관(68a)을 빠져나간다 (화살표).
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 원통형 어레이를 보인 것이다. 도 14a는 마이크로웰(65)과 조명을 위한 광학 채널(66)을 갖춘 어레이(63)를 보여주고 있다.
도 14b는 세 개의 미소공동(65)을 보여주고 있다. 마이크로웰(65)은 미세 실린더(63)의 표면 안에 끼워 넣어져 있다. 어레이의 마이크로웰(65)은 광학 채널(68)에 인접해 있다. 리셉터(65a)는 입자 구조 또는 어널라이트 없이 왼쪽 마이크로웰 안에 놓여 있다. 중간 미소공동(67a) 내에는 입자 구조(67)와, 리셉터(65a)와, 어널라이트(65b)가 제공되어 있다. 오른쪽 미소공동 내에는 어널라이트(65b)와 함께 입자 구조(67)가 제공되어 있으나 리셉터는 제공되어 있지 않다. 마이크로웰(65)과 접촉하고 있는 광섬유 다발(67a)이 또한 제공되어 있다. 이들 섬유(67a)는 마이크로웰(65)에 인접하게 배치되어 있다. 광섬유(67a)의 직경은 마이크로웰(65)의 직경보다 크다.
이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 설명된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 과도한 실험이 없이도 본 발명에 따른 그밖의 다른 실시예를 설계하고 제조할 수 있으며, 이는 본 발명에 포함된다.
본 발명의 미소공동, 어널라이트 및 검출 장치는 형태에 따른 공명의 조건에서 어널라이트를 검출하는데 유용하다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 여러 가지 유형의 분석 방법의 감도 및 정밀도를 향상시키는데 특히 유리하게 사용될 수있다.

Claims (38)

  1. 미소공동과,
    상기 미소공동과 결합된 리셉터와,
    전자기 방사선 소스와,
    검출기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리셉터와 결합된 어널라이트를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 입자 구조를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  4. 제2항에 있어서, 입자 구조를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소공동은 원통형, 원추형, 구형, 타원형 및 정다각형으로 이루어진 그룹에서 선택된 내부 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정다각형 형상은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형 및 십각형으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리셉터와 결합된 비드를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어널라이트 및 상기 리셉터와 결합된 비드를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  9. 제7항에 있어서, 상기 비드는 구형, 타원형 및 정입방체로 이루어진 형상 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비드에 의해 입사 전자기 방사선의 적어도 일부가 상기 비드 내로 들어가는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 입자 구조는 프랙탈인 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  12. 제2항에 있어서, 상기 입자 구조는 프랙탈인 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  13. 제7항에 있어서, 입자 구조를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  14. 제8항에 있어서, 입자 구조를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선 소스는 단색 방사선을 생성하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선 소스는 방사선의 혼합 파장을 생성하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 전자기 방사선 소스를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출기.
  18. 적어도 하나는 리셉터를 포함하는 다수의 미소공동과,
    상기 적어도 하나의 리셉터와 결합된 어널라이트와,
    전자기 방사선 소스와,
    각각의 상기 다수의 미소공동을 독립적으로 검출하는 검출기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 다수의 미소공동의 적어도 일부는 다른 하나의 리셉터와 결합된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 장치.
  20. 미소공동을 갖춘 다수의 한정 영역과, 독립적인 전자기 방사선 소스 및 검출기와 결합된 적어도 하나의 영역을 갖춘 매트릭스로 구성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  21. 제20항에 있어서, 상기 한정된 영역은 그 위치가 한정된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 한정된 영역은 독특한 특징에 의해 한정된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한정된 영역은 비드의 독특한 특징에 의해 한정된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 평면인 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  25. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 볼록한 면과 오목한 면을 구비하여 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  26. 제25항에 있어서, 상기 매트릭스는 원통형인 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  27. 제25항에 있어서, 상기 미소공동은 상기 매트릭스의 볼록한 면 위에 형성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  28. 제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미소공동은 입자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  29. 제28항에 있어서, 상기 입자 구조는 프랙탈 구조인 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출용 어레이.
  30. 적어도 하나는 리셉터와 결합된 다수의 미소공동 어레이를 갖춘 매트릭스와,
    전자기 방사선 소스와,
    검출기와,
    검출된 전자기 방사선을 분석하는 컴퓨터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 검출된 전자기 방사선을 분석하기 위한 프로그램을 저장하는 메모리 장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 리셉터를 갖춘 비드를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 리셉터를 갖춘 비드와, 상기 미소공동 중 적어도 하나의 미소공동과 결합된 입자 구조를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터베이스로부터 정보를 검색하기 위한 입력 장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  35. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터베이스에 정보를 전송하기 위한 출력 장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 시스템.
  36. 적어도 하나는 리셉터와 결합된 다수의 미소공동 어레이를 갖춘 매트릭스와, 전자기 방사선 소스와, 검출기와, 검출된 전자기 방사선을 분석하는 컴퓨터로 이루어진 시스템을 제공하는 단계와,
    어널라이트를 제공하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 리셉터 근처에 상기 어널라이트를 배치하는 단계와,
    입사 전자기 방사선에 상기 어널라이트를 노출시키는 단계와,
    상기 어널라이트와 결합된 전자기 신호를 검출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 전자기 신호를 이미 알려진 성분과 결합된 신호와 비교하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 방법.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서, 데이터베이스 내에 상기 어널라이트와 결합된 신호와 결합된 데이터를 집어넣는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 어널라이트 검출 방법.
KR1020027004001A 1999-09-27 2000-09-26 형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한어드레스로 불러낼 수 있는 어레이 KR20020071848A (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15619599P 1999-09-27 1999-09-27
US15647199P 1999-09-27 1999-09-27
US15614599P 1999-09-27 1999-09-27
US60/156,195 1999-09-27
US60/156,145 1999-09-27
US60/156,471 1999-09-27
PCT/US2000/026413 WO2001023888A1 (en) 1999-09-27 2000-09-26 Addressable arrays using morphology dependent resonance for analyte detection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020071848A true KR20020071848A (ko) 2002-09-13

Family

ID=27387810

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020027004002A KR20020077334A (ko) 1999-09-27 2000-09-26 열 복사 흡수능이 광범위한 히트 파이프용 분차원 흡수기
KR1020027004000A KR20020070423A (ko) 1999-09-27 2000-09-26 분석물 검출용 수용체를 갖는 입자 구조물
KR1020027004001A KR20020071848A (ko) 1999-09-27 2000-09-26 형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한어드레스로 불러낼 수 있는 어레이

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020027004002A KR20020077334A (ko) 1999-09-27 2000-09-26 열 복사 흡수능이 광범위한 히트 파이프용 분차원 흡수기
KR1020027004000A KR20020070423A (ko) 1999-09-27 2000-09-26 분석물 검출용 수용체를 갖는 입자 구조물

Country Status (6)

Country Link
EP (3) EP1242510A1 (ko)
JP (3) JP2003510607A (ko)
KR (3) KR20020077334A (ko)
AU (3) AU7716500A (ko)
TW (1) TW445362B (ko)
WO (3) WO2001023888A1 (ko)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3899831B2 (ja) 2001-03-02 2007-03-28 株式会社日立製作所 生化学センサ及びこれを用いた生化学検査装置
GB0112238D0 (en) * 2001-05-18 2001-07-11 Medical Biosystems Ltd Sequencing method
DE10164309A1 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Fraunhofer Ges Forschung Verbesserte strukturiert-funktionale Bindematrices für Biomoleküle
JP3886000B2 (ja) * 2002-03-08 2007-02-28 株式会社ビーエル 金属コロイド粒子
GB2418017A (en) * 2004-09-10 2006-03-15 Univ Southampton Raman spectroscopy
JP5148818B2 (ja) * 2005-07-11 2013-02-20 三菱化学メディエンス株式会社 新規固相担体及びその利用
JP4517946B2 (ja) * 2005-06-07 2010-08-04 トヨタ自動車株式会社 時間分解分析装置
JP4866112B2 (ja) * 2005-07-27 2012-02-01 三菱化学株式会社 生体物質構造体及び生体物質構造体の製造方法、並びに、生体物質担持体、対象物質の精製方法、アフィニティークロマトグラフィー用容器、分離用チップ、対象物質の解析方法、対象物質の解析用分離装置、及び、センサーチップ
JP2007101520A (ja) * 2005-09-09 2007-04-19 Mitsubishi Chemicals Corp 生体物質複合体、並びに、生体物質複合体担持体、対象物質の精製方法、アフィニティークロマトグラフィー用容器、分離用チップ、対象物質の解析方法、対象物質の解析用分離装置及びセンサーチップ
US20090097021A1 (en) * 2005-10-25 2009-04-16 Kyushu University, National University Corporation Substrate and Substrate Assembly for Use in Raman Spectroscopic Analysis
FR2906035B1 (fr) * 2006-09-15 2008-11-28 Commissariat Energie Atomique Procede de mesure quantitative de cibles biomoleculaires deposees sur une biopuce, et dispositif pour sa mise en oeuvre.
BRPI0819739A2 (pt) * 2007-11-21 2017-05-09 Univ Erasmus Med Ct Rotterdam sondas de fret otimizadas e usos das mesmas
JP2009244109A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Japan Advanced Institute Of Science & Technology Hokuriku 標識物質
US20140154668A1 (en) 2010-05-21 2014-06-05 The Trustees Of Princeton University Structures for Enhancement of Local Electric Field, Light Absorption, Light Radiation, Material Detection and Methods for Making and Using of the Same.
JP5709039B2 (ja) * 2010-10-21 2015-04-30 学校法人 東洋大学 表面増強分光用基板
EP2836821B1 (en) * 2012-04-10 2018-09-26 The Trustees of Princeton University Ultra-sensitive sensor
JP6406821B2 (ja) * 2013-12-24 2018-10-17 古河電気工業株式会社 ヒートパイプ
JP6294797B2 (ja) * 2014-09-10 2018-03-14 浜松ホトニクス株式会社 表面増強ラマン散乱ユニット
JP2017138340A (ja) * 2017-05-22 2017-08-10 セイコーエプソン株式会社 検出装置
JP7247493B2 (ja) * 2018-09-12 2023-03-29 王子ホールディングス株式会社 表面増強ラマン分析用基板
KR102168097B1 (ko) * 2020-01-21 2020-10-20 에이블메탈 주식회사 스크린 메쉬 기반의 소결된 하이브리드 윅 및 그 제조 방법
JP7492065B1 (ja) 2023-06-07 2024-05-28 浜松ホトニクス株式会社 試料支持体及び試料支持体の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1064115A1 (ru) * 1982-06-21 1983-12-30 Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии Капилл рна структура тепловой трубы
JPS5915792A (ja) * 1982-07-17 1984-01-26 Fujikura Ltd 長尺熱輸送用ヒ−トパイプ
US5814565A (en) * 1995-02-23 1998-09-29 University Of Utah Research Foundation Integrated optic waveguide immunosensor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001023459A1 (en) 2001-04-05
EP1222432A1 (en) 2002-07-17
JP2003510607A (ja) 2003-03-18
AU7714800A (en) 2001-04-30
EP1242510A1 (en) 2002-09-25
KR20020070423A (ko) 2002-09-09
TW445362B (en) 2001-07-11
EP1221047A1 (en) 2002-07-10
JP2003510552A (ja) 2003-03-18
JP2003510065A (ja) 2003-03-18
AU7716500A (en) 2001-04-30
WO2001023888A1 (en) 2001-04-05
AU7616100A (en) 2001-04-30
WO2001023822A1 (en) 2001-04-05
KR20020077334A (ko) 2002-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20020071848A (ko) 형태 의존 공명을 이용하여 어널라이트를 검출하기 위한어드레스로 불러낼 수 있는 어레이
Rosman et al. Multiplexed plasmon sensor for rapid label-free analyte detection
US8493560B2 (en) Plasmonic enhancement of whispering gallery mode biosensors
US8194244B2 (en) Solution sample plate with wells designed for improved Raman scattering signal detection efficiency
Vo‐Dinh et al. Surface‐enhanced Raman Scattering (SERS) method and instrumentation for genomics and biomedical analysis
EP2294386B1 (en) A luminescent biosensor and a method of using the same
KR101879794B1 (ko) 나노구조를 가지는 표면 플라스몬 공명(ｓｐｒ) 센서 장치
Zhou et al. Enhancement of immunoassay’s fluorescence and detection sensitivity using three-dimensional plasmonic nano-antenna-dots array
US7659977B2 (en) Apparatus and method for imaging with surface enhanced coherent anti-stokes raman scattering (SECARS)
US7981695B2 (en) Diagnostic methods using plasmon resonant particles
Liu et al. Multiplex analysis on a single porous hydrogel bead with encoded SERS nanotags
US20030232388A1 (en) Beads having identifiable Raman markers
US8988679B2 (en) SERS nanotag assays
US20070077595A1 (en) Miniaturized spectometer using optical waveguide and integrated Raman system on-chip
CN1685217A (zh) 光谱分析系统和方法
JP2009540326A (ja) 結合及び非結合ラベルの測定による検体検出の増加した特異性
Kim et al. Recent advances in M13 bacteriophage-based optical sensing applications
CN101313211A (zh) 分子检测装置
US20020151041A1 (en) Enhancing surfaces for analyte detection
US7330252B2 (en) Porous silicon on-chip spectroscopy system
US8778697B2 (en) Method of measuring the affinity of biomolecules
Roy et al. Ultraviolet Resonant Nanogap Antennas with Rhodium Nanocube Dimers for Enhancing Protein Intrinsic Autofluorescence
US20230341384A1 (en) Resonant nanophotonic biosensors
Choi et al. iSERS: from nanotag design to protein assays and ex vivo imaging
US20030180720A1 (en) Analyte-shaped cavities associated with enhancing particle structures for analyte detection

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid