KR20140114335A - 표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR20140114335A
KR20140114335A KR1020147013729A KR20147013729A KR20140114335A KR 20140114335 A KR20140114335 A KR 20140114335A KR 1020147013729 A KR1020147013729 A KR 1020147013729A KR 20147013729 A KR20147013729 A KR 20147013729A KR 20140114335 A KR20140114335 A KR 20140114335A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
protrusions
cavities
chip
microstructure
sensitive surface
Prior art date
Application number
KR1020147013729A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102103610B1 (ko
Inventor
티보 머시
Original Assignee
티보 머시
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 티보 머시 filed Critical 티보 머시
Publication of KR20140114335A publication Critical patent/KR20140114335A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102103610B1 publication Critical patent/KR102103610B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251—Colorimeters; Construction thereof
    • G01N21/253—Colorimeters; Construction thereof for batch operation, i.e. multisample apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

본 발명은 기저면(5; 77), 적어도 일부가 금속층(2; 22; 42; 52; 62)으로 덮이는 상면(4; 44), 및 적어도 하나의 측면(55; 66)에 의해 형성된 입방체의 형태를 취하는, 표면 플라즈몬 공명(SPR) 분석을 위한 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63)에 관한 것이다. 칩은, 전술한 상면이 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택되고 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비하며; n　+　m　≥　2일 때(n은 1 내지 j, m은 0 내지 i, j와 i는 정수), 상기 구역들이 평탄한 표면들에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도{MICROSTRUCTURED CHIP COMPRISING CONVEX SURFACES FOR SURFACE PLASMON RESONANCE ANALYSIS, ANALYSIS DEVICE CONTAINING SAID MICROSTRUCTURED CHIP AND USE OF SAID DEVICE}
본 발명은 표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 분석 방법, 및 상기 장치의 용도에 관한 것이다.
표면 플라즈몬 공명(SPR)은 일 표면의 인근에서 물리적 특성들의 미세 변동들을 검출하는 것을 가능하게 하는 광학 기법이다. 이러한 기법은 특히 라벨링(예컨대, 형광성 또는 방사성 염료) 없이 실시간으로 생체분자 상호작용들을 모니터링하는 것을 가능하게 하는 것으로 알려져 있다. 이는 특히 시료 용액 내의 분석물들 및 일 표면에 고정화된 리간드들 사이의 상호작용들을 기술하고 정량화하는 것을 가능하게 한다.
SPR은 금속-유전 매체 경계면 상의 금속의 전자들의 집단 여기의 물리 현상이다(상기 유전 매체는 통상 액체 매체 또는 기체이다). 이러한 경계면(본 명세서의 다른 부분에서는 "표면"으로도 지칭됨) 상의 입사광의 특정한 편광(횡자기(TM) 편광)에 대해, 그리고 "플라즈몬 공명각"으로 알려진 각도에 대해, 경계면에 평행하게 전파되는 표면파("표면 플라즈몬"으로도 알려져 있음)에 대한 입사광 에너지의 커플링에 의해 반사되는 공명 현상이 발생한다. 이러한 물리 현상은 표면에 의해 반사된 광의 강도의 감소에 의해 반사된다. 이러한 여기는 (방사선이 광학 지수(n1)를 갖는 고굴절성 매체로부터 광학 지수(n2)를 갖는 저굴절성 매체로 진행할 때에만(n1 > n2) 존재할 수 있는) 전반사의 임계각을 넘는 표면의 입사각들에 대해서만 일어난다. 이 경우, 표면 플라즈몬은 유전 매체측에서 금속의 표면의 광학 두께를 "조사(probe)"할 것이며, 이 광학 두께는 두께와 곱해지는 굴절률의 곱으로 정의된다. 이러한 조건들이 합쳐질 때, 표면은 플라즈몬 효과에 민감하다고 할 수 있다.
통상적으로, 입사 방사선은 주어진 입사각에 따라 칩(프리즘이 민감한 표면 상에 광을 커플링하는 가장 간단한 방법이기 때문에, 종래 기술에서는 일반적으로 프리즘이 사용됨)의 측면들 중 하나에 도달하며, 그 측면들 중 하나는 금속층으로 덮여 있고, 상기 입사 방사선은 (프리즘을 구성하는 매체와 이전 광학 매체(일반적으로, 공기) 사이의 광학 지수의 차이로 인해) 프리즘에 진입할 때 굴절되며, 상기 금속면 상에서 반사된다. 이러한 구성은 당업자들에게 Kretschmann 구성(E.　Kretschmann, 표면 플라즈몬의 여기에 의한 금속의 광학 상수의 결정(The determination of the Optical Constants of Metals by Excitation of Surface Plasmons), Z Physik 241:313-324 (1971))으로 잘 알려져 있다. 프리즘이 광을 커플링하기 위한 회절망으로 교체될 때, 균등한 구성들이 또한 존재한다(Raether Configuration: H. Raether in "표면 폴라리톤(Surface Polaritons)", eds. Agranovich and Mills, North Holland Pubi. Comp., Amsterdam, 1982).
SPR 현상은 또한 생체분자 상호작용들을 연구하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 경우, 리간드들은 정의된 구역들 내에서 프리즘의 금속면에 사전-고정화된다. 그러므로, 이러한 리간드들에 대한 다른 분자들의 뒤이은 부착은 상기 정의된 구역들의 레벨에서 광학 두께를 국부적으로 변경할 것이며, 그에 따라 공명 조건들의 변동 및 그에 따른 공명각의 이동(shift)을 초래할 것이다. 이러한 이동은, 제1 근사값으로서, 리간드들과 상호작용하는 생체재료의 양에 비례한다. 따라서, 작은 분자들이 입사각의 작은 이동을 초래하는 반면, 더 큰 분자들은 더 큰 각도 이동을 초래할 것이다. 공명 현상과 연관된 광학 반사율의 변동들을 연구하는 것은, 생체분자 상호작용들, 및 정의된 구역들의 레벨에서 시간에 따른 이들의 변화를 검출하고 측정하는 것을 가능하게 할 것이다.
또한, 다른 광학 방법들 역시 라벨링(공명 거울, 간섭계, 탄성 표면파, 석영 미량천칭) 없이 이러한 물리 현상들을 수행하는 것을 가능하게 하지만, 이러한 기법들은 실제 산업 응용들에 적합하지 않은 고가의 장비를 필요로 한다.
현재 SPR 시스템들은 부피가 크고, 고가이며, 구현이 어렵고, 그에 따라 저비용으로 분석을 수행하는 것이 불가능하다. 실제로, 현재 판매되는 대부분의 시스템들은 복잡한 측정 전략을 필요로 하며, 표면의 매우 정밀한(사실상 점-형상의) 구역 상에서만 측정을 허용한다. 몇몇 구역들의 병렬 분석을 가능하게 하는 장치들은 매우 복잡하며, 가동 기계 부품들을 구비하여, 시스템은 부피가 커지고 사용이 어렵게 된다.
이러한 이유로, 수 년 동안, 사용이 쉬운, 효과적이며 경제적인 SPR 광학 장치들의 개발을 위해 상당한 과학적인 연구가 이루어졌다.
문헌 US　5　313　264(Ivarsson 등)에는, "각도" 감시(interrogation)를 이용하는 SPR 장치가 기재되어 있는데, 연구될 표면이 수렴성 광선으로 여기되고, 반사된 광선의 강도가 검출기 상에서 관찰된다. 그러나, 이러한 기법은, 수 개의 검출기들이 병치되지 않는 한, 몇몇 구역들을 병렬로 연구하는 것이 가능하지 않다(필수적인 "일점(single-point)" 분석을 참조한다).
문헌 "만곡된 표면 SPR 장치의 설계(Designing a curved surface SPR device), J.　Rooney and E.A.H.　Hall, 센서들 및 액추에이터들(Sensors and Actuators) B　114 (2006) 804-811"에는 오목한 구면 곡선 기판 상에서 생체분자 상호작용을 검출하는 것을 가능하게 하는 장치가 기재되어 있다. 상기 문헌은 상기 장치를 8번 병치시키는 것을 제안하지만, 장치의 검출 요소들도 8배 늘어나서, 최종 장치의 비용 및 부피를 증가시킨다.
문헌들 US　6　862　094(Johansen 등) 및 US　7　576　863(Weibel 등)에는, 단색분광기 또는 백색광 공급원을 사용하여, 각도 감시가 아닌 파장 감시를 이용하는 SPR 장치가 기재되어 있다. 이러한 장치들은 몇몇 생체분자 상호작용들을 병렬로 연구하는 것을 가능하게 하지만, 가동 부품들을 포함하여, 시스템 상의 유지 작동 및 그에 따른 사용자의 전체 비용을 증가시킨다.
이미징을 수행하며, 고정된 입사각 및 고정된 파장으로 칩의 정의된 구역들의 생체분자 상호작용들의 변화를 모니터링하는 것을 가능하게 하는 SPR 장치들이 또한 존재한다. 문헌들 US　7　678　584(Guedon 등), US　7　576　863(Weibel 등), 및 US　7　551　286(Tani 등)은 이러한 SPR 장치들을 제시한다. 이러한 장치들은 몇몇 상호작용들을 병렬로 분석하는 것을 가능하게 하지만, 이들은 가동 부품들을 구비하거나, 또는 아무 부품도 움직이지 않을 때 상호작용의 정밀 분석을 허용하지 않는다.
게다가, 전술한 모든 장치들은 제조 공정으로 인해 고비용인 칩들을 사용한다. 아울러, 대부분의 장치들이 "일점" 장치들이기 때문에, 분석점당 가격이 높다.
또한, 형광성에 의해 분석물질들을 검출하도록 의도된 광학 플랫폼을 기재하는 문헌 WO　2009/021964　A2(Maccraith 등)가 종래 기술에 언급되었을 수 있다. 상기 문헌에서, 포물면 형태의 돌출부들의 망의 상부 평탄면이 금속 박막으로 코팅된 후, 생물학적 종으로 기능화된다. 이후, 돌출부들의 포물면 형상에 의해 발생된 플라즈몬 효과로 인해 형광성 신호가 여기되고, 이는 임계각을 넘는 상기 금속-박막-코팅된 평탄면 상에서 입사 광선을 획득하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 상기 문헌에서는, 플라즈몬파가 발광에 의한 광의 간접적인 방출을 위해서만 사용되기 때문에, 플라즈몬파 자체의 특성들로부터 직접 정보를 추론할 수 없다. 게다가, 작동하는 검출면은 금속-박막-코팅된 평탄면이며, q의 정확한 각도로 분석을 수행하는 것만을 가능하게 한다.
최종적으로, 종래 기술에는, 표면에 나노구조들을 구비한 칩들을 기재하는 다수의 문헌들이 또한 존재하고, 이들 중 일부는 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 물리 현상을 이용한다. 예로써, 문헌 "플라즈몬 공명 기반 감지를 위한 격자 커플러 통합형 광다이오드(Grating coupler integrated photodiodes for plasmon resonance based sensing), B.　Turker 등, Conference on lasers and Electro-Optics 2011"에는, 주기적 망에 따라 배치되는 나노구조들을 표면에 구비한 바이오칩들이 기재되어 있다. 이러한 나노구조들의 망은 그 금속/유전 경계면의 플라즈몬파에 입사광을 커플링하기 위해 사용된다. 한편, 문헌 "금 광자 나노공동들 내의 국부 플라즈몬들(Localised plasmons in gold photonic nanocavities), S.　Coyle 등, Quantum Electronics and Laser Science Conference 2002"는 금 나노공동들을 구비한 나노구조 표면을 제시한다. 이러한 금 나노공동들은, SPR 현상과 상이하며 플라즈몬 신호들의 증폭을 초래하는 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 물리 현상을 수반한다.
그러므로, 전술한 두 문헌에서는, 나노미터 크기로 망들 및 공동들을 제조하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 광선의 입사각에 따라 금속층의 반사율의 변동을 평가하기 위해 가동 부품들을 이용하는 것이 또한 필요하다.
마지막으로, 대부분의 컴팩트한 장치들은 표면이 오목한 칩들을 사용한다. 그러나, 오목한 부품은 제조가 어렵고 비용이 많이 든다.
따라서, 가동 부품을 포함하지 않으며, 경제적이고, 제조가 간단한 칩을 포함하여, 저비용 SPR 분석이 수행될 수 있게 하는, 컴팩트한 SPR 장치에 대한 진정한 필요성이 존재한다.
본 발명자는 특정한 아키텍처를 구비한 미세구조 칩을 포함하는 SPR 분석 장치가 이러한 요건들을 만족시키는 것을 가능하게 한다는 것을 밝혀냈다.
"칩" 또는 "미세구조 칩"이라는 용어는 본 명세서의 다른 부분에서 구별 없이 사용될 것이다.
"방사선" 또는 "광선"이라는 용어는 본 명세서의 다른 부분에서 구별 없이 사용될 것이다.
도 1은 본 발명의 다양한 구현예들에 따른 돌출부들의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다양한 구현예들에 따른 공동들의 단면도를 나타낸다.
도 3은 매트릭스의 형태로 배치되는 돌출부들을 구비한 본 발명에 따른 미세구조 칩을 나타낸다.
도 4는 X축을 따라 거터들의 형태로 배치되는 돌출부들을 구비한 본 발명에 따른 미세구조 칩의 상면을 나타낸다.
도 5는 시준 및 편광된 단색 입사 방사선에 의해 조사되는, 기울기를 갖지 않는 돌출부의 단면도를 나타낸다.
도 6은 시준 및 편광된 단색 입사 방사선에 의해 조사되는, 각도(b)의 기울기를 갖는 돌출부의 단면도를 나타낸다.
도 7은 기저면과 돌출부들을 분리하는 평탄한 표면들 사이의 간격들이 상이한 본 발명의 일 구현예에 따른 칩을 나타낸다.
도 8은 기저면과 돌출부들을 분리하는 평탄한 표면들 사이의 간격들이 동일한 미세구조 칩을 포함하는 장치를 나타낸다.
도 9는 기저면과 돌출부들을 분리하는 평탄한 표면들 사이의 간격들이 상이한 미세구조 칩을 포함하는 장치를 나타낸다.
도 10은 연구되는 다양한 각도 범위들의 대표적인 플라즈몬 곡선을 도시한다(기울기 없음).
도 11은 연구되는 다양한 각도 범위들의 대표적인 플라즈몬 곡선을 도시한다(기울기 있음).
도 12는 본 발명에 따른 미세구조 칩의 3개의 돌출부들의 카메라 상의 이미지의 일례를 나타낸다.
도 13은 적어도 하나가 다른 것들과 상이한 16개의 공동들을 포함하는 본 발명에 따른 칩을 나타낸다.
도 14는 입사각(q)의 함수로서 백분율 반사율을 나타낸다.
도 15는 대장균 박테리아에 대해 특이적인 리간드들로 기능화되는 돌출부들 상의 대장균 박테리아의 부착 전후의 플라즈몬 곡선들을 나타낸다.
도 16은 시가 독소들에 대해 특이적인 리간드들로 기능화되는 돌출부들 상의 시가 독소들의 부착 전후의 플라즈몬 곡선들을 나타낸다.
미세구조 칩
본 발명의 제1 주제는, 기저면, 적어도 일부가 금속층으로 덮이는 상면, 및 적어도 하나의 측면으로 이루어진 입방체의 형태인, 표면 플라즈몬 공명(SPR) 분석을 위한 미세구조 칩에 있어서, 상기 상면은 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택되는, 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비하며; n　+　m　≥　2일 때(n은 1 내지 j, m은 0 내지 i, j와 i는 정수), 상기 구역들은 평탄한 표면들에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩이다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 칩은 공동들을 포함하지 않는다(m = 0). 다시 말하면, 칩의 상면은 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비하며, 이 구역들은 오로지 적어도 하나의 돌출부로부터 선택된다.
다른 구현예에 따르면, m은 0이 아니다(m > 0). 다시 말하면, 칩의 상면은 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비하며, 이 구역들은 적어도 하나의 돌출부 및 적어도 하나의 공동으로부터 선택된다.
"미세구조 칩"이라는 용어는 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비한 칩을 의미하도록 의도된다. 따라서, 칩은 반드시 마이크로미터 크기는 아니지만, 마이크로미터 크기의 구역들을 포함한다.
"마이크로미터 크기의 구역들"이라는 용어는 마이크로미터 크기의 3개의 치수들 중 적어도 2개의 치수들을 갖는 구역들을 의미하도록 의도되며, 상기 마이크로미터 치수들은 1㎛ 내지 1000㎛, 바람직하게는 10㎛ 내지 500㎛이다.
그러므로, 구역의 제3 치수는 반드시 마이크로미터는 아니며, 1㎜ 내지 20㎜, 바람직하게는 1㎜ 내지 10㎜의 간격을 보일 수 있다.
본 발명에 따른 구역들은 이하에 설명될 돌출부들 및 선택적으로는 공동들의 형태의 특정한 형상들을 보인다. 금속층으로 덮인 이러한 구역들의 레벨에서 플라즈몬 효과가 관찰될 것이다.
본 발명에 따르면, 칩은 1개(m = 0, n = 1) 내지 500000개, 바람직하게는 10개 내지 10000개, 더 바람직하게는 25개 내지 400개의 다수의 구역들(즉, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상면의 적어도 일부는 금속층으로 코팅된다. 이는 작동하는 검출면(이하에서는 민감한 표면으로도 지칭됨)을 나타낸다. 본 발명에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택되는 마이크로미터 크기의 적어도 하나의 구역은 금속층으로 코팅된다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 상면은 완전히 금속층으로 덮인다.
따라서, 이전 구현예와 결합된 하나의 특정한 구현예에 따르면, 구역들뿐만 아니라, 상기 구역들을 분리하는 평탄한 표면들도 분석될 종을 수용하도록 의도된다.
후술하는 설명을 용이하게 하기 위해, 직접 정규직교 기준 프레임(XYZ)이 사용되는데, 구역들을 분리하는 평탄한 표면들은 평면(XY)에 평행하고, Z축은 아래로 향한다.
"평탄한 표면들"이라는 용어는 약간의 결함들을 보일 수 있는, 평탄하거나 또는 실질적으로 평탄한 표면들을 의미하도록 의도된다.
분석될 종을 수용하도록 의도된 2개의 구역들을 분리하는 평탄한 표면은 구역간(inter-zone) 표면으로 지칭된다. 그러므로, 평탄한 표면들 또는 구역간 표면들 또는 구역간 평탄한 표면들과 같은 용어들은 구별 없이 사용될 것이다. 보다 구체적으로는:
- 평탄한 표면이 2개의 구역들(공동들)을 분리할 때, 공동간 표면이라는 용어가 사용되고;
- 평탄한 표면이 2개의 구역들(돌출부들)을 분리할 때, 돌출부간 표면이라는 용어가 사용되며;
- 평탄한 표면이 하나의 구역(공동) 및 다른 구역(돌출부)을 분리할 때, 공동-돌출부간 표면이라는 용어가 사용된다.
일 구현예에 따르면, 구역들은 칩의 상면에 매트릭스의 형태로 배치된다. 따라서, 평탄한 표면들은 X축과 Y축 모두를 따라 구역들을 분리한다.
다른 구현예에 따르면, 구역들은 칩의 상면을 따라 연속적인 거터들의 형태로 배치된다. 그러므로, 이 구현예에 따르면, 평탄한 표면들은 X축 또는 Y축을 따라 구역들을 분리한다.
일 구현예에 따르면, n　+　m　≥　2일 때, 구역들은 평탄한 표면들(또는 구역간 표면들)에 의해 Y축을 따라 간격(D) 및 X축을 따라 간격(D')만큼 분리되고; D 및 D'은 0㎛(X축 또는 Y축을 따른 연속적인 거터의 경우) 내지 5㎜, 바람직하게는 50㎛ 내지 5㎜, 바람직하게는 200㎛ 내지 1000㎛, 특히 바람직하게는 300㎛ 내지 700㎛이다.
일 구현예에 따르면, n　+　m　≥　2일 때, 구역들은 10㎛ 내지 25000㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 5000㎛, 더 바람직하게는 100㎛ 내지 1000㎛의 중심대중심(center-to-center, CTC) 간격만큼 분리된다.
일 구현예에 따르면, 평탄한 표면들은 평면(XY)에 평행한 평면들 내에 있으며; 상면은 계단 형태이다.
다른 구현예에 따르면, 평탄한 표면들은 동일한 평면(XY) 내에 있다(즉, Z가 일정하다).
"돌출부"라는 라는 용어는 칩의 상면의 파생물을 의미하도록 의도되며, 상기 파생물은 2개의 평탄한 표면들(구역간 표면들로도 지칭됨) 사이에 존재한다.
돌출부는 3개의 치수들(XYZ 기준 프레임) 또는 2개의 치수들(일 평면 내의 단면)로 정의될 수 있다.
따라서, "돌출부"라는 용어는, 모든 좌표들이 상기 돌출부에 인접한 2개의 구역간 평탄한 표면들을 연결하는 가상의 평면 위에 있는 부피에 주어진다.
돌출부는 이어서 평면(YZ) 내에서 설명될 것이다.
그러므로, 평면(YZ) 내에서 설명되는 본 발명에 따른 돌출부는 평균 곡률 반경(R)을 갖는 적어도 하나의 곡선 및/또는 적어도 하나의 직선에 의해 정의된다.
돌출부가 단지 곡선에 의해 정의될 때, 곡선은 반드시 볼록하다(즉, +Z축을 따른 곡률 반경).
돌출부가 적어도 하나의 곡선 및 적어도 하나의 직선에 의해 정의될 때, 곡선은 오목할 수 있거나(즉, -Z축을 따른 곡률 반경), 또는 볼록할 수 있다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 돌출부는 곡선에 의해 분리되는 2개의 직선들에 의해 정의된다.
이전 구현예와 결합된 하나의 특정한 구현예에 따르면, 2개의 직선들은 평행하다.
이전 구현예와 결합될 수 있는 다른 구현예에 따르면, 2개의 직선들은 상이한 치수들을 갖는다.
"공동"이라는 용어는 칩의 상면의 중공을 의미하도록 의도되며, 상기 중공은 2개의 평탄한 표면들(구역간 표면들로도 지칭됨) 사이에 존재한다.
공동은 3개의 치수들(XYZ 기준 프레임) 또는 2개의 치수들(일 평면 내의 단면)로 정의될 수 있다.
따라서, "공동"이라는 용어는, 모든 좌표들이 상기 공동에 인접한 2개의 구역간 평탄한 표면들을 연결하는 가상의 평면 위에 있는 부피에 주어진다.
공동은 이어서 평면(YZ) 내에서 설명될 것이다.
그러므로, 평면(YZ) 내에서 설명되는 본 발명에 따른 공동은 평균 곡률 반경(R)을 갖는 적어도 하나의 곡선 및/또는 적어도 하나의 직선에 의해 정의된다.
공동이 단지 곡선에 의해 정의될 때, 공동은 반드시 오목하다(즉, -Z축을 따른 곡률 반경).
공동이 적어도 하나의 곡선 및 적어도 하나의 직선에 의해 정의될 때, 곡선은 오목할 수 있거나, 볼록할 수 있다(즉, +Z축을 따른 곡률 반경).
하나의 특정한 구현예에 따르면, 공동은 곡선에 의해 분리되는 2개의 직선들에 의해 정의된다.
이전 구현예와 결합된 하나의 특정한 구현예에 따르면, 2개의 직선들은 평행하다.
이전 구현예와 결합될 수 있는 다른 구현예에 따르면, 2개의 직선들은 상이한 치수들을 갖는다.
따라서, 하나의 특히 바람직한 구현예에 따르면, 평면(YZ) 내에서 설명되는 칩의 구역들(n개의 돌출부들 및 m개의 공동들)은 평균 곡률 반경(R)을 갖는 곡선에 의해서만 정의되고(공동의 경우 오목하며 돌출부의 경우 볼록함); 곡률 반경(R)은 0.1㎜ 내지 600㎜, 바람직하게는 0.3㎜ 내지 300㎜이다.
예로써, 반구형, 반타원형, 또는 반원통형 형상의 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들을 들 수 있다(기준 프레임(XYZ)).
본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들은 기준 프레임(XYZ) 내에서 반원통형 형상을 갖는다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 구역들(즉, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들)의 곡률 반경은 평면(XY)에 수직한다(즉, Z축을 따른다).
다른 구현예에 따르면, 구역들의 곡률 반경은 평면(XY)에 수직하지 않는다(즉, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들은 기울기를 갖는다).
하나의 특정한 구현예에 따르면, 분석될 종을 수용하도록 의도된 구역들(n개의 돌출부들 및 m개의 공동들)은 동일한 곡률 반경(R)을 갖는다.
본 발명에 따르면, 칩의 기저면은 평탄한 표면 또는 만곡된 표면, 또는 융기(ridge), 또는 정점(apex)일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 칩의 기저면은 바람직하게는 평탄한 표면들(구역간 표면들로도 지칭됨)에 평행한 평탄한 표면이다.
이전 구현예와 결합될 수 있는 다른 구현예에 따르면, 평탄한 표면들은 동일한 평면(XY) 내에 있다. 다시 말하면, 기저면이 상기 평탄한 표면들에 평행한 경우, 칩의 기저면과 평탄한 표면들 사이의 간격들은 동일하다. 이 경우, 상면은 기저면에 평행하다고 한다.
다른 구현예에 따르면, 평탄한 표면들은 평면(XY)에 평행하는 다수의 평면들 내에 있다. 다시 말하면, 기저면이 상기 평탄한 표면들에 평행한 경우, 칩의 기저면과 평탄한 표면들 사이의 간격들은 상이하다(상면은 계단 형태이다).
"기저면과 평탄한 표면들(또는 구역간 표면들) 사이의 간격들"이라는 표현은 칩의 높이, 즉 표면들을 기저면 또는 기저면의 연장부에 연결하는 수직선의 길이를 지칭한다.
본 발명에 따르면, 칩의 측면(들)은 평탄할 수 있거나(칩의 상면 및/또는 기저면에 수직하거나 수직하지 않음), 또는 만곡될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 칩의 측면(들)은 평탄하다.
다른 바람직한 구현예에 따르면, 칩의 적어도 하나의 측면은 기저면 및/또는 상면에 수직한다.
다른 구현예에 따르면, 상면은 칩의 기저면에 평행하다.
본 발명의 하나의 특정한 구현예에 따르면, 칩은 종래 기술에 잘 알려진 프리즘에 결합된다.
그러므로, 하나의 특정한 구현예에 따르면, 칩은 평행육면체의 형태이다(즉, 칩은 동일한 평면(XY) 내의 평탄한 표면들, 및 상기 평탄한 표면들에 평행한 기저면을 구비한다). 이 구현예에 따르면, 측면들의 높이는 약 0.1㎜ 내지 20㎜, 바람직하게는 1㎜ 내지 10㎜의 작은 치수를 갖는다.
"분석될 종"이라는 용어는, 예컨대 재료, 기체, 또는 단일-가닥 또는 이중-가닥 DNA, 단백질, 박테리아, 독소, 바이러스, 미코플라스마, 화학 물질, 또는 다른 생물학적 또는 화학적 종과 상호작용할 수 있는 임의의 다른 생물학적 또는 화학적 종과 같은, 생물학적 종을 의미하도록 의도된다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 분석될 종은 예컨대 살모넬라, 리스테리아 모노사이토제니스, 클로스트리듐 디피실, 또는 캠필로박터와 같은 병원성 박테리아와 같은 생물학적 종이다.
본 발명자는, 큰 분자들(박테리아들 자체)뿐만 아니라 이들이 생성하는 작은 독소들의 동시 분석을 가능하게 하는 본 발명에 따른 칩을 사용함으로써, 유리하게는 시가 독소-생성 대장균(STEC) 가닥들을 연구하는 것이 가능하다는 것을 입증하였다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들은 다양한 바이오마커-특정 단일클론 항체들로 기능화될 것이다.
도 1은 다양한 구현예들에 따른 돌출부의 평면(ZY)을 따른 단면을 나타낸다. 이러한 도면들 각각에서, 돌출부는 평면(XY) 내의 일 표면에 의해(또는 XYZ 기준 프레임 내의 부피에 의해) 표현되며, 그 모든 점들은, 돌출부에 인접한 2개의 평탄한 표면들을 연결하는 파선으로 나타낸 가상의 직선(또는 부피에 대한 XYZ 기준 프레임 내의 가상의 평면)(-Z) 위에 위치한다:
- a)의 경우: 돌출부는 곡률 반경(R)을 갖는(즉, +Z축을 따른 곡률 반경을 갖는) 볼록한 형상의 곡선에 의해서만 정의된다;
- b)의 경우: 돌출부는 볼록한 형상의 곡률 반경(R)을 갖는 곡선에 의해 분리되는 2개의 평행한 직선들에 의해 정의된다;
- c)의 경우: 돌출부는 오목한 형상의 곡률 반경(R)을 갖는(즉, -Z축을 따른 곡률 반경을 갖는) 곡선에 의해 분리되는 2개의 평행한 직선들에 의해 정의된다.
도 2는 다양한 구현예들에 따른 공동의 평면(ZY)을 따른 단면을 나타낸다. 이러한 도면들 각각에서, 공동들은 평면(XY) 내의 일 표면에 의해(또는 XYZ 기준 프레임 내의 부피에 의해) 표현되며, 그 모든 점들은, 공동에 인접한 2개의 평탄한 표면들을 연결하는 파선으로 나타낸 가상의 직선(또는 부피에 대한 XYZ 기준 프레임 내의 가상의 평면)(+Z) 아래에 놓인다:
- a)의 경우: 공동은 곡률 반경(R)을 갖는(즉, -Z축을 따른 곡률 반경을 갖는) 오목한 형상의 곡선에 의해서만 정의된다;
- b)의 경우: 공동은 곡률 반경(R)을 갖는 오목한 형상의 곡선에 의해 분리되는 2개의 평행한 직선들에 의해 정의된다;
- c)의 경우: 공동은 볼록한 형상의 곡률 반경(R)을 갖는(즉, +Z축을 따른 곡률 반경을 갖는) 곡선에 의해 분리되는 2개의 평행한 직선들에 의해 정의된다.
도 3은 돌출부간 평탄한 표면들을 포함하는 상면(4)이 칩(3)의 기저면(5)에 평행한 미세구조 칩(3)을 나타낸다. 상면(4)은 금속층(2)으로 덮여 있고, 분석될 종을 수용하도록 의도된 플라즈몬 효과에 민감한 돌출부들(1)을 구비한다.
도 3에서, 돌출부들(1)은 평탄한 표면들(돌출부간 표면들로도 지칭됨)에 의해 Y축을 따라 간격(D) 및 X축을 따라 간격(D')만큼 서로 분리된다.
미세구조 칩(3)은 광의 전파를 허용하는 임의의 유형의 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 유리, 수정, 또는 플라스틱을 들 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 비용을 이유로, 칩(3)은 플라스틱(들), 예컨대, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 에폭시계 네거티브 포토레지스트 수지(SU-8), 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어진다.
하나의 특정한 구현예에 따르면, 칩이 프리즘에 결합될 때, 칩은 프리즘과 상이한 재료로 이루어질 수 있다.
칩(3)의 상면(4)(및 특히 돌출부들(1))을 덮는 금속층(2)은 금, 은, 백금, 또는 알루미늄과 같은 다양한 금속들로 이루어질 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 금속층(2)은 금의 매우 양호한 내부식 특성들로 인해 금으로 이루어진다.
금속층(2)의 두께는 10㎚ 내지 200㎚, 바람직하게는 30㎚ 내지 100㎚, 더 바람직하게는 40㎚ 내지 50㎚이다.
이전 구현예들과 결합된 다른 구현예에 따르면, 얇은 크롬층이 칩(3)의 상면(4)에 금을 사전 부착하기 위한 층으로서 사용된다.
도 4는 완전히 금속층(2)으로 덮인 본 발명에 따른 미세구조 칩의 상면을 나타내며; 상기 미세구조 칩은, X축을 따라 거터들의 형태로 배치되어 4개의 열들(C1~C4)을 형성하는 돌출부들을 구비한다. 도 4에서, d는 거터의 직경을 나타내며, CTC는 2개의 연속하는 거터들 사이의 중심대중심 간격을 나타낸다.
본 발명에 따른 칩은 매우 다양한 생물학적 종들을 연구하기 위해 각각의 구역(n개의 돌출부들 및 m개의 공동들)의 감도를 조절하는 것을 가능하게 한다.
일 구현예에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나는 다른 것들과 상이한 곡률 반경을 갖는다.
도 5는 입사각(q)을 가지며 TM 편광에 이어 선형 편광된 단색 시준 광선에 의해 조사되는, (금속층(2)으로 덮인) 칩(3)의 볼록면 돌출부(1)의 도 3의 확대 단면도를 나타낸다.
(XYZ 기준 프레임 내에서) 반원통형 형상을 가지며, 도 3 및 도 5에서 (평면(ZY) 내의) 단일 곡선에 의해 정의된 표면을 구비한 돌출부는, 곡률 반경(R), 및 (2α의 총 각도를 정의하는) 2개의 절반-각도들(α)을 특징으로 한다.
따라서, 곡률 반경(R) 및 절반-각도(α)는 현의 길이(d) 또는 상기 공동의 직경을 정의할 것이다.
민감한 표면(또는 돌출부(1)) 상의 반사로 인해, 2개의 단부들(A, C)의 입사각은, θ의 시준된 광선의 평균 입사각에 대해, 각각 θ1 = θ - 2α 및 θ3 = θ + 2α이다. 그러므로, 상기 돌출부(1)에 의해 반사되는 광선(점(A)에 대해 θ1, 점(B)에 대해 θ2, 점(C)에 대해 θ3)은, (도 5의 각도(θ2)에 대응하는) 각도(θ평균)를 중심으로 놓이는, 4α에 상응하는 각도 폭(Δθ ; Δθ = θ3 - θ1)을 갖는다. 이 경우, θ평균 = θ2 = θ이다.
본 발명에 따른 칩의 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들의 곡률 반경(R)의 선택은, 이 것이 필수적인 물리적 파라미터들(칩의 광학 지수(np), 외부 유전 매체의 광학 지수(ne), 시준된 광선의 평균 입사각(θ), 및 분석하길 원하는 생물학적 종의 크기)에 따라, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 각각의 측정에 대한 각도 역학(angular dynamics) 및 감도를 결정할 것이기 때문에, 매우 중요하다는 것을 주목해야 한다.
"측정의 각도 역학"이라는 표현은 분석 중에 시각화를 가능하게 할 각도 범위를 의미하도록 의도된다.
"감도"라는 표현은 민감한 표면 상의 측정을 가능하게 할 광학 두께의 최소 변동을 의미하도록 의도된다.
실제로, 곡률 반경이 매우 큰 경우, 이는 일 평면에 더 가깝게 다가갈 것이고, 그에 따라 각도들(θ1, θ3)은 매우 가까울 것이며(그에 따라 분석의 각도 범위(Δθ)는 매우 작을 것이며), 이러한 구성은 작은 분자들의 분석에 특히 적합하게 된다(즉, 양호한 감도). 반대로, 매우 작은 곡률 반경은, 확실히 더 낮지만 큰 분자들의 분석에 더 적합한 측정 감도로, 플라즈몬 곡선을 완전한 형태로 관찰하는 것을 가능하게 할 것이다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 다양한 연구 종들을 위해 측정 감도를 적응시키는 것이 가능하다.
이전 구현예와 결합될 수 있는 다른 구현예에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나는 각도(β)의 기울기를 보인다.
이 구현예에 따르면, 곡률 반경(R)은 Z 축에 대해 편향된다.
도 6은 각도(β)의 기울기를 보이며, 횡자기(TM) 방향에 따라 선형 편광된 평균 입사각(θ)을 갖는 시준된 단색 광선에 의해 조사되는, (상면이 금속층(42)으로 덮인) 칩(43)의 볼록면 돌출부(41)의 확대 단면도를 나타낸다.
(이 경우 돌출부의) 민감한 표면의 평균 평면(돌출부간 평탄한 표면들에 평행한 평면으로 정의됨)의 수직선에 대한 민감한 표면의 기울기(β)의 경우, 반사된 광선은 여전히 각도 폭(Δθ)을 가질 것이며, 이 각도 폭(Δθ)은 4α에 상응하지만, 이번에는 볼록면에 대해 γ'평균 = θ + 2β가 되도록, 평균 각도(γ'평균; 도 3에 θ2로 나타냄)를 중심으로 놓인다.
일 구현예에 따르면, 각도(β)는 0°<　β ≤　80°, 바람직하게는 15°≤ β　≤45°같은 방식으로 정의된다.
따라서, 본 발명에 따르면, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 각각에 대해, 연구되는 각도 폭 및 이러한 각도 범위의 평균 각도(즉, 돌출부가 기울었는지 여부에 따라 도 5 및 도 6에 나타낸 θ2 또는 θ'2) 모두를 조절하는 것이 가능하여, 동일한 실험 중에 동일한 칩에서 다양한 종들에 대한 측정 감도를 조절하는 것을 가능하게 한다.
그러므로, 하나의 특정한 구현예에 따르면, 구역들 중 적어도 하나(즉, n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나)는, 칩의 다른 구역들과 비교하여, 상이한 곡률 반경 및 상이한 배향을 갖는다.
이전 구현예들과 결합될 수 있는 다른 구현예에 따르면, 기저면과 평탄한 표면들(구역간 표면들로도 지칭됨) 사이의 적어도 하나의 간격은 다른 간격들과 상이하다.
도 7은 금속층(22)으로 덮인 상면(44)이 곡선형 돌출부들(11)을 구비하는 칩(33)을 나타낸다. 칩(33)의 측면들(55, 66)은 기저면(77) 및 평탄한 표면들에 수직한다.
기저면(77)과 돌출부들(11) 사이의 평탄한 표면들(또는 돌출부간 표면들)을 분리하는 간격들은 모두 서로 상이하며, d4　<　d3　<　d2　<　d1이다. 도 7에서, 구역간 표면들은 평면(XY)에 평행하는 다수의 평면들(5개의 평면들이 도시됨) 내에 있다.
본 발명에 따른 칩은, 칩을 제조하는 단계, 및 이어서 적어도 하나의 얇은 금속층을 증착하는 단계를 반드시 포함하는 다양한 방법들에 의해 제조될 수 있다.
제조 방법들 가운데, 고압 사출, 직접 기계 가공, 핫 스탬핑, 플라즈마 식각, 포토리소그래피, 또는 레이저 어블레이션을 들 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 칩은 고압 사출 성형에 의해 제조된다.
본 발명에 따른 칩의 제조는 볼록한 형상의 돌출부를 제조하기 위해 오목한 형상을 갖는 몰드를 반드시 사용하여 제조 비용을 절감한다. 구체적으로, 당업자들은 부품들을 제조하기 위한 고압 사출 성형 공정을 구성할 때 가장 고비용의 단계가 몰드(또는 마스터)의 제조라는 점을 인지할 것이다. 제조될 부품의 최종 표면이 볼록한 돌출부들을 포함한다는 것은, 마스터로부터 재료를 제거함으로써 얻어질 수 있는 오목한 형상을 갖는 몰드를 사용하는 것을 가능하게 하고, 이는 종래의 기계적 가공 방법들을 이용하여 매우 간단히 이행할 수 있다.
얇은 금속층들을 증착하기 위한 방법들 가운데, 스퍼터링, 진공 증착법, 또는 냉각 증착법을 들 수 있다.
냉각 증착법은 큰 온도 증가를 견딜 수 없는 플라스틱으로 이루어진 지지부의 경우에 특히 유용하다.
분석 장치
도 8 및 도 9는 전술한 미세구조 칩을 포함하는 측정 장치들의 상이한 구현예들을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 다른 주제는:
- 입사 광선을 발생시키도록 의도된 광원(7);
- 선택적으로, 광학 시준 시스템(8);
- 편광 시스템(6);
- 상기 입사 광선의 광로 내에 배치되는 전술한 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63);
- 선택적으로, 광학 이미징 시스템(9; 69);
- 검출기(10; 70)를 포함하는 SPR 분석 장치이다.
일 구현예에 따르면, 칩의 금속면의 표면파와 입사 광선의 에너지 사이의 커플링은 칩 자체에 의해 수행된다.
다른 구현예에 따르면, 커플링 수단은 프리즘, 도파로, 또는 회절망이다.
그러므로, 하나의 특정한 구현예에 따르면, 커플링이 프리즘에 의해 수행될 때, 본 발명에 따른 칩은, 칩의 기저면이 당업자들에게 잘 알려진 방법인 지수 매칭 오일에 의해 금속면을 갖지 않는 프리즘의 상면과 접촉하는 방식으로, 상기 프리즘에 결합된다.
다른 구현예에 따르면, 칩은 도파로에 결합된다.
또 다른 특정한 구현예에 따르면, 칩은 회절망에 결합된다.
본 발명에 따르면, 공급원(7)은 예컨대 수은 증기 램프, 백열 램프, 레이저 다이오드, 레이저, 발광 다이오드(LED), 또는 유기 발광 다이오드(OLED)일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 공급원(7)은 단색 LED이다. "단색"이라는 용어는 중간-높이 스펙트럼 폭이 40㎚를 초과하지 않는 LED를 의미하도록 의도된다.
본 발명에 따르면, 가시광 범위 또는 근적외선(IR) 범위와 같은 다양한 파장 범위들이 사용될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 790㎚ 내지 825㎚의 파장(근적외선)이 사용된다.
본 발명에 따르면, 광선은 시준될 수 있다. 이를 이행하기 위해, 당업자들에게 잘 알려진 다양한 기법들이 사용될 수 있다.
예로써, 공급원(7)에 의해 방출된 광을 직경(F)을 갖는 정공에 포커싱할 수 있는 제1 수렴 렌즈를 광학 시준 시스템(8)으로 사용할 수 있어서(상기 정공은 수렴 렌즈의 초점면 내에 있음), 시준된 광선을 발생시키는 것을 가능하게 한다.
일 구현예에 따르면, 광학 시준 시스템(8)은 공급원(7)에 통합된다.
본 발명에 따르면, 편광 시스템(6)은 횡자기(TM 또는 편광-p) 모드로 작동하는 것을 가능하게 한다.
예로써, 선형 편광기 또는 편광 스플리터 큐브를 들 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 편광 시스템(6)은 TM 편광으로부터 TE(횡전기) 편광으로 및 그 역으로 쉽게 전환하는 것을 가능하게 한다. 부품들의 움직임을 방지하기 위해, 이는 전류 및 전압에 의해 제어되는 액정 스트립을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 검출기(10; 70)는 예컨대 CCD 또는 CMOS 카메라일 수 있거나, 또는 광검출기 매트릭스일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 카메라들은 8, 10, 12, 또는 16 비트, 바람직하게는 10 또는 12 비트로 작동한다.
일 구현예에 따르면, 장치는 또한, 검출기(10; 70) 상에 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63)의 이미지를 생성하는 것을 가능하게 하는 광학 이미징 시스템(9; 69)을 포함한다.
광학 이미징 시스템(9; 69)은 미세구조 칩으로부터 유래된 모든 방사선들을 수용할 정도로 충분히 개방되어야 한다. 본 발명에 따라 칩에 구비된 n개의 돌출부들의 볼록한 형상은 특히, 입사 방사선이 상기 돌출부들로부터 반사된 후에 광선들이 수렴되는 것을 가능하게 하여, 광학 이미징 시스템(9; 69)의 제조를 훨씬 더 간단하게 만든다.
게다가, 광학 이미징 시스템(9; 69)은, 미세구조 칩의 2개의 돌출부들 또는 하나의 돌출부 및 하나의 공동의 이미지들이 검출기(10; 70) 상의 2개의 상이한 위치들에 대응하도록, 선택된다.
최종적으로, 유리하게는, 광학 시스템은 검출기(10; 70) 상에서 유용한 픽셀들의 개수를 최대화하는 배율을 보인다.
광학 이미징 시스템(9; 69)의 예로, 무한 초점으로 장착되는 2개의 평면-볼록 렌즈들을 들 수 있다.
본 발명에 따르면, 입사 방사선이 칩으로 진입하는 면은 진입면으로 지칭되며, 민감한 표면에 의해 반사된 방사선이 탈출하는 면은 탈출면으로 지칭된다.
도 8에서, 공급원(7)은 입사 방사선을 방출하며, 이 입사 방사선은 시준 시스템(8)에 의해 시준되고, 편광기(6)에 의해 편광된 후, 소정의 입사 하에 (금속층(52)으로 덮인) 칩(53)의 진입면(54)에 도달한다. 방사선은 진입 시에 칩(53) 내로 편향되며, 돌출부들(51) 상에서 반사된다.
상기 칩(53)의 탈출면(57) 다음에 위치하는 이미징 시스템(9)은 반사된 방사선들의 강도를 수집하며, 조사된 돌출부들(51)의 이미지를 검출기(10) 상에 생성하는 것을 가능하게 한다.
도 9에 나타낸 장치는, 측면들이 기저면에 수직하며, 기저면으로부터 돌출부들(61)을 분리하는 표면들 사이의 간격들이 서로 상이한, (금속층(62)으로 덮인) 칩(61)을 포함한다.
도 9는 수직으로 (측면에 대응하는) 진입면(64)에 도달하는 공급원(도 9에 미도시)에 의해 방출된 입사 방사선이 칩(63)을 통과할 때 편향되지 않고, 다양한 돌출부들(61) 모두를 조사하는 일 구현예를 나타낸다.
이미징 시스템(69) 및 검출기(70)는 본 구현예에서 상기 칩(63)의 기저면에 대응하는 탈출면(67) 다음에 위치하여, 반사된 방사선들의 강도를 수집하며, 돌출부들(61)의 이미지를 생성하는 것을 가능하게 한다.
일 구현예에 따르면, 광학 이미징 시스템(9; 69)은 마이크로렌즈들의 매트릭스의 형태로 칩(53; 63)의 탈출면(57; 67)에 직접 통합될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에 따르면, 시준 시스템(8) 및 선택적으로 편광기(6)가 진입면(54; 64)에 고정되고/고정되거나, 광학 이미징 시스템(9; 69) 및 검출기(10; 70)가 탈출면(57; 67)에 고정된다.
측정 방법
본 발명의 다른 주제는:
- (i) 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에, (ii) 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출함으로써, 초기 상태를 검출하는 단계;
- 적어도 하나의 유체를 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면과 접촉시키는 단계;
- 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 상기 유체를 포함하는 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에; 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 광학 두께 변경을 실시간으로 연속 모니터링하기 위해, 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출하는 단계(n > 0 및 m ≥ 0)를 포함하는 SPR 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 주제는:
- 전술한 미세구조 칩의, 금속층으로 덮인 상면에 리간드들을 고정화하는 단계;
- (i) 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에, (ii) 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출함으로써, 초기 상태를 검출하는 단계;
- 적어도 하나의 유체를 상기 미세구조 칩의 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면과 접촉시키는 단계;
- 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 상기 유체를 포함하는 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에; 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 광학 두께 변경을 실시간으로 연속 모니터링하기 위해, 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출하는 단계(n > 0 및 m ≥ 0)를 포함하는 SPR 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상면 상의 리간드들의 고정화는, 예컨대 공유 화학 결합이나 금속면 상의 피롤의 전기공중합법에 의한 고정화와 같이, 당업자들에게 알려진 다양한 기법들로 수행될 수 있다.
"유체"라는 용어는 기체 또는 액체를 의미하도록 의도된다.
본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 유체는 적어도 하나의 생물학적 종을 포함한다.
이러한 측정 방법들은, 비제한적인 방식으로, 일 표면에 고정화된 분자들의 형태적 변동들, 생체분자 상호작용들, 유체들(기체들 또는 액체들)의 광학 지수들, 일 표면의 품질(평행도(parallelism), 미시적 조도, 박층 증착물의 품질), 또는 표면에 인접한 금속 나노비드들의 존재를 측정하기에 적합하다.
이러한 측정 방법들은 또한 외부 매체의 광학 지수와 같은 외부 파라미터들을 측정하는 것을 가능하게 하고, 이는 제한적인 굴절각의 값으로 다시 작업하는 것을 가능하게 한다.
일 구현예에 따르면, 입사 광선은 칩(63)의 진입면(64)을 통해 수직으로 진입한다.
검출기(10; 70)에 의한 각도 범위(Δθ 또는 Δθ') 내의 반사된 방사선들의 강도의 검출은 플라즈몬 곡선의 전부 또는 일부를 발생시키는 것을 가능하게 하며, 그 관심 대상인 주요 구역들은 다음과 같다:
- 최소 플라즈몬 감도;
- "플라즈몬의 플랭크(flank)"로도 지칭되는, 감도가 가장 높은(즉, 플라즈몬의 미분 계수가 가장 높은) 각도 범위;
- (굴절 시스템으로부터 총반사 시스템으로 상황이 바뀌는) 제한적인 굴절각의 영역 내의 구역.
도 10 및 도 11은 상이한 각도 연구 범위들을 갖는 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택된 3개의 구역들(n + m = 3; 도 10에 대해 각도 범위(Δθ1) 및 도 11에 대해 각도 범위(Δθ'1)를 갖는 제1 돌출부, 도 10에 대해 각도 범위(Δθ2) 및 도 11에 대해 각도 범위(Δθ'2)를 갖는 제2 공동 및/또는 돌출부, 및 도 10에 대해 각도 범위(Δθ3) 및 도 11에 대해 각도 범위(Δθ'3)를 갖는 제3 공동 및/또는 돌출부)에 대한 플라즈몬 곡선을 나타낸다.
도 10은 β = 0일 때(기울기 없음), n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택된 3개의 구역들(n + m = 3)의 각도 범위들을 나타내는 반면, 도 11은 β ≠ 0일 때(기울기 있음), n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택된 3개의 구역들(n + m = 3)의 각도 범위들을 나타낸다.
도 10에서, 즉 β = 0일 때(기울기 없음), 연구되는 3개의 각도 범위들은 각도(θ)를 중심으로 놓인다. 구역들 각각의 폭은 돌출부들 또는 돌출부들 및 공동들 각각의 곡률 반경(R) 및 정점에서의 각도(2α)에 의해 정의된다. 따라서, 각도(θ)의 선택은 모든 관심 구역들을 가능한 한 잘 관찰하기 위해 필수적이다. 그러므로, 연구되는 구역들의 곡률 반경에 따라, 플라즈몬 곡선의 다소 큰 각도 범위를 탐구하는 것이 가능하다. 구역들이 임의의 기울기(β)를 보이지 않는 경우(도 10에 해당됨), 이러한 각도 범위는 항상 동일한 값(θ)을 중심으로 놓일 것이다.
도 11에서, 즉 β ≠ 0일 때(기울기 있음), 3개의 각도 범위들(Δθ'1, Δθ'2, Δθ'3)은, 각각이 상이한 각도들(Δθ)에 의해 정의되는 각도들(γ'1, γ'2, γ'3)을 중심으로 각각 놓이게 된다.
이러한 상황에서(기울기 있음), 각도 범위들은 동일한 값을 중심으로 놓이지 않는다. 따라서, 단일 각도에서 입사 광선을 가지면서, 플라즈몬 곡선의 가변 각도 범위를 탐구하는 것이 가능하여, 입사 광선의 각도 회전을 수행하기 위해 보통 사용되는 가동 부품들을 생략하는 것을 가능하게 한다.
다른 구현예에 따르면, 측정 방법은 또한 칩의 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들의 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
도 12는 매트릭스 검출기 상의 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택된 3개의 구역들(n + m = 3)의 이미지(도 11의 플라즈몬 곡선)를 나타내는데, 밝은 부분들(회색 음영) 사이의 어두운 부분은 공동간 및/또는 돌출부간 표면들을 나타내고, 이들은 평탄한 표면들이기 때문에 일정한 반사율을 갖는다.
그러므로, 본 발명에 따르면, (기계 부품이 움직이지 않으므로) 일정하며 광학 시스템의 아키텍처에 의해 고정되는 입사각(θ)을 인지한 상태에서, (각도(α) 및 직경(d)은 곡률 반경(R)에 의해 서로로부터 추론되기 때문에, 곡률 반경(R) 및 각도(α) 또는 곡률 반경(R) 및 직경(d)을 선택함으로써) 검출기 상에 선택적으로 이미징될 각도 범위(Δθ), 및 분석될 다양한 종들에 따른 미세구조의 (기울기(β)를 선택한) 평균 각도(γ'평균; γ'평균 = θ + 2β)를 선택하는 것이 가능하다. 이러한 선택은 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 각각에 대해 이루어질 수 있어서, 동일한 칩에 고정화된 몇몇 유형의 종들에 대해 적응하는 것을 가능하게 한다.
마찬가지로, 선택은 칩에 사전 고정화된 종과 상호작용할 종의 유형에 따라 이루어질 수 있다: 따라서, 돌출부들 또는 돌출부들 및 공동들 각각을 구해진 종에 "적응"시키는 것이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 또 다른 주제는 생체분자 상호작용들을 측정하기 위한, 본 발명에 따른 장치의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 단지 예시로 주어지며 제한적이지 않은 실시예들에 의해 설명된다.
실시예 1: 단백질 칩 - 상호작용 동역학에 있어서 외부 매체의 지수의 실시간 모니터링 및 교정
도 13에는, 16개의 돌출부들을 포함하는 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 미세구조 칩이 도시되어 있다.
플라즈몬 효과를 얻기 위해, 48㎚의 두께를 갖는 금층이 스퍼터링에 의해 상기 칩의 상면에 증착되었다.
TM 편광에 있어서, 최소 반사율은 28°각도(θ) 주위에서 얻어진다.
16개의 돌출부들은 500㎛의 직경(d) 및 500㎛의 길이(L)를 갖는 4 × 4 반원통형 표면들의 정규 매트릭스에 따라 분포되며, 각각은 1㎜의 중심대중심(CTC) 간격만큼 이격된다.
4개의 상이한 종들이 관심 리간드들로 기능화되는 폴리피롤막의 전기중합법에 의해 공유 고정화되었다. 따라서, 돌출부들에 존재하는 종들은 다음과 같다:
- 라인(L1) 위: 단일클론 항-마우스 항체들,
- 라인(L2) 위: 융모 성선 자극 호르몬(hCG, 몇몇 암 변이들의 바이오마커로서 수반됨)에 대한 단일클론 항체들,
- 라인(L3) 위: 리스테리아 모노사이토제니스 박테리아에 대한 단일클론 항체들,
- 라인(L4) 위: 우혈청 알부민(BSA).
칩은 편광 및 시준된 단색 입사 방사선으로 조사되며, 돌출부들에 의해 반사된 방사선들의 강도는 CMOS 검출기에 의해 검출된다.
열들(C1, C2, C3)의 돌출부들의 반원통형 표면들은 (약 3°플라즈몬 곡선의 각도 연구 구역(Δθa)에 상응하는) 9.5㎜의 곡률 반경을 갖고, 열(C4)의 돌출부들은 (약 15°각도 연구 구역(Δθb)에 상응하는) 1.9㎜의 곡률 반경을 갖는다. 도 10에서, 각도 범위들(Δθa, Δθb)은 각도 범위들(Δθ1, Δθ3)에 각각 대응한다.
hCG 단백질을 포함하는 미지의 광학 지수를 갖는 액체가 돌출부들에서 칩과 접촉한다. 신호의 특성 변동이 시간의 함수로서 라인(L2)의 돌출부들에서 관찰되지만, 다른 돌출부들에서는 관찰되지 않는데, 이는 특정한 상호작용이 항-hCG 단일클론 항체들에서 일어나지만, 다른 고정화된 단백질들에선 일어나지 않기 때문이다.
아울러, (L2, C4)에 위치한 돌출부들은 전체 플라즈몬 곡선이 검출기 상에서 시각화될 수 있게 하는 곡률 반경을 갖기 때문에, 제한적인 굴절각의 각도 값이 쉽게 결정될 수 있고, 그에 따라 액체 매체의 미지의 지수를 추론하는 것이 가능하다.
그러므로, 이러한 지수를 인지한 상태에서, 항-hCG 단일클론 항체들에 대한 hCG 단백질들의 부착과 연관된 신호의 변동으로부터, 외부 매체와 연관된 신호의 변동을 상호관련되지 않게 함으로써, (L2, C1), (L2, C2), 및 (L2, C3)에 위치한 돌출부들의 신호의 변동을 정확하게 판단하는 것이 가능하다.
실시예2: 시가 독소-생성 대장균 박테리아들을 연구하기 위한 칩
본 실시예에서는, 식품 공업에서 유래된 시료 내의 시가 독소-생성 대장균(STEC) 박테리아들의 존재를 연구하였다.
이러한 분류의 박테리아들의 예로, O157:H7, O26:H11, 또는 O103:H2 변종들이 있다. 이러한 유형의 박테리아들 및 이들이 생성하는 시가 독소들은 생명을 위협할 수 있는 심각한 장 문제의 원인이 된다. 이러한 시가 독소들의 크기 및 분자량(수 나노미터의 직경 및 약 68kDa의 분자량)은 대장균 박테리아의 크기 및 분자량(약 천만 배 더 무거움)과 매우 상이하다. 그 결과로, 이러한 두 유형의 과들(families)의 부착을 위한 플라즈몬 신호들은 매우 상이하다. 따라서, 종래의 SPR 장치로는, 동일한 실험 및 실시간으로 이러한 박테리아들 및 이러한 독소들 모두를 연구하는 것이 가능하지 않다. 이는, 곡선이 박테리아들의 부착의 경우 0.1°에 가깝게 각도 이동하는 반면, 독소의 경우 0.01°미만으로만 이동할 것이기 때문이다(이는 종래의 SPR 방법들에 의해 쉽게 검출될 수 없다).
본 실시예는, 특정한 아키텍처를 갖는 본 발명에 따른 미세구조 칩을 사용함으로써, 한 번의 실험 중에 상이한 크기들을 갖는 2개의 생물학적 종들을 연구하는 것이 가능하다는 것을 입증한다.
600㎛의 직경 및 800㎛의 길이를 갖는 2개의 반원통형 돌출부들을 포함하는 폴리카보네이트로 이루어진 칩이 제조된다.
상기 칩의 상면은 플라즈몬 효과를 얻기 위해 스퍼터링에 의해 증착되는 2㎚의 두께를 갖는 크롬층 및 48㎚의 두께를 갖는 금층으로 덮인다.
제1 돌출부는 0°의 기울기(β)를 보이며, 제2 돌출부는 0.5°의 기울기(β)를 보인다.
칩은 편광 및 시준된 단색 입사 방사선으로 조사되며, 돌출부들의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도는 CCD 검출기에 의해 검출된다.
광학 시스템의 평균 입사각은 시스템의 아키텍처에 의해 기계적으로 고정되며, 26.5°에 상응한다.
2개의 돌출부들의 곡률 반경 역시 상이한데, (3°각도 연구 범위(Δθ)에 대응하는) 제1 돌출부에 대해 11.5㎜이며, (0.3°각도 분석 범위(Δθ')에 대응하는) 제2 돌출부에 대해 100㎜이다(도 14).
O157:H7 박테리아에 대한 단일클론 항체들은 제1 돌출부에 균일하게 공유 고정화되고, 특히 이 박테리아가 분비하는 시가 독소들에 대한 단일클론 항체들은 제2 돌출부에 고정화된다.
이러한 2개의 돌출부들로부터 발생된 2개의 플라즈몬 곡선들은 반응 전에 동일한 플라즈몬 공명각(약 26.7°)을 보인다.
다량의 O157:H7 박테리아들을 포함하는 혼합물이 칩의 민감한 표면(즉, 돌출부들)과 접촉할 때, 이들 중 일부는 특히 제1 돌출부의 항체들과 상호작용한다. 박테리아들은 (무거운 중량으로 인해) SPR에 의해 잘 검출되는 분자들이기 때문에, 플라즈몬 곡선은 제1 돌출부를 이미징하는 검출기에 의해 매우 잘 포착될 정도로 충분히 이동된다. 아울러, 이러한 박테리아는 또한 동일한 실험 중에 시가 독소들을 분비한다.
제2 돌출부는 약간의 기울기(β = 0.5°), 및 연구되는 훨씬 더 작은 각도 폭(Δθ' = 0.3°)을 보인다. 그러므로, 제2 돌출부의 측정 감도가 더 크며, 제2 돌출부의 항체들에 결합되는 시가 독소들을 검출하는 것이 가능하다. 도 15 및 도 16은 박테리아들 및 독소들 각각과의, 돌출부들 각각에 고정화된 항체들의 상호작용 전후에, 2개의 돌출부들에 대해 검출기 상에 얻어진 신호들을 나타낸다.
따라서, 본 실시예는 본 발명에 따른 칩이 한 번의 실험 중에 측정될 종에 대한 측정 역학 및 감도를 조절하는 것을 가능하게 한다는 것을 보여준다.

Claims (21)

  1. 기저면(5; 77), 적어도 일부가 금속층(2; 22; 42; 52; 62)으로 덮이는 상면(4; 44), 및 적어도 하나의 측면(55; 66)으로 이루어진 입방체의 형태인, 표면 플라즈몬 공명(SPR) 분석을 위한 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63)에 있어서,
    상기 상면은 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들로부터 선택되는, 분석될 종을 수용하도록 의도된 마이크로미터 크기의 구역들을 구비하며;
    n　+　m　≥　2일 때(n은 1 내지 j, m은 0 내지 i, j와 i는 정수), 상기 구역들은 평탄한 표면들에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 돌출부들 및 상기 m개의 공동들로부터 선택되는 적어도 하나의 구역은 상기 금속층으로 덮이는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    m = 0인 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    m > 0인 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기저면(5; 77)은 평탄한 표면인 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상면(4; 44)은 상기 기저면(5; 77)에 평행한 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면(55; 66)은 평탄한 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면(55; 66)은 평탄한 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면(55; 66)은 상기 기저면(5; 77) 또는 상기 상면(4; 44)에 수직하는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측면(55; 66)은 상기 기저면(5; 77) 및 상기 상면(4; 44)에 수직하는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61)은 바람직하게는 0.1㎜ 내지 600㎜의 곡률 반경(R)을 갖는 만곡된 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61)은 동일한 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61) 중 적어도 하나는 다른 것들과 상이한 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61) 중 적어도 하나는 각도(β; 0°< β ≤ 80°)의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기저면(5; 77)으로부터 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61) 사이의 평탄한 표면들을 분리하는 간격들 중 적어도 하나는 다른 간격들과 상이한 것을 특징으로 하는 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63).
  16. SPR 분석 장치에 있어서,
    입사 광선을 발생시키도록 의도된 광원(7);
    선택적으로, 광학 시준 시스템(8);
    편광 시스템(6);
    상기 입사 광선의 광로 내에 배치되는 제1항 내지 제15항 중 한 항에 따른 미세구조 칩(3; 33; 43; 53; 63);
    선택적으로, 광학 이미징 시스템(9; 69);
    검출기(10; 70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시준 시스템(8) 및 선택적으로 상기 편광기(6)는 진입면(54; 64)에 고정되고/고정되거나, 상기 광학 이미징 시스템(9; 69) 및 상기 검출기(10; 70)는 탈출면(57; 67)에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. SPR 측정 방법에 있어서,
    (i) 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 제1항 내지 제15항 중 한 항에 따른 미세구조 칩의 진입면을 통해 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에, (ii) 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출함으로써, 초기 상태를 검출하는 단계;
    적어도 하나의 유체를 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면과 접촉시키는 단계;
    사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 상기 유체를 포함하는 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에; 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 광학 두께 변경을 실시간으로 연속 모니터링하기 위해, 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출하는 단계(n > 0 및 m ≥0)를 포함하는 방법.
  19. SPR 측정 방법에 있어서,
    제1항 내지 제15항 중 한 항에 따른 미세구조 칩의, 금속층으로 덮인 상면에 리간드들을 고정화하는 단계;
    (i) 사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에, (ii) 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출함으로써, 초기 상태를 검출하는 단계;
    적어도 하나의 유체를 상기 미세구조 칩의 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면과 접촉시키는 단계;
    사전 편광되고 선택적으로 시준된 단색 입사 광선에 의해 미세구조 칩의 진입면을 통해 상기 유체를 포함하는 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면을 조사하는 동시에; 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 광학 두께 변경을 실시간으로 연속 모니터링하기 위해, 탈출면을 통해 탈출하는, 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들 중 적어도 하나의 민감한 표면에 의해 반사된 방사선들의 강도를 검출하는 단계(n > 0 및 m ≥0)를 포함하는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    상기 방법은 상기 칩의 상기 n개의 돌출부들 및 m개의 공동들(1; 11; 41; 51; 61)의 이미지를 생성하는 최종 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 생체분자 상호작용들을 측정하기 위한, 제16항 또는 제17항에 따른 장치의 용도.
KR1020147013729A 2011-10-26 2012-10-25 표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도 KR102103610B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1159720A FR2982028B1 (fr) 2011-10-26 2011-10-26 Puce microstructuree comprenant des surfaces convexes pour analyse par resonance des plasmons de surface, dispositif d'analyse contenant ladite puce microstructuree et utilisation dudit dispositif
FR1159720 2011-10-26
PCT/FR2012/052452 WO2013060989A1 (fr) 2011-10-26 2012-10-25 Puce microstructurée comprenant des surfaces convexes pour analyse par résonance des plasmons de surface, dispositif d'analyse contenant ladite puce microstructurée et utilisation dudit dispositif

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140114335A true KR20140114335A (ko) 2014-09-26
KR102103610B1 KR102103610B1 (ko) 2020-05-29

Family

ID=47263407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147013729A KR102103610B1 (ko) 2011-10-26 2012-10-25 표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9739713B2 (ko)
EP (1) EP2780693B1 (ko)
KR (1) KR102103610B1 (ko)
CN (1) CN104081187B (ko)
BR (1) BR112014009983A2 (ko)
CA (1) CA2853388A1 (ko)
FR (1) FR2982028B1 (ko)
WO (1) WO2013060989A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105980580B (zh) 2013-11-17 2020-03-03 宽腾矽公司 用于探测、检测和分析分子的光学系统和测定芯片
FR3019473B1 (fr) 2014-04-04 2016-05-06 Prestodiag Methode d'analyse microbiologique d'un echantillon dans un conteneur unique
JP6607635B2 (ja) * 2015-09-09 2019-11-20 学校法人 東洋大学 測定用器具
JP7391828B2 (ja) 2017-07-24 2023-12-05 クアンタム－エスアイ インコーポレイテッド 携帯型大規模並列バイオ光電子機器
CN111766222B (zh) * 2020-07-24 2022-03-15 江苏致微光电技术有限责任公司 一种基于柔性基底的lspr传感器及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020115224A1 (en) * 2001-02-16 2002-08-22 Ulrich Rudel Method for the preparation of optical (bio)chemical sensor devices
JP2003121349A (ja) * 2001-08-07 2003-04-23 Mitsubishi Chemicals Corp 表面プラズモン共鳴センサチップ、並びにそれを用いた試料の分析方法及び分析装置
US20080198376A1 (en) * 2004-05-19 2008-08-21 Vladimir Poponin Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by sers
US20090122310A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-14 3M Innovative Properties Company Method of making microarrays

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE462408B (sv) 1988-11-10 1990-06-18 Pharmacia Ab Optiskt biosensorsystem utnyttjande ytplasmonresonans foer detektering av en specific biomolekyl, saett att kalibrera sensoranordningen samt saett att korrigera foer baslinjedrift i systemet
DE60141956D1 (de) 2000-03-14 2010-06-10 Spring Systems Ab Spr-vorrichtung mit verbesserter abbildung
CA2431399C (fr) 2000-12-13 2009-04-28 Institut D'optique Theorique Et Appliquee Procede de caracterisation d'une surface, et dispositif pour sa mise en oeuvre
FR2860872A1 (fr) 2003-10-09 2005-04-15 Commissariat Energie Atomique Micro-capteurs et nano-capteurs d'especes chimiques et biologiques a plasmons de surface
US6990259B2 (en) * 2004-03-29 2006-01-24 Sru Biosystems, Inc. Photonic crystal defect cavity biosensor
JP2005337771A (ja) * 2004-05-25 2005-12-08 National Institute For Materials Science ナノ構造を有する集積化ピラー構造光学素子
JP2006017648A (ja) 2004-07-05 2006-01-19 Fuji Photo Film Co Ltd 測定装置
EP1913366B1 (en) * 2005-08-11 2010-06-09 SRU Biosystems, Inc. Grating-based sensor combining label-free binding detection and fluorescence amplification
US7576863B2 (en) 2007-02-15 2009-08-18 Gwc Technologies, Inc. Horizontal surface plasmon resonance sensor apparatus
WO2009021964A2 (en) * 2007-08-13 2009-02-19 Dublin City University Optical biochip platform with plasmonic structure
CN101144809B (zh) * 2007-10-17 2013-02-27 中国科学院光电技术研究所 一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法
WO2009120983A2 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Rensselaer Polytechnic Institute Ultra-low reflectance broadband omni-directional anti-reflection coating
CN101477046B (zh) * 2009-01-09 2011-09-14 清华大学 基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测方法及系统
EP2264438A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-22 The European Union, represented by the European Commission A surface plasmon resonance sensing method and sensing system
WO2011014176A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire-based systems for performing raman spectroscopy
JP6046491B2 (ja) * 2009-12-16 2016-12-21 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ コンフォーマル電子機器を使用した生体内での電気生理学
US8319963B2 (en) * 2010-04-30 2012-11-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Compact sensor system
CN102169088B (zh) * 2010-12-31 2013-02-13 清华大学 单分子检测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020115224A1 (en) * 2001-02-16 2002-08-22 Ulrich Rudel Method for the preparation of optical (bio)chemical sensor devices
JP2003121349A (ja) * 2001-08-07 2003-04-23 Mitsubishi Chemicals Corp 表面プラズモン共鳴センサチップ、並びにそれを用いた試料の分析方法及び分析装置
US20080198376A1 (en) * 2004-05-19 2008-08-21 Vladimir Poponin Optical sensor with layered plasmon structure for enhanced detection of chemical groups by sers
US20090122310A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-14 3M Innovative Properties Company Method of making microarrays

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014009983A2 (pt) 2019-10-01
US9739713B2 (en) 2017-08-22
US20140293284A1 (en) 2014-10-02
CN104081187B (zh) 2018-09-21
EP2780693A1 (fr) 2014-09-24
KR102103610B1 (ko) 2020-05-29
CN104081187A (zh) 2014-10-01
EP2780693B1 (fr) 2020-03-25
WO2013060989A1 (fr) 2013-05-02
CA2853388A1 (fr) 2013-05-02
FR2982028A1 (fr) 2013-05-03
FR2982028B1 (fr) 2020-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6306620B2 (ja) 導波モード共振センサアセンブリ
CA2598118C (en) Method for spectroscopy of surface plasmons in surface plasmon resonance sensors and an element for the use thereof
US7869032B2 (en) Biosensors with porous dielectric surface for fluorescence enhancement and methods of manufacture
US20100252751A1 (en) Microelectronic opiacal evanescent field sensor
KR102103610B1 (ko) 표면 플라즈몬 공명 분석을 위한 볼록면들을 포함하는 미세구조 칩, 상기 미세구조 칩을 포함하는 분석 장치, 및 상기 장치의 용도
US20090181857A1 (en) System and method for producing a label-free micro-array biochip
US20170268995A1 (en) Multimode spectroscopy apparatuses and methods
US9746467B2 (en) Microstructured chip for surface plasmon resonance analysis, analysis device containing said microstructured chip and use of said device
KR100860267B1 (ko) 표면 플라즈몬 공명 센싱 시스템
US20190250100A1 (en) Biomarker detection apparatus
GB2586453A (en) Analyzing system for multi-well sample carriers
Abdulhalim II et al. Resonant and scatterometric grating-based nanophotonic structures for biosensing
KR100588987B1 (ko) 표면 플라즈몬 공명현상을 이용한 광학적 분석장치 및 그 분석방법
Vala Complex diffractive structures for surface plasmon resonance sensors
Cho et al. High-throughput detection of human salivary cortisol using a multiple optical probe based scanning system with micro-optics and nanograting coupled label-free microarray
Homola et al. Surface plasmon resonance biosensors
Buchanan-vega Applications of the Guided-Mode Resonance Sensor in Multiparametric, Transmissive, and Picomolar Regimes
Piliarik High-Throughput Biosensor Based on Surface Plasmon Resonance Imaging
Piliarik et al. Compact multi-channel high-sensitivity biosensor based on spectroscopy of surface plasmons
Cunningham Photonic crystals: a versatile platform for optics-based biological detection
WO2023191739A1 (en) A nanoplasmonic biosensor
Cunningham Photonic crystal biosensors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant