MX2015006707A - Dispositivo para usarse en la deteccion de afinidades de enlace. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace, el dispositivo comprende una guía de onda plana dispuesta sobre un sustrato, y además comprende un acoplador óptico que tiene una longitud predeterminada para acoplar luz coherente de una longitud de onda predeterminada hacia el interior la guía de onda plana de tal manera que un haz paralelo de luz coherente se propague a través de la guía de onda plana con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior de la guía de onda plana. La superficie exterior de la guía de onda plana comprende sitios de enlace sobre la misma capaces de enlazar muestras objetivo a los sitios de enlace de tal manera que la luz del campo evanescente es difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace. Los sitios de enlace están dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas que corren paralelas la una a la otra con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes. Las líneas rectas predeterminadas están dispuestas en un ángulo relativo a la dirección de propagación del campo evanescente de tal manera que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacte bajo un ángulo de difracción relativo a las líneas rectas sobre un acoplador óptico adicional dispuesto en una porción de la guía de onda plana fuera del haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. El acoplador óptico adicional acopla la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana de tal manera que interfiera en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada.

Description

DISPOSITIVO PARA USARSE EN LA DETECCIÓN DE AFINIDADES DE ENLACE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace al igual que a un sistema para la detección de afinidades de enlace de acuerdo con la reivindicación independiente respectiva.

Tales dispositivos son usados, por ejemplo, como biosensores en una gran variedad de aplicaciones. Una aplicación particular es la detección o monitoreo de procesos o afinidades de enlace. Por ejemplo, con la ayuda de tales biosensores varios ensayos que detectan el enlace de muestras objetivo con sitios de enlace, pueden ser llevados a cabo. Típicamente, un gran número de tales ensayos son llevados a cabo en un biosensor en los puntos que están dispuestos en una micromatriz bidimensional sobre la superficie del biosensor. El uso de micromatrices proporciona una herramienta para la detección simultánea de los procesos o afinidades de enlace de diferentes muestras objetivo en pruebas diagnósticas de cribado de alto rendimiento, en donde un gran número de muestras objetivo como moléculas, proteínas o ADN pueden ser analizadas rápidamente. Para detectar las afinidades de las muestras objetivo para enlazarse a sitios de enlace específicos (por ejemplo las afinidades de Ref. 255137 moléculas objetivo para enlazarse con diferentes moléculas de captura), un gran número de sitios de enlace es inmovilizado sobre la superficie del biosensor en puntos los cuales pueden ser aplicados, por ejemplo, por medio de manchado de inyección de tinta o fotolitografía. Cada punto forma una zona de medición individual para un tipo predeterminado de moléculas de captura. La afinidad de una muestra objetivo a un tipo específico de moléculas de captura es detectada y es usada para proporcionar información sobre la afinidad de enlace de la muestra objetivo.

Una téenica conocida para detectar afinidades de enlace de muestras objetivo utiliza etiquetas las cuales son capaces de emitir luz fluorescente tras excitación. Por ejemplo, marcas fluorescentes pueden ser utilizadas como etiquetas para etiquetar las muestras objetivo. Tras excitación, las marcas fluorescentes son causadas para emitir luz fluorescente que tiene un espectro de emisión característico. La detección de este espectro de emisión característico en un punto particular, indica que la molécula objetivo etiquetada se ha enlazado al tipo particular de sitio de enlace presente en el punto respectivo.

Un sensor para detectar muestras objetivo etiquetadas es descrito en el artículo "Zeptosens' Protein microarrays: A novel high performance microarray platform for low abundance protein analysis", Proteomics 2002, 2, S.383-393 Wilcy-VCH Verlag Ginbh, 69451 Weinheim, Alemania. El sensor ahí descrito, comprende una guía de onda plana dispuesta sobre un sustrato, y una rejilla para acoplar luz coherente de una longitud de onda predeterminada en la guía de onda plana. Una rejilla adicional es dispuesta en el extremo de la guía de onda plana remota de la rejilla para acoplar la luz en la guía de onda. La luz coherente que se ha propagado a través de la guía de onda plana es acoplada fuera de la guía de onda por medio de la rejilla adicional. La luz acoplada fuera es utilizada para el ajuste del acoplamiento de luz coherente de una longitud de onda predeterminada dentro de la guía de onda plana. La luz coherente se propaga a través de la guía de onda plana bajo reflexión total con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de la superficie exterior de la guía de onda plana. La profundidad de penetración del campo evanescente dentro del medio de índice de refracción inferior en la superficie exterior de la guía de onda plana, está en el orden de magnitud de una fracción de la longitud de onda de la luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. El campo evanescente excita las marcas fluorescentes de las muestras objetivo etiquetadas enlazadas a los sitios de enlace dispuestos sobre la superficie de la guía de onda plana. Debido a la muy pequeña penetración del campo evanescente hacia el interior del medio ópticamente más delgado en la superficie exterior de la guía de onda plana, solo las muestras etiquetadas enlazadas a los sitios de enlace inmovilizados sobre la superficie exterior de la guía de onda plana son excitadas. La luz fluorescente emitida por estas marcas, es entonces detectada con la ayuda de una cámara CCD.

Mientras que es principalmente posible detectar las afinidades de enlace utilizando etiquetas fluorescentes, ésta téenica es desventajosa en que la señal detectada es producida por medio de las etiquetas en vez de por los socios de enlace mismos. Adicionalmente, etiquetar las muestras objetivo requiere pasos de trabajo adicionales. Más aún, las muestras objetivo etiquetadas son comparativamente caras. Otra desventaja es la falsificación de los resultados causada por impedimento estérico de las etiquetas fluorescentes en la muestra objetivo, lo cual puede interferir con el enlace de las muestras objetivo a las moléculas de captura. Desventajas adicionales son la falsificación de los resultados debido al fotoblanqueo de las etiquetas o efectos de temple.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace de una muestra objetivo así como un sistema capaz de detectar tales afinidades de enlace que superen o por lo menos reduzcan en gran medida las desventajas del sensor del arte previo descrito anteriormente.

De acuerdo con la invención, este objetivo es alcanzado por medio de un dispositivo para ser usado en la detección de afinidades de enlace. El dispositivo comprende una guía de onda plana dispuesta sobre un sustrato, y adicionalmente comprende un acoplador óptico de una longitud predeterminada para acoplar la luz coherente de una longitud de onda predeterminada hacia el interior de la guía de onda plana de tal manera que un haz paralelo de luz coherente se propague a través de la guía de onda plana con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior de la guía de onda plana. La superficie exterior de la guía de onda plana comprende sitios de enlace sobre la misma, capaces de enlazar muestras objetivo a los sitios de enlace de tal manera que la luz del campo evanescente sea difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace. Los sitios de enlace son dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas que corren paralelas las unas con las otras, con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes. Las líneas rectas predeterminadas están dispuestas en un ángulo b relativo a la dirección de propagación del campo evanescente de tal manera que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacte bajo un ángulo de difracción a relativo a las líneas rectas sobre un acoplador óptico adicional dispuesto en una porción de la guía de onda plana fuera del haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. El acoplador óptico adicional acopla la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana de tal manera que interfiera en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. Téenicamente, el término "difractado" describe la interferencia de la luz coherente del campo evanescente que ya ha interactuado con muestras objetivo enlazadas con los sitios de enlace. La difracción causa que la luz coherente se propague a través de la guía de onda plana con un campo evanescente en la superficie exterior para interferir constructivamente bajo direcciones predeterminadas dentro de la guía de onda plana.

La detección de afinidades de enlace de acuerdo con la invención no está limitada a tipos específicos de muestras objetivo ni a cualquier tipo de sitios de enlace, sino que las características de enlace de las moléculas, proteínas, ADN, etc. pueden ser analizadas con respecto a cualquier tipo de sitios de enlace sobre la guía de onda plana. La detección de afinidades de enlace puede ser lograda de una manera libre de etiquetas. Alternativamente, los potenciadores de difracción (por ejemplo, etiquetas de difracción) los cuales dispersan fuertemente la luz pueden ser usados para incrementar la sensibilidad de detección. Tales potenciadores de difracción pueden ser una nanopartícula (sola o con un enlace) o en otro ejemplo una partícula coloidal. Ventajosamente, las características de enlace a ser analizadas pueden ser de tipo estático (por ejemplo, éstas pueden ser analizada si una muestra objetivo ha sido o no ha sido enlazada a los sitios de enlace) o de tipo dinámico (por ejemplo, las dinámicas de los procesos de enlace sobre el tiempo pueden ser analizadas). De acuerdo con la invención, el dispositivo comprende una guía de onda plana sobre un sustrato, la guía de onda plana que tiene un alto índice de refracción relativo al medio sobre la superficie exterior que forma el lado superior de la guía de onda plana. Por ejemplo, el índice de refracción de la guía de onda plana puede estar en el intervalo de 1.6 a 2.8, mientras que el índice de refracción del medio en la superficie de la guía de onda plana está típicamente en el intervalo de 1 a 1.6, en particular 1.33 - 1.4 por ensayo de amortiguación acuosa o de agua y 1 para aire. El índice de refracción efectivo N del modo de guía, el índice de refracción del medio en la superficie de la guía de onda plana y la longitud de onda predeterminada de la luz determinan la profundidad de penetración (distancia entre la superficie exterior de la guía de onda pana y el descenso de intensidad l/e2 del campo evanescente) del campo evanescente en el medio sobre la superficie exterior de la guía de onda plana. La profundidad de penetración es tal que el campo evanescente que penetra hacia afuera de la superficie exterior de la guía de onda plana es difractada en las muestra objetivo enlazada a los sitios de enlace dispuestos en la superficie exterior. En uso, la luz coherente de una longitud de onda predeterminada (la cual es preferiblemente monocromática) está acoplada por medio de un acoplador óptico hacia el interior de la guía de onda plana de modo que un haz paralelo de la luz coherente se propague a través de la guía de onda plana con el campo evanescente que se propaga a lo largo de la superficie exterior. El haz paralelo tiene una anchura que corresponde a la longitud predeterminada del acoplador óptico el cual es, en el caso de una rejilla óptica para acoplar la luz coherente en la guía de onda plana, la longitud de las líneas que definen la rejilla óptica. La longitud de onda predeterminada no está limitada a valores específicos sino que es preferida para estar en el intervalo de luz visible. La superficie exterior de la guía de onda plana comprende sitios de enlace sobre la misma. Los sitios de enlace son ubicaciones sobre la superficie exterior de la guía de onda plana a la cual una muestra objetivo puede enlazarse. Por ejemplo, los sitios de enlace pueden comprender moléculas de captura las cuales son inmovilizadas sobre la superficie exterior de la guía de onda plana, o pueden simplemente comprender ubicaciones activadas en la superficie exterior de la guía de onda plana las cuales son capaces de enlazar muestras objetivo a las ubicaciones activadas, o pueden ser incorporadas de cualquier otra manera adecuada para enlazar muestras objetivo en las ubicaciones deseadas sobre la superficie exterior de la guía de onda plana. En principio, los sitios de enlace son capaces de enlazar muestras objetivo de modo que la luz del campo evanescente sea difractada por muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace. De acuerdo con la invención, los sitios de enlace están dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas. La disposición de los sitios de enlace "a lo largo de las líneas rectas predeterminadas" representa el caso óptimo en el cual todos los sitios de enlace están dispuestos exactamente sobre las líneas rectas predeterminadas. Tal disposición óptima de los sitios de enlace resulta en una señal máxima en la ubicación de detección. Es obvio para los expertos en la materia, que en práctica la disposición de los sitios de enlace puede ser desviada a cierto punto desde tal disposición óptima sin perder una señal detectable en la ubicación de detección. Por ejemplo, la desviación puede ser causada por el método respectivo para disponer los sitios de enlace en la superficie exterior de la guía de onda plana, como será explicado a detalle a continuación. Las líneas rectas son tales que la luz difractada en las mismas interfiere constructivamente en un máximo de alta intensidad dentro de la guía de onda plana. Las líneas rectas predeterminadas corren paralelas la una con respecto de la otra con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes. Las distancias constantes preferidas entre las líneas rectas predeterminadas adyacentes son del orden de más de 100 nm. Para la distancia entre líneas predeterminadas adyacentes un intervalo de alrededor de 100 nm a alrededor de 1000 nm, en particular entre 300 nm - 600 nm es preferido. Los intervalos mencionados permiten el uso de luz UV suave e infrarroja cercana, visible cuya longitud de onda está en los intervalos de 350 nm a 1500 nm de modo que la luz difractada puede ser detectada por medios ópticos estándar. Las líneas rectas predeterminadas son dispuestas en un ángulo b en el intervalo de 10° a 70° relativo a la dirección de propagación del campo evanescente. La dirección de propagación es definida como que inicia desde el acoplador óptico y que se extiende en la dirección en la cual la luz coherente es acoplada hacia el interior de la guía de onda plana la cual está usualmente cerca de la perpendicular a las líneas de rejilla óptica que forman el acoplador óptico. La luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacta sobre el acoplador óptico adicional bajo el ángulo de difracción a relativo a las líneas rectas. El ángulo de difracción bajo el cual la luz interfiere constructivamente por medio de un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada depende de la distancia constante entre las líneas rectas adyacentes predeterminadas que toman en cuenta la longitud de onda predeterminada y los índices de refracción del sustrato, la guía de onda plana y del medio en la superficie exterior de la guía de onda en esta longitud de onda. Ya que la luz del campo evanescente que se propaga a lo largo de la superficie exterior de la guía de onda plana es coherente como es la luz que se propaga a través de la guía de onda plana, la luz coherente del campo evanescente es difractada coherentemente por los centros de difracción formados por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace los cuales son dispuestos sobre las diferentes líneas rectas predeterminadas. La luz difractada en cualquier ubicación puede ser determinada por medio de agregar las contribuciones desde cada uno de los centros de difracción individual. Ventajosamente la difracción interna de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana es de una eficiencia mayor comparada con la difracción de la luz guiada fuera de la guía de onda plana. Debido a que la difracción en las muestras objetivo enlazadas a sitios de enlace es usualmente más bien débil, la difracción dentro del plano de la guía de onda plana proporciona una sensibilidad de detección mejorada la cual incluso permite detectar números comparativamente pequeños de centros de difracción. El acoplador óptico adicional sobre el cual la luz difractada impacta puede ser una rejilla física adecuada para acoplar la luz fuera de la guía de onda plana. Un punto crucial adicional de la invención es que el acoplador óptico adicional es dispuesto en una porción de la guía de onda plana fuera del haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. Esto permite detectar la señal desde la luz difractada sin un fondo desde el haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. Debido a que la señal detectada en la ubicación de detección tiene menor señal de fondo, una mejor sensibilidad de detección es lograda lo cual permite detectar una señal causada por menos centros de difracción. Un máximo de la luz difractada es ubicado en la ubicación de detección predeterminada debido a que el acoplador óptico adicional es formado como una rejilla de modo que en la ubicación de detección predeterminada la longitud de ruta óptica de la luz difractada por las líneas diferentes de la rejilla difiere por un múltiplo entero de la longitud de onda de la luz. Para una señal máxima en la detección de la ubicación, la longitud de ruta óptica de la luz desde el acoplador óptico a las líneas rectas predeterminadas, desde ahí hasta el acoplador óptico adicional y desde ahí hasta la ubicación de detección predeterminada es también un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. Así la luz difractada por las muestras objetivo enlazada a los sitios de enlace, interfiere constructivamente en una ubicación de detección predeterminada. El requisito de interferencia constructiva es cumplido por la luz difractada la cual se agrega a la señal detectable en la ubicación de detección.

De acuerdo con un aspecto ventajoso de la invención, la distancia constante d entre las líneas rectas adyacentes, es escogida para cumplir la condición de Bragg 2Ndsen(a)=kA, en donde N es el índice de refracción efectivo del modo guiado en la guía de onda plana, d es la distancia entre las líneas rectas predeterminadas adyacentes, a es el ángulo de difracción, k es el número del máximo de intensidad y l es la longitud de onda en el vacío de la luz que se propaga. Es importante notar que la distancia entre líneas rectas predeterminadas adyacentes d en la cual la interferencia constructiva en una ubicación de detección predeterminada ocurre depende del índice de refracción efectivo N el cual, en turno, depende del índice de refracción del medio en la superficie exterior de la guía de onda. Ventajosamente, la distancia entre líneas rectas predeterminadas adyacentes d es escogida para tener en cuenta el cambio en el índice de refracción para diferentes muestras aplicadas a la superficie exterior. Una distancia constante d entre líneas adyacentes incluye explícitamente pequeños cambios en la distancia entre líneas adyacentes. Tal gradiente en la distancia entre líneas adyacentes sobre la pluralidad de líneas predeterminadas permite el cumplimiento de la condición de Bragg en solo una fracción de la pluralidad de líneas predeterminadas.

De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la invención, las líneas rectas predeterminadas son dispuestas en un ángulo b en el intervalo de 10°-70° relativo a la dirección de propagación del campo evanescente. La luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impactan bajo el ángulo de difracción a (que es igual a b) relativo a las líneas rectas sobre el acoplador óptico adicional. Disponer las líneas rectas predeterminadas y el acoplador óptico adicional en ángulos fijos es ventajoso para la preparación de líneas rectas predeterminadas sobre la superficie exterior del dispositivo, el cual tiene una orientación fijada en el mismo.

De acuerdo con un aspecto ventajoso adicional de la invención, el acoplador óptico adicional comprende una pluralidad de líneas de rejilla. Cada una de la pluralidad de líneas de rejilla tiene una curvatura respectiva y distancia entre líneas de rejilla adyacentes de modo que el acoplador óptico adicional sea capaz de acoplar la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana de modo que interfiera en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. La pluralidad de líneas de rejilla puede tener un eje de simetría que se extiende relativo a las líneas rectas predeterminadas bajo el ángulo de difracción a. Esta simetría persevera a una pluralidad de líneas de rejilla en el acoplador óptico adicional con una estructura simétrica similar a rejilla curva de una distancia decreciente entre las líneas de rejilla adyacentes de modo que la luz de una sola longitud de onda predeterminada acoplada afuera de la guía de onda plana, cumpla con la condición de que la diferencia en la longitud de ruta óptica es un múltiple entero de la sola longitud de onda predeterminada en la ubicación de detección. Disponer el eje de simetría bajo el ángulo de difracción, permite a la detección de ubicación incluir el eje central de la rejilla óptica circular formada.

De acuerdo con aún otro aspecto ventajoso adicional de la invención, la pluralidad de líneas rectas predeterminadas es dispuesta en una zona efectiva sobre la guía de onda plana. La zona efectiva tiene una anchura equivalente a la longitud del acoplador óptico de modo que toda la zona efectiva sea iluminada por el campo evanescente de la luz coherente acoplada hacia el interior de la guía de onda plana por el acoplador óptico. El haz que se propaga en la guía de onda tiene un ángulo pequeño de divergencia de modo que el incremento del ancho del haz comparado con la otra dimensión del dispositivo, es insignificante. Así la anchura de la zona efectiva puede generalmente ser escogida idéntica a la longitud del acoplador óptico para iluminar toda la zona efectiva. En práctica, sin embargo, la anchura de la zona efectiva es más pequeña comparada con la longitud del acoplador óptico. Como un ejemplo, la anchura de la zona efectiva es de 310 mm mientras que la longitud del acoplador óptico es de 400 pm.

De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la invención, al menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas son dispuestas sobre la guía de onda plana una después de la otra en la dirección de propagación del campo evanescente. Un acoplador óptico respectivo adicional es dispuesto relativo a cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas de modo que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace, dispuestas a lo largo de las líneas rectas de la pluralidad respectiva de líneas rectas, impacta bajo un ángulo de difracción a sobre el acoplador óptico respectivo adicional. Por medio de disponer la pluralidad de líneas rectas predeterminadas una después de la otra en la dirección de propagación del campo evanescente, el campo evanescente del haz penetra sobre (difracta en) todas las pluralidades de líneas rectas predeterminadas dispuestas de tal manera que permita la detección simultánea de afinidades de enlace en una multitud de muestras.

En un aspecto alternativo preferido de la invención, las al menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas, tienen cada una la misma distancia constante d entre líneas rectas adyacentes. La misma distancia constante d entre líneas rectas adyacentes de cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas permite una detección redundante de afinidades de enlace en una multitud de muestras.

En un aspecto alternativo preferido adicional de la invención, las por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas tienen cada una distancia constante diferente di...n entre líneas rectas adyacentes. La distancia constante diferente di...n puede cubrir un intervalo de distancia constante el cual corresponde a un intervalo de índices de refracción detectables en el medio, en la superficie exterior de la guía de onda. El intervalo de índices de refracción detectables permite detectar afinidades de enlace para muestras en el medio con índices de refracción diferentes o desconocidos. El índice de refracción en las muestras que son traídas a contactar con la superficie del sensor, puede variar en el intervalo de unos pocos porcientos debido a la composición diferente. En un aspecto preferido adicional de la invención, la distancia constante di...n entre líneas rectas adyacentes de pluralidades adyacentes de líneas rectas predeterminadas difiere en pasos de 0.5 a 3 nm. Tener pluralidades de líneas rectas predeterminadas con una diferencia en la distancia constante di...n la cual cambia en pasos iguales, permite cuantificar convenientemente las afinidades de enlace en muestras de índices de refracción diferentes o desconocidos en el intervalo de índices de refracción detectables conocidos. La interferencia constructiva en una ubicación de detección predeterminada ocurre cuando la distancia d de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas coincide con la condición de Bragg para el índice de refracción de la muestra aplicada.

En aún otro aspecto alternativo preferido de la invención, las por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas incluyen grupos de pluralidades de líneas rectas predeterminadas, cada grupo tiene una distancia constante igual d entre líneas rectas adyacentes. Diferentes grupos de pluralidades de líneas rectas predeterminadas tienen una distancia constante diferente di...n entre líneas rectas adyacentes. Tener grupos de distancia constante igual d entre líneas rectas adyacentes combina las ventajas discutidas para las otras alternativas así como permite la detección redundante de afinidades de enlace como también detecta afinidades de enlace para muestras en medios con índices de refracción diferentes o desconocidos en el intervalo de los índices de refracción detectables conocidos.

En aún otro aspecto preferido adicional de la invención, el acoplador óptico comprende por lo menos dos porciones separadas para acoplar luz coherente de la longitud de onda predeterminada hacia el interior de la guía de onda plana.

Cada porción separada tiene una longitud predeterminada y es separada por medio de un espaciamiento predeterminado hacia la otra porción separada de tal manera que por lo menos dos haces paralelos de luz coherente se propaguen a través de la guía de onda plana separados por el espaciamiento predeterminado. Las porciones separadas del acoplador óptico permiten disponer una o más pluralidades de líneas rectas predeterminadas en la dirección de propagación de cada haz acoplado por medio de la porción separada respectiva hacia el interior de la guía de onda plana. Separar los haces paralelos acoplados a la guía de onda con un espaciamiento predeterminado en medio, causa una porción de la guía de onda plana fuera de los haces paralelos de luz coherente. El acoplador óptico adicional dispuesto en dicha porción mejora la señal detectada por medio de reducir la luz de fondo en la ubicación de detección. En un ejemplo para el acoplador óptico adicional que tiene un tamaño de 400 mm, el espaciamiento predeterminado se escoge para ser 600 pm.

De acuerdo con un aspecto ventajoso de la invención los sitios de enlace comprenden moléculas de captura unidas a la superficie exterior de la guía de onda plana a lo largo solamente de las líneas rectas predeterminadas. Las moléculas de captura son capaces de enlazar las muestras objetivo. Dos modalidades son particularmente previstas de cómo los sitios de enlace pueden ser dispuestos a lo largo de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas. De acuerdo con una primera modalidad, los sitios de enlace comprenden moléculas de captura unidas a la superficie de la guía de onda plana a lo largo de las líneas predeterminadas solamente. Estas moléculas de captura son capaces de enlazar las muestras objetivo y están inmovilizadas sobre la superficie exterior de la guía de onda plana (aunque como se mencionó anteriormente, los sitios de enlace pueden ser formados por la superficie activada de la propia guía de onda plana). Inmovilizar las moléculas de captura sobre la superficie exterior de la guía de onda plana a lo largo de las líneas predeterminadas puede ser llevado a cabo generalmente por cualquier método adecuado, por ejemplo, puede ser llevado a cabo utilizando métodos fotolitográficos que utilizan una máscara litográfica con líneas rectas. Queda de más decir, que la disposición de los sitios de enlace lo largo de las líneas rectas predeterminadas debe ser entendida en cualquier modalidad de la invención en un sentido de que la mayoría de los sitios de enlace, en la modalidad instantánea las moléculas de captura, son ubicados a lo largo de las líneas rectas predeterminadas y que incluyen explícitamente que algunos sitios de enlace son dispuestos en ubicaciones diferentes de las mismas.

De acuerdo con la segunda modalidad, los sitios de enlace comprenden moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo, las moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo están dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas por medio de la inmovilización de las moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo sobre la superficie externa de la guía de onda plana y por medio de la desactivación de aquellas moléculas de captura que no están dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas. El término "desactivación" en este respecto, se refiere a cualquier método adecuado para cambiar la capacidad de enlace de las moléculas de captura antes o después de su inmovilización sobre la superficie externa de la guía de onda plana. La desactivación puede ser lograda, por ejemplo, por medio de exponer las moléculas de captura a luz UV para lograr que éstas ya no sean capaces de enlazar muestras objetivo. La desactivación de las moléculas de captura inmovilizadas entre las líneas rectas predeterminadas puede ser lograda, por ejemplo, por medio de una alteración de la región de enlace de la molécula de captura. De acuerdo con esta modalidad de la invención, las moléculas de captura pueden ser aplicadas uniformemente o estadísticamente uniformemente sobre la superficie exterior de la guía de onda plana. Tras la desactivación de las moléculas de captura las cuales están dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas, sólo las moléculas de captura dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas (estas no han sido desactivadas) son capaces de enlazar una muestra objetivo. Sin embargo, las moléculas de captura desactivadas permanecen inmovilizadas sobre la superficie exterior de la guía de onda plana.

Esta modalidad tiene la ventaja adicional de que la contribución de la señal generada por la luz difractada por moléculas objetivo enlazadas a moléculas de captura a la señal general en la ubicación de detección es incrementada. Generalmente, la diferencia entre las señales de la luz difractada por moléculas objetivo pequeñas enlazadas a las moléculas de captura y la luz difractada por las moléculas de captura sin ninguna molécula objetivo enlazada a la misma es pequeña comparada con la luz difractada por la molécula de captura sola. Asumiendo que las propiedades de difracción de las moléculas de captura dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas (las cuales no han sido desactivadas) y de las moléculas de captura desactivadas dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas son casi idénticas, y asumiendo adicionalmente que las moléculas de captura están distribuidas homogéneamente sobre la superficie exterior de la guía de onda plana, entonces idealmente no se produce ninguna señal en la ubicación de detección después de que las moléculas de captura han sido inmovilizadas sobre la superficie exterior de la guía de onda plana y después de que las moléculas de captura dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas han sido desactivadas. En la práctica, sin embargo, la desactivación de las moléculas de captura cambia ligeramente las propiedades de difracción de las moléculas de captura así que puede no ser ideal desactivar todas las moléculas de captura las cuales están dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas. En lugar de lo anterior, solo la gran mayoría de las moléculas de captura dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas podrían ser desactivadas. La desactivación de las moléculas de captura es llevada a cabo hasta cierto punto, de tal manera que la señal general en la ubicación de detección producida por aquellas moléculas de captura dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas y por aquellas desactivadas y las moléculas de captura no desactivadas dispuestas entre las líneas rectas predeterminadas estén en un mínimo, y sea preferiblemente cero. Asumiendo que la señal así obtenida en la ubicación de detección puede ser reducida a cero, esto quiere decir, que después de añadir las muestras objetivo, la señal producida en la ubicación de detección solo resulta de las muestras objetivo enlazadas a las moléculas de captura. En el caso de que ninguna muestra objetivo sea enlazada a las moléculas de captura, la señal en la ubicación de detección permanece en cero. Esto incrementa la sensibilidad del detector para la señal generada por la luz difractada por las moléculas objetivo enlazadas a las moléculas de captura en la ubicación de detección.

Otro aspecto de la invención se relaciona con un sistema para la detección de afinidades de enlace que comprende un dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y que además comprende una fuente de luz para emitir luz coherente de una longitud de onda predeterminada. La fuente de luz y el dispositivo están dispuestos relativos el uno al otro de tal manera que la luz coherente emitida por la fuente de luz sea acoplada hacia el interior de la guía de onda plana por medio del acoplador óptico.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la fuente de luz y el dispositivo están dispuestos ajustables relativos el uno al otro, para cambiar el ángulo de acoplamiento bajo el cual la luz coherente emitida por la fuente de luz es acoplada a través del acoplador óptico hacia la guía de onda plana. La fuente de luz emite luz coherente de una longitud de onda predeterminada preferencialmente en el intervalo espectral visible, cercano a infrarrojo o UV suave son una longitud de onda (ajustable) en el intervalo de entre 350 nm a 1500 nm.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, la fuente de luz es ajustable para emitir luz coherente de una longitud de onda predeterminada con un intervalo de ajuste de alrededor de 1 a 5 nm. El intervalo de ajuste de la fuente de luz permite la disposición de la fuente de luz y el dispositivo en un ángulo de acoplamiento fijo. La luz emitida por la fuente de luz ajustable es acoplada por medio de un acoplador óptico (por ejemplo una rejilla óptica) hacia la guía de onda plana cuando la longitud de onda de la luz emitida en el intervalo de ajuste coincide con la longitud de onda a la cual el acoplamiento ocurre en el ángulo de acoplamiento fijo.

La fuente de luz ajustable puede ser utilizada para un segundo modo ventajoso de operación del dispositivo en un sistema para la detección de afinidades de enlace. La condición de Bragg que describe la intensidad máxima de interferencia constructiva relaciona la distancia entre líneas rectas predeterminadas adyacentes, el ángulo bajo el cual el campo evanescente es difractado en las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace los cuales están dispuestos a lo largo de las líneas rectas predeterminadas, la longitud de onda de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana y el índice de refracción efectivo N del modo guiado. Considerando muestras de las cuales el índice de refracción no es exactamente conocido, la fuente de luz ajustable permite variar la longitud de onda a la cual el acoplamiento ocurre, de tal manera que la condición de Bragg para la intensidad máxima de interferencia constructiva sea satisfecha (incluso para una distancia fija entre líneas adyacentes y un ángulo de difracción fijo relativo a las líneas predeterminadas). La variación de ambos, la longitud de onda de la fuente de luz ajustable y el ángulo de acoplamiento (bajo el cual la luz es acoplada a través del acoplador óptico hacia la guía de onda) permite ajustar la longitud de onda a la cual el acoplamiento hacia la guía de onda ocurre a la longitud de onda la cual satisface la condición de Bragg para una distancia fija entre líneas rectas predeterminadas adyacentes.

Aspectos ventajosos adicionales de la invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción de una modalidad del dispositivo con referencia a las figuras acompañantes, en las cuales: la figura 1 muestra una vista en perspectiva de una primera modalidad del dispositivo de acuerdo con la invención; la figura 2 muestra una vista en plano de la guía de onda plana del dispositivo de la figura 1 que ilustra diferentes ángulos de acuerdo con la invención; la figura 3 muestra una vista en plano de la guía de onda plana del dispositivo de la figura 1 que ilustra la disposición de los sitios de enlace; la figura 4 muestra una vista en plano de la guía de onda plana del dispositivo de la figura 1 que ilustra una zona efectiva; la figura 5 muestra una vista en plano de la guía de onda plana del dispositivo de la figura 1 que ilustra diferentes rutas ópticas; la figura 6 muestra una vista en plano de la guía de onda plana del dispositivo de la figura 1 que tiene dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas; la figura 7 muestra tres pluralidades de líneas predeterminadas que tienen una diferencia en distancia constante d entre líneas rectas predeterminadas adyacentes; la figura 8 muestra una vista en plano de una máscara a ser usada para la preparación de un dispositivo de conformidad con una segunda modalidad de la invención que tiene el patrón de 24 pluralidades de líneas rectas predeterminadas en la misma; la figura 9 muestra una vista en plano de un dispositivo no preparado de acuerdo con la segunda modalidad de la invención para ser preparada con la máscara de la figura 8; la figura 10 muestra una vista en plano del dispositivo preparado de acuerdo con la segunda modalidad de la invención, el cual es el dispositivo de la figura 9 listo para ser usado en la detección de afinidades de enlace; la figura 11 muestra una ilustración esquemática que visualiza la diferencia en la longitud de ruta óptica para la difracción de la luz del campo evanescente sobre muestras objetivo enlazadas a sitios de enlace dispuestos a lo largo de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas; la figura 12 muestra la ilustración esquemática de la figura 11, con sitios de enlace que comprenden moléculas de captura a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas y en medio moléculas de captura desactivadas para lograr una señal de fondo mínima; y la figura 13 muestra la ilustración esquemática de la figura 12 con las muestras objetivo aplicadas a las moléculas de captura capaces de enlazar.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una modalidad del dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace. Estructuralmente, el dispositivo comprende un sustrato 3, una pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 (cada una de las líneas mostradas representa una multiplicidad de líneas) dispuestas sobre una superficie exterior 21 de una guía de onda plana 2, un acoplador óptico 41, una ubicación de detección y un acoplador óptico adicional 8. Es además mostrado que de acuerdo al principio de trabajo del dispositivo, la luz coherente 1 es acoplada hacia la guía de onda plana 2 para así propagarse con un campo evanescente 11 (representado por flechas paralelas) que se difracta de tal manera la luz coherente difractada 12 (representada por flechas paralelas) se propaga bajo un ángulo relativo a las líneas predeterminadas 7 para ser acoplado fuera de la guía de onda plana 2, de tal manera que la luz acoplada 13 acoplada fuera de la guía de onda 2 interfiere en la ubicación de detección 9.

En el ejemplo mostrado, la guía de onda plana 2 es dispuesta sobre el sustrato 3 los cuales ambos permiten que la luz coherente visible se propague a través de los mismos. Debido a que la guía de onda plana 2 tiene un grosor en el intervalo de algunos 10 nanómetros a algunos cientos de nanómetros, es arrastrada junta con la línea de la superficie superior desde el sustrato 3. La luz coherente 1 provista por una fuente de luz (no mostrada) tiene una longitud de onda predeterminada. En práctica, la longitud de onda predeterminada no está limitada a valores específicos para la longitud de onda sino más bien es escogida entre otras de acuerdo con el índice de refracción efectivo del modo guiado al igual que al tamaño, la posición y geometría del acoplador óptico 41, las líneas predeterminadas 7 y el acoplador óptico adicional 8. Para acoplar la luz coherente 1 de una longitud de onda predeterminada hacia la guía de onda plana 2, el acoplador óptico 41 emplea en el ejemplo mostrado una rejilla con líneas rectas de una longitud predeterminada de modo que permita el acoplamiento coherente de la luz coherente 1 bajo un ángulo de acoplamiento predeterminado hacia el interior de la guía de onda plana 2. Debido a la longitud predeterminada del acoplador 41, un haz paralelo de luz coherente que tiene una anchura de acuerdo con una longitud del acoplador óptico 41 se propaga a través de la guía de onda plana 2. El haz paralelo de luz coherente tiene un campo evanescente 11 de profundidad de penetración característica. La profundidad de penetración del campo evanescente 11 en el medio sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 (distancia entre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 y el descenso de intensidad 1/e2 del campo evanescente 11) depende del índice de refracción efectivo N del modo guiado, sobre el índice de refracción del medio en la superficie de la guía de onda plana y de la longitud de onda l de la luz. La luz del campo evanescente 11 es difractada por muestras objetivo (no mostradas en la figura 1) enlazadas a los sitios de enlace (no mostrados en la figura 1). En principio, los sitios de enlace están dispuestos a lo largo de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 las cuales corren paralelas la una con la otra con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes. Las líneas rectas predeterminadas 7 son dispuestas sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 en un ángulo relativo a la dirección de propagación del campo evanescente 11. La luz del campo evanescente 11 es difractada para que impacte bajo un ángulo de difracción relativo a las líneas rectas sobre un acoplador óptico adicional 8 formado en la guía de onda plana 2. La luz difractada interfiere en el acoplador óptico adicional 8 con una diferencia en la longitud de ruta óptica de un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. Ventajosamente, la difracción interna de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2, es de una mayor eficiencia comparada con la difracción de la luz guiada fuera de la guía de onda plana 2. Esto proporciona una sensibilidad de detección suficiente la cual permite detectar comparativamente números pequeños de centros de difracción. En teoría, podrían haber otros ángulos de difracción relativos a las líneas rectas que tienen una intensidad máxima de la luz difractada de modo que el acoplador óptico adicional 8 pueda ser de igual manera dispuesto en otros ángulos de difracción. Una ventaja adicional de la invención puede ser vista en la figura 1 con respecto a la disposición del acoplador óptico adicional 8. El acoplador óptico adicional 8 y así la ubicación de detección 9 son dispuestos sobre la guía de onda plana 2 y orientados en relación el uno con el otro de modo ninguna luz del haz que se propaga a través de la guía de onda plana 2 sea detectada. Así, el acoplador óptico adicional 8 es dispuesto en una porción 10 de la guía de onda plana 2 fuera del haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana 2 que inicia desde el acoplador óptico 41. Esto permite detectar la señal desde la luz difractada sin un fondo desde el haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana.

Aún otra ventaja adicional se relaciona con la señal detectada en la ubicación de detección 9 que tiene menor señal de fondo debido a la ubicación del acoplador óptico adicional 8 en la porción 10. Así, una mejor sensibilidad de detección es lograda, lo cual permite detectar una señal causada por menos centros de difracción. El acoplador óptico adicional 8 es mostrado para ser un lente de rejilla de fase orientado con el eje de simetría en la dirección del ángulo de difracción. El lente de rejilla de fase ejemplifica cualquier medio óptico para acoplar la luz coherente difractada 12 fuera de la guía de onda plana 2 mientras se enfoca en la ubicación de detección 9 con una intensidad suficiente para la detección de afinidades de enlace.

Las figuras 2-6, respectivamente, son vistas en plano de la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 de la figura 1, la cual ya describe la guía de onda plana 2, el acoplador óptico 41, el acoplador óptico adicional 8 y la pluralidad de líneas predeterminadas 7 dispuestas sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2.

En la figura 2 el ángulo relativo a las líneas predeterminadas 7 y el ángulo b relativo a la dirección de propagación del campo evanescente 11 son ilustrados. En la presente modalidad el ángulo b es 22.5° y el ángulo a es 22.5°. Los ángulos fijos son obviamente de ventaja para la preparación del dispositivo. El campo evanescente 11 (representado por una flecha que inicia desde el acoplador óptico 41 y termina en el centro de las líneas rectas predeterminadas 7) que se propaga a lo largo de la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 difracta sobre las muestras objetivo (no mostradas) enlazadas a los sitios de enlace (no mostrados). La luz coherente difractada 12 (representada por una flecha que inicia desde el centro de las líneas rectas predeterminadas 7 y que se propaga a lo largo del eje de simetría del acoplador óptico adicional 8) interfiere constructivamente de modo que impacte bajo el ángulo a de 22.5° sobre el acoplador óptico adicional 8. El ángulo a de acuerdo con la condición de Bragg 2Ndsen(a)=kA es dependiente de la distancia d entre las líneas rectas predeterminadas adyacentes 7 y de la longitud de onda predeterminada l y puede ser variado para cumplir con la condición de Bragg. N es el índice de refracción efectivo del modo guiado en la guía de onda plana y l es la longitud de onda en el vacío de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2.

Una vista en plano de la guía de onda plana 2 del dispositivo de la figura 1 con una ilustración exagerada de los sitios de enlace 5 dispuestos a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7, es provista en la figura 3. En la ilustración exagerada, la luz del campo evanescente 11 es representada por flechas paralelas que se acercan a las líneas rectas predeterminadas 7, que están dispuestas bajo un ángulo conocido b sobre el mismo. Las líneas rectas predeterminadas 7 son dispuestas paralelas la una con la otra con una distancia constante d. La luz coherente difractada 12, difractada sobre las muestras objetivo 6 enlazadas a los sitios de enlace 5 dispuestos a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7, tiene para ángulos predeterminados una diferencia en la longitud de ruta de óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda. La luz coherente difractada 12 tiene para aquellos ángulos predeterminados una intensidad máxima. El ángulo de difracción descrito es el primer ángulo bajo el cual un máximo en intensidad ocurre. De hecho esta la figura bien conocida que representa el principio de difracción de Bragg en el cual la luz es difractada en "estructuras de cristal" para interferir constructivamente en ciertas direcciones. Esta ilustración no es correcta en la medida en que los sitios de enlace 5 y de esta forma las muestras objetivo 6 enlazadas a los sitios de enlace 5 no son dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7 en el orden regular mostrado. La disposición de aquellas desviaciones hasta cierto punto en ambos, a lo largo de aquellas líneas y perpendicular a aquellas líneas sin perder la máximo intensidad de la luz coherente difractada 12.

En la figura 4, la disposición de las líneas rectas predeterminadas 7 en una zona efectiva 71 sobre la guía de onda plana 2 es explicativamente representada. La construcción de la zona efectiva 71 es mostrada con respecto a la luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana 2. Asumiendo que haya una densidad uniforme de centros de difracción en la zona efectiva 71, en principio, entre más grande sea el área de la zona efectiva 71, más centros de difracción contribuirán con la luz coherente difractada 12. El área de la zona efectiva 71 es primariamente escogida dependiendo de la fuerza de la señal detectada para ser adecuada para detectar las afinidades de enlace. Debido a que la longitud del acoplador óptico 41 es fija, la anchura de la zona efectiva es fijada para ser equivalente a la misma. Esto permite iluminar toda la zona efectiva 71 por medio del campo evanescente 11, como es mostrado por las flechas paralelas que confinan lateralmente el ancho de la zona efectiva 71. La longitud de la zona efectiva 71 es tal que por un lado la luz coherente difractada 12 impacta enteramente sobre el acoplador óptico adicional 8 mientras que por el otro lado el acoplador óptico adicional 8 es solamente iluminado por la luz coherente difractada 12 desde centros de difracción en la zona efectiva 11. La separación lateral de luz coherente difractada 12 del campo evanescente 11 restringe la luz que impacta sobre el acoplador óptico adicional 8 a luz coherente difractada 12 desde centros de difracción en la zona efectiva 71 y evita la luz de fondo adicional en la región 10 a través de la cual, aparte de la luz difractada 12, ninguna otra luz se propaga.

En la figura 5, dos ejemplos de rutas ópticas diferentes son ilustradas por las flechas para el campo evanescente 11, las flechas para la luz coherente difractada 12 así como para la luz 13 que interfiere en la ubicación de detección 9. En principio, una multiplicidad de haces paralelos empieza en el acoplador óptico 41 para difractar sobre toda el área de la zona efectiva 71 en la cual las líneas rectas predeterminadas 7 son dispuestas. La luz coherente difractada 12 se propaga hacia el acoplador óptico adicional 8 con diferencia en la ruta óptica de un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. La luz coherente difractada 12 impacta sobre el acoplador óptico 8 para ser acoplado fuera de la guía de onda plana 2. El acoplador óptico adicional 8 es representado como una rejilla óptica con una pluralidad de líneas de rejilla 81. Las líneas de rejilla 81 están formadas de tal manera que la luz coherente difractada 12 que impacta sobre las mismas es acoplada fuera de la guía de onda plana 2 y es enfocada hacia el interior de la ubicación de detección 9. Para enfocar la luz 13 acoplada fuera de la guía de onda plana hacia la ubicación de detección 9, cada una de la pluralidad de líneas de rejilla 81 tiene una curvatura respectiva y las líneas son dispuestas con una distancia que disminuye entre líneas de rejilla adyacentes 81 en la dirección de propagación de la luz coherente difractada 12. Esto permite la difracción de luz de una longitud de onda predeterminada "idealmente" hacia un solo punto de enfoque con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada. Una sección en blanco 82 es formada en el acoplador óptico adicional 8 para evitar una reflexión de Bragg de segundo orden o efectos ópticos similares, los cuales disminuyen potencialmente la intensidad general de la señal detectada.

Un aspecto ventajoso de la presente invención se muestra en la figura 6, en donde la guía de onda plana 2 del dispositivo de la figura 1 comprende dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7. Las dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7 tienen una distancia diferente entre líneas rectas predeterminadas adyacentes. En general, la distancia diferente entre líneas rectas predeterminadas adyacentes 7 permite la detección de afinidades de enlace para muestras que tienen un índice de refracción diferente bajo el mismo ángulo de difracción "fijado". Cada índice de refracción diferente de la muestra causa un índice de refracción efectivo diferente para la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2. Generalmente, el índice de refracción efectivo del modo guiado en la longitud de onda plana, depende del grosor y el índice de refracción de la guía de onda plana 2, el índice de refracción del sustrato, el índice de refracción de un medio sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 y la polarización del modo guiado. Así, el campo evanescente 11 de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2, tiene una longitud de ruta óptica específica diferente entre líneas adyacentes para diferentes muestras sobre la guía de onda. En práctica, el índice de refracción del medio sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 no es exactamente conocido. Ventajosamente, la pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 con distancias diferentes permite detectar una señal para un índice de refracción desconocido en un intervalo de índices de refracción detectables conocidos el cual puede variar en el segundo o tercer decimal del índice de refracción de una muestra a la otra. Para la detección de afinidades de enlace es suficiente si una sola pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 muestra una señal detectable. Como es mostrado, las al menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7, están dispuestas sobre la guía de onda plana 2 en la dirección de propagación del campo evanescente 11. La luz coherente 12 acoplada hacia el interior de la guía de onda plana 2 es difractada por las muestras objetivo 6 enlazadas a los sitios de enlace 5 de cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7. Un acoplador óptico adicional 8 es proporcionado en cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 para luz que impacta bajo un ángulo de difracción relativo a las líneas rectas en una región 10 fuera del haz de luz coherente.

La figura 7 se refiere nuevamente a la idea de disponer por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7 en la guía de onda plana 2. Esto es ilustrado por la disposición de tres pluralidades de líneas predeterminadas 7 con la pluralidad sobre el lado izquierdo marcada como que tiene una primera distancia constante di...24 entre líneas rectas adyacentes 7 de un número de 24 distancias constantes. Esto se refiere a la idea de que veinticuatro pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7, son dispuestas cada una teniendo una distancia constante diferente d entre líneas rectas adyacentes. Como un ejemplo, la distancia di entre líneas predeterminadas adyacentes es 446 nm y la distancia d2 entre líneas predeterminadas adyacentes es 447 nm. 24 pluralidades de líneas rectas predeterminadas es un número escogido arbitrariamente el cual proporciona, en el presente ejemplo, un intervalo de 24 distancias diferentes entre 446 nm a 469 nm en pasos de 1 nm. Los pasos mencionados proporcionan un intervalo suficiente para cubrir la variación esperada de índices de refracción efectivos en el segundo o tercer decimal (que corresponde a una variación en el índice de refracción efectivo en el intervalo de por ciento a por millar).

Una segunda modalidad de la invención es proporcionada en el dispositivo mostrado en las figuras 9 y 10, las cuales representan el dispositivo antes de la preparación, así como, cuando está preparado para su uso. El dispositivo es preparado con la máscara 14 mostrada en la figura 8.

La figura 8 muestra la máscara 14 para ser utilizada en un método fotolitográfico para la disposición de sitios de enlace 5 a la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7. Tal máscara 14 comprende un patrón sobre la misma adecuado para transferir líneas rectas predeterminadas 7 sobre la superficie exterior 21. El patrón es utilizado en procedimientos fotolitográficos para unir los sitios de enlace en líneas rectas predeterminadas 7 sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2. El dispositivo aún no preparado es mostrado en la figura 9. Los métodos fotolitográficos ejemplifican cualquier método adecuado para disponer las líneas rectas predeterminadas 7 en la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2. En general todos los métodos conocidos en el arte adecuados para estructurar sitios de enlace sobre la escala de nanómetro a micrómetro pueden ser empleados para disponer los sitios de enlace sobre la misma. En la figura 10, el dispositivo preparado es mostrado con 24 pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7. Las 24 pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7 son dispuestas en una línea con respecto a una de las tres porciones separadas 411, 412, 413 de tal manera que la luz coherente acoplada a través de cada una de dichas porciones separadas se difracte sobre ocho pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7 dispuestas una después de la otra. Las 24 pluralidades de líneas rectas predeterminadas 7 son dispuestas en 3 filas paralelas que tienen una distancia en medio de éstas la cual forma una porción 10 de la guía de onda plana 2 fuera de los haces paralelos de luz coherente que se propagan a través de la guía de onda plana. El acoplador óptico 41 comprende 3 porciones separadas 411, 412, 413 para acoplar tres haces paralelos de luz coherente hacia el interior de la guía de onda plana 2. Las tres porciones separadas 411, 412 y 413 que forman el acoplador óptico están dispuestas en una fila y son espaciadas lateralmente por una distancia predeterminada desde la porción separada adyacente. Así, los haces paralelos de luz coherente se propagan a través de la guía de onda plana 2 separados por esta distancia predeterminada. Cada porción separada 411, 412, 413 tiene una longitud predeterminada igual a la anchura de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 dispuestas en una sola fila de pluralidades. Cada porción separada 411, 412, 413 acopla un haz de luz coherente hacia el interior de la guía de onda plana. En medio hay tres porciones 10 sobre la superficie exterior 21 de la guía de onda plana 2 las cuales están fuera de los haces de luz coherente. Las porciones 10 son utilizadas para disponer el acoplador óptico adicional 8 respectivamente a cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7. La luz coherente la cual no es difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace dispuestos a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7, se propaga a través de la guía de onda plana al acoplador óptico adicional 42 para acoplarse fuera de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2 la cual no es difractada en las moléculas objetivo enlazadas a los sitios de enlace dispuestos a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7.

La figura 11, la figura 12 y la figura 13 ilustran ejemplos para la difracción de la luz del campo evanescente 11. La luz 11 es difractada en las muestras objetivo 6 enlazadas a los sitios de enlace 5 dispuestos a lo largo de líneas predeterminadas 7 de una distancia d para así contribuir a un máximo en una ubicación de detección predeterminada. Las ilustraciones mostradas son bien conocidas a partir de la descripción de difracción de Bragg en "Estructuras de cristal". En principio, la condición de Bragg 2Ndsen(a)=kA describe los ángulos bajo los cuales una máxima intensidad de luz difractada puede ser detectada. Debido a la disposición en paralelo de las líneas rectas predeterminadas 7 en una distancia constante d entre líneas adyacentes, la luz del campo evanescente 11 difractada sobre líneas subsecuentes interfiere bajo ángulos de difracción predeterminados para así tener una diferencia en longitud de ruta óptica de un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada de la luz que se propaga a través de la guía de onda plana 2. Así, los haces paralelos 12 mostrados de la luz difractada interfieren en esos ángulos de difracción para así tener una diferencia en longitud de ruta óptica de un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada de la luz que se propaga. Las muestras mostradas ejemplifican muestras objetivo 6 enlazadas a los sitios de enlace sin ninguna precondición al tipo de sitios de enlace así como al tipo de muestras objetivo 6. Para la interferencia constructiva es crucial disponer los sitios de enlace a los cuales las muestras objetivo se pueden enlazar, o no, a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7 para que la luz interfiera constructivamente bajo las condiciones prescritas.

En la figura 11, los sitios de enlace comprenden un solo tipo de moléculas de captura. La detección de afinidades de enlace prueba la capacidad de las moléculas de captura de enlazar muestras objetivo 6, o no, por medio de hecho de observar el enlace de las muestras objetivo 6 a las moléculas de captura. Las moléculas de captura son en este primer ejemplo, unidas a la superficie exterior de la guía de onda plana para ser dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7 solamente.

De acuerdo con otro ejemplo mostrado en la figura 12 y en la figura 13, las moléculas de captura 5 capaces de enlazar las muestras objetivo 6 que están dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7 por medio de disponer moléculas de captura 5 capaces de enlazar las muestras objetivo 6 sobre toda la superficie exterior de la guía de onda plana y por medio de desactivar aquellas moléculas de captura 51 las cuales no están dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas 7.

Esto es logrado porque las moléculas de captura son inmovilizadas sobre (toda) la superficie externa de la guía de onda plana de tal manera que no haya disposición de las moléculas de captura a lo largo de la pluralidad de líneas predeterminadas 7 solamente. Así, la luz del campo evanescente 11 difractada por las moléculas de captura 5 y las moléculas de captura 51 no interfiere en el acoplador óptico adicional en la manera descrita anteriormente para la luz coherente difractada 12.

Subsecuentemente, las moléculas de captura 51 dispuestas entre las líneas predeterminadas 7 son desactivadas de tal manera que ninguna muestra objetivo 6 se pueda enlazar a estas moléculas de captura desactivadas 51 nunca más. Como es mostrado en la figura 12 la desactivación es llevada a cabo de tal manera que después de la desactivación la señal general en el acoplador óptico adicional (ninguna muestra objetivo 6 ha sido añadida aún) producida por las moléculas de captura desactivadas 51 y las moléculas de captura 5 capaces de enlazar las muestras objetivo sea establecida o ajustada a una señal mínima ajustada (para así interferir destructivamente) en la ubicación de detección, idealmente a cero. La luz 121 difractada en las moléculas de captura desactivadas 51 así como las moléculas de captura 5 tiene una diferencia en longitud de ruta óptica para así añadir a un mínimo en una ubicación de detección predeterminada. Las líneas mostradas de moléculas de captura 5 y moléculas de captura desactivadas 51 son líneas "ideales" pero proporcionan una aproximación suficiente debido a que la luz difractada desde las moléculas de captura 5 y moléculas de captura desactivadas 51 dispuestas distintas de (o en la proximidad de) la pluralidad de líneas "ideales" predeterminadas 7 en principio se elimina a sí misma.

Alternativamente, la señal mínima antes de la aplicación de las muestras objetivo puede ser lograda por medio de aquellas moléculas de captura 5 y moléculas de captura desactivadas 51 que son subsecuentemente aplicadas para que en un primer paso las moléculas de captura 5 sean aplicadas a la superficie exterior de la guía de onda plana a lo largo de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7 (comparable a la figura 11). En un paso subsecuente, las moléculas de captura desactivadas 51 son aplicadas en medio de las líneas de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas 7.

En el último paso, las muestras objetivo son añadidas a la superficie exterior de la guía de onda plana. Debido a que solamente las moléculas de captura dispuestas a lo largo de las líneas predeterminadas 7 son capaces de enlazarse con las muestras objetivo 6, las muestras objetivo 6 se enlazan a aquellas moléculas de captura a lo largo de las líneas predeterminadas 7, como es mostrado en la figura 13. Debido a la señal en la ubicación de detección causada por las moléculas de captura desactivadas 51 y las moléculas de captura ha sido ajustada a un mínimo antes (ver figura 12), la señal en la ubicación de detección es entonces principalmente (o por completo, si la señal producida por las moléculas de captura desactivadas 51 y las moléculas de captura 5 ha sido reducida a cero antes) causada por la luz 12 la cual ha sido difractada por las muestras objetivo 6 enlazadas a las moléculas de captura dispuestas a lo largo de las líneas predeterminadas 7 .

Mientras que las modalidades de la invención han sido descritas con la ayuda de las figuras, varias modificaciones y cambios a las modalidades descritas son posibles sin alejarse de las enseñanzas generales que subyacen en la invención. Por lo tanto, la invención no debe ser entendida como que es limitada a las modalidades descritas, sino en vez de eso, el alcance de protección es definido por las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace, caracterizado porque comprende una guía de onda plana dispuesta sobre un sustrato, y que además comprende un acoplador óptico que tiene una longitud predeterminada para acoplar luz coherente de una longitud de onda predeterminada hacia el interior la guía de onda plana de tal manera que un haz paralelo de luz coherente se propague a través de la guía de onda plana con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior de la guía de onda plana, la superficie exterior de la guía de onda plana comprende sitios de enlace sobre la misma capaces de enlazar muestras objetivo a los sitios de enlace de tal manera que la luz del campo evanescente es difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace, en donde los sitios de enlace están dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas que corren paralelas la una a la otra con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes, las líneas rectas predeterminadas de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas están dispuestas en un ángulo relativo a la dirección de propagación del campo evanescente de tal manera que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacte bajo un ángulo de difracción relativo a las líneas rectas predeterminadas sobre un acoplador óptico adicional dispuesto en una porción de la guía de onda plana fuera del haz paralelo de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana, el acoplador óptico adicional acopla la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana de tal manera que interfiera en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia constante entre las líneas rectas adyacentes es escogida para satisfacer la condición de Bragg 2Ndsen(a)=kA en donde N es el índice de refracción efectivo del modo guiado en la guía de onda plana, d es la distancia entre líneas rectas predeterminadas adyacentes, a es el ángulo de difracción, k es el número del máximo de intensidad, y l es la longitud de onda en el vacío de la luz que se propaga.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque las líneas rectas predeterminadas están dispuestas en el ángulo de 22.5° relativo a la dirección de propagación del campo evanescente, y en donde la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacta bajo el ángulo de difracción de 22.5° relativo a las líneas rectas predeterminadas sobre el acoplador óptico adicional.

4. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el acoplador óptico adicional comprende una pluralidad de líneas de rejilla, cada una de la pluralidad de líneas de rejilla tiene una distancia y curvatura respectiva entre líneas de rejilla adyacentes de tal manera que el acoplador óptico adicional es capaz de acoplar la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana para interferir en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada, y en donde la pluralidad de líneas de rejilla tienen un eje simétrico el cual se extiende relativo a las líneas rectas predeterminadas bajo el ángulo de difracción.

5. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pluralidad de líneas rectas predeterminadas está dispuesta en una zona efectiva sobre la guía de onda plana, la zona efectiva tiene una anchura equivalente a la longitud del acoplador óptico para que toda la zona efectiva sea iluminada por el campo evanescente de la luz coherente acoplada hacia el interior de la guía de onda plana por el acoplador óptico.

6. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas están dispuestas sobre la guía de onda plana, una después de la otra en la dirección de propagación del campo evanescente, con un acoplador óptico adicional respectivo que está dispuesto relativo a cada pluralidad de líneas rectas predeterminadas de tal manera que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace dispuestos a lo largo de las líneas rectas de la respectiva pluralidad de líneas rectas, impacte bajo un ángulo de difracción sobre el acoplador óptico adicional respectivo.

7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque las por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas tiene cada una la misma distancia constante d entre líneas rectas adyacentes.

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque las por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas tiene cada una, una distancia constante diferente di...n entre líneas rectas adyacentes.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la distancia constante di...n entre líneas rectas adyacentes de pluralidades adyacentes de líneas rectas predeterminadas difiere, en pasos iguales en el intervalo de 0.5 a 10 nm.

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque las por lo menos dos pluralidades de líneas rectas predeterminadas incluyen grupos de pluralidades de líneas rectas predeterminadas, cada grupo tiene una distancia constante igual d entre líneas rectas adyacentes, y en donde grupos diferentes de pluralidades de líneas rectas predeterminadas tienen una distancia constante diferente di...n entre líneas rectas adyacentes.

11. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acoplador óptico comprende por lo menos dos porciones separadas para acoplar haces paralelos de luz coherente de la longitud de onda predeterminada hacia el interior de la guía de onda plana, cada porción separada tiene una longitud predeterminada y está espaciada lateralmente por una distancia predeterminada desde la porción separada adyacente del acoplador óptico de tal manera que los haces paralelos de luz coherente se propaguen a través de la guía de onda plana, separados por la distancia predeterminada.

12. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sitios de enlace comprenden moléculas de captura unidas a la superficie exterior de la guía de onda plana a lo largo de las líneas rectas predeterminadas solamente, las moléculas de captura que son capaces de enlazar las muestras objetivo.

13. El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los sitios de enlace comprenden moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo, las moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo son dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas por medio de inmovilizar las moléculas de captura capaces de enlazar las muestras objetivo sobre la superficie exterior de la guía de onda plana y por medio de desactivar aquellas moléculas de captura las cuales no estén dispuestas a lo largo de las líneas rectas predeterminadas.

14. Un sistema para la detección de afinidades de enlace, caracterizado porque comprende un dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y que además comprende una fuente de luz para emitir luz coherente de una longitud de onda predeterminada, la fuente de luz y el dispositivo están dispuestos relativos el uno al otro de tal manera que la luz coherente emitida por la fuente de luz es acoplada hacia el interior de la guía de onda plana a través del acoplador óptico.

15. El sistema de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la fuente de luz y el dispositivo están dispuestos ajustables relativos el uno con respecto al otro para cambiar el ángulo de acoplamiento bajo el cual la luz coherente emitida por la fuente de luz es acopladas a través del acoplador óptico hacia el interior de la guía de onda plana, y en donde la fuente de luz es ajustable para emitir luz de una longitud de onda predeterminada en un intervalo predeterminado. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un dispositivo para usarse en la detección de afinidades de enlace, el dispositivo comprende una guía de onda plana dispuesta sobre un sustrato, y además comprende un acoplador óptico que tiene una longitud predeterminada para acoplar luz coherente de una longitud de onda predeterminada hacia el interior la guía de onda plana de tal manera que un haz paralelo de luz coherente se propague a traves de la guía de onda plana con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior de la guía de onda plana. La superficie exterior de la guía de onda plana comprende sitios de enlace sobre la misma capaces de enlazar muestras objetivo a los sitios de enlace de tal manera que la luz del campo evanescente es difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace. Los sitios de enlace están dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas que corren paralelas la una a la otra con una distancia constante entre líneas rectas adyacentes. Las líneas rectas predeterminadas están dispuestas en un ángulo relativo a la dirección de propagación del campo evanescente de tal manera que la luz coherente difractada por las muestras objetivo enlazadas a los sitios de enlace impacte bajo un ángulo de difracción relativo a las líneas rectas sobre un acoplador óptico adicional dispuesto en una porción de la guía de onda plana fuera del haz de luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana. El acoplador óptico adicional acopla la luz coherente difractada fuera de la guía de onda plana de tal manera que interfiera en una ubicación de detección predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta óptica la cual es un múltiplo entero de la longitud de onda predeterminada.