MXPA99008160A - Sensores de gel y metodos para el uso de los mismos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo sensibleópticamente difraccionante cuyo modelo de difracción cambia con la exposición a algunos estímulos. El modelo de difracción puede ser bi o tridimensional, y en una modalidad del cambio en los modelos de difracción es reconocible por la vista no entrenada. El dispositivo comprende uno o más geles recubiertos sobre monocapas autoensamblantes moduladas de alcanoetiolatos,ácidos carboxílicos,ácidos hidroxámicos, yácidos fosfónicos impresos sobre una variedad de sustratos, incluyendo vidrio, silicio,óxido de aluminio y películas termoplásticas metalizadas con oro, o con una aleación tal como níquel/oro. La presente invención también comprende el método para hacer ese dispositivo, y el uso de este dispositivo.

Description

SENSORES DE GEL Y MÉTODOS PARA EL USO DE LOS MISMOS CAMPO TÉCNICO La presente invención está en el campo de sensores, y más específicamente en el campo de los sensores gel los cuales descansan sobre la difracción óptica como mecanismo de percepción.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La impresión de microcontacto es una técnica p formar patrones de monocapas orgánicas con dimensiones latera de micrómetro y submicra. Esta ofrece simplicidad y flexibili experimental en la formación de ciertos tipos de modelos. E se basa sobre la capacidad sorprendente de las monoca autoensambladas de alcanoetiolatos de cadena larga para forma sobre el oro y otros metales . Estos patrones pueden actuar c capas protectoras de nanómetro mediante el proteger el metal soporte de la corrosión mediante baños decapantes formula apropiadamente, o pueden permitir la colocación selectiva fluido sobre las regiones hidrofílicas del modelo. Los mode de monocapas autoensambladas teniendo dimensiones que pueden menores de 1 µm se forman mediante el usar el alcanetiol como "tinta" , y mediante imprimirlos sobre el soporte de metal usa un "sello" elastomérico. El sello es fabricado mediante moldear un elastómero de silicona usando un reproductor preparado mediante microlitrografía de rayos X u óptica o mediante otras técnicas .

La impresión de microcontacto de las monocapas autoensambladas con modelo o patrón da a la microfabricación un número de nuevas capacidades. Primero, la impresión de microcontacto hace posible el formar modelos que son distinguibles sólo por sus grupos funcionales constituyentes; esta capacidad permite el control de las propiedades de superficie tal como las energías libres interfaciales con gran precisión. En segundo lugar, debido a que la impresión de microcontacto descansa sobre el autoensamblado molecular, ésta genera un sistema que está (por lo menos localmente) cercano a un mínimo termodinámico y es intrínsicamente rechazador de defectos y autocurador. Los procedimientos simples, con una protección mínima en contra de la contaminación de superficie de materiales adsorbidos o mediante partículas, pueden llevar a niveles sorprendentemente bajos de defectos en las estructuras finales. El procedimiento puede llevarse a cabo a la presión atmosférica, en una atmósfera de laboratorio no protegida. Por tanto, la impresión de microcontacto es especialmente útil en laboratorios que no tienen acceso de rutina al equipo normalmente empleado en la microfabricación, o para los cuales el costo de capital de equipo es una preocupación seria. En tercer lugar, las monocapas autoensambladas con patrón pueden diseñarse para actuar como capas protectoras con un número de baños decapantes químic húmedos .

El trabajo con los baños decapantes líquidos su de las desventajas del manejo de solventes y del desecho de desperdicios, pero también goza de ventajas sustanciales: alto grado de control sobre la contaminación de las superfici un grado reducido al sustrato por las interacciones energéti con átomos o iones,* la capacidad de manipular funcionalida orgánicas sensitivas y complejas. Debido a que las monoca autoensambladas son sólo de 1-3 nm de espesor, hay poca pérd en la definición de borde debida al espesor de la capa protección; los determinantes principales de la resolución borde parecen ser la fidelidad de la impresión de contacto y anisotropía del decapado del metal subyacente En los mejo casos actuales, pueden fabricarse características de tamaño 0.2 µm; la resolución de borde en los sistemas mostrando e resolución en espesor es de menos de 50 nm.

Los geles son redes degradadas de políme hinchados con un líquido. La suavidad, elasticidad, y capacidad para almacenar un fluido hacen a los geles materia únicos, y los materiales suaves y gentiles están comenzand reemplazar algunos de los materiales mecánicos duros en var industrias.

Debido a la degradación, varias propiedades de polímeros individuales se hacen visibles sobre una esc macroscópica. La red de polímero cambia su volumen en respue a un cambio en el ambiente: temperatura, composición solvente, tensión mecánica, campo eléctrico, exposición a la l pH, concentración de sal, etc. Avances en la Ciencia Polímero, editor K. Dusek, volumen 109, p. v (Springer-Ver Nueva York 1993); S. Saito, páginas 207-232, Id.; M. Shibayam T. Tanaka, páginas 1-62, Id.; Y. Osada, y otros, páginas 82-Scientific American (Mayo de 1993) ; Y. Osada y J. Gong Pr Polym. Sci . , volumen 18, páginas 187-226 (Gran Bretaña 199 Irie, M. páginas 49-65 en Avances en la Ciencia del Políme editor K. Dusek, volumen 110, Springer-Verlag Nueva York 199 E. Kokufuta, páginas 157-77 Id., T. Okano, páginas 179-197, I todas incorporadas por referencia.

Los geles hidrofílicos en la solución acuosa sido los más ampliamente estudiados, pero casi cualesqu polímero puede ser degradado para formar un gel el cual hinchará en un solvente de suficientemente buena calidad. La tridimensional es estabilizada mediante degradaciones las cua pueden proporcionarse por enlaces covalentes, enredos físic cristalitos, complejos de carga, unión de hidróge interacciones hidrofóbicas o de van der Waals. Los geles pue jugar muchos papeles tecnológicamente importantes en separaciones químicas, en los dispositivos biomédicos y en productos absorbentes, para nombrar unas pocas áreas. L propiedades que pueden hacer geles útiles incluyen s capacidades de absorción, hinchamientos cinético permeabilidades a los solutos disueltos, propiedades superficie (adhesividad) , características mecánicas, propiedades ópticas. La propiedad única más importante de un g es un grado de hinchamiento, dado que la mayoría de l propiedades están influenciadas directamente por esto. S. Gehrke, página 85 en Avances en la Ciencia del Polímero, edit K. Dusek, volumen 110, (Springer-Verlag Nueva York 1993.

Los geles de polímero "sensibles" son material cuyas propiedades, más notablemente su volúmenes de hinchamien con solvente, cambian en respuesta a los estímulos ambiental específicos incluyendo la temperatura, el pH, el campo eléctric la calidad del solvente, la intensidad de la luz, la longitud onda, la presión, la resistencia iónica, la identidad de ion, los disparadores químicos específicos, tal como la glucosa. Saito, páginas 207-232; M. Shibayama y T. Tanaka, páginas 1-6 La propiedad que frecuentemente cambia más dramáticamente es volumen de hinchado. Estos cambios pueden ocurr descontinuadamente a un nivel de estímulo específico (u transición de fase) , o gradualmente sobre un rango de valores estímulo. Todos estos cambios son reversibles sin un lími inherente en el tiempo de vida.

Los geles se han empleado como superfic sensoras químicas, por ejemplo, en conjunción con sistemas fibra óptica, o sistemas de electrodo o mecánicos elabora Estos sistemas son frecuentemente muy elaborados, y sufren ya de la falta de flexibilidad o del costo o ambos. Por ejemplo, patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 5,436, otorgada a J. Bergstrom y otros, describe un recubrimiento matriz para la detección de resonancia de plasmón de superfic para ser usado con un material dieléctrico rígido, tal como placa de vidrio.

La capacidad portadora de información de la proporciona un método elegante para detectar y exh información en una forma que es fácilmente interpretada por humano. Los sensores que cambian visiblemente de color respuesta a una reacción aglutinante de an icuerpo-antigen están comercialmente disponibles. Un ejemplo de tal disposit basado sobre la interferencia de película delgada es el grup detector antigen estreptococo B hecho por Biostar"31" [G. Bogart y otros., "Dispositivos y Métodos para la Detección d Analito basado sobre la Interferencia de Luz", patente de Estados unidos de Norteamérica No. 5,482,830 (Cesiona Biostar, Inc. Boulder, Colorado)] . Otro ejemplo de un senso base óptica muy simple es en donde un reflector Bragg se exp en la presencia de agua para cambiar la longitud de reflejada. La detección y los componentes de exhibición dispositivos integrados de manera que un exhibidor electrónic (con un suministro de energía y de circuito de procesamient asociados) no se requiera. Sin embargo, esa clase de dispositiv de detección es adecuado sólo para un rango estrecho ? aplicaciones de sensor. Hay una necesidad de una plataforma d tecnología de sensor que pueda ser ligeramente modificada par acomodar un rango amplio de estímulos y condiciones sensoriales Hay una necesidad, por tanto, de un sistema de percepción simpl que tome ventaja completa de las propiedades de respuesta de le geles, pero el cual sea flexible, fácil de usarse, preferiblemente descartable.

SÍNTESIS DE LA INVENCIÓN La presente invención comprende un dispositiv sensor ópticamente difrangente en el cual el patrón o modelo d difracción cambia con la exposición a predeterminados estímulos El patrón de difracción en el dispositivo o sensor de la present invención puede ser bi o tridimensional, y en una modalidad, e cambio en los patrones de difracción es reconocible por el ojo r. entrenado. El dispositivo sensible de la presente invenció comprende uno o más geles recubiertos sobre monocapa autoensamblantes con patrón de alcanoetiolatos, ácido carboxílicos, ácidos hidroxámicos, o ácidos fosfónicos impreso sobre una variedad de sustratos, incluyendo, pero no limitándos al vidrio, al silicón, al óxido de aluminio, y a las película termoplásticas metalizadas con oro, o con una aleación tal com de níquel-oro. La presente invención también comprende el métod para hacer ese dispositivo, y el uso de este dispositivo. En s modalidad deseada, el dispositivo sensible de la present invención usa la luz blanca sin ningunos sistemas d amplificación o de detección de apoyo.

Las monocapas autoensamblantes con patrón permite la colocación controlada de las soluciones de gel sobre la mismas y las cuales pueden contener una funcionalidad d indicador químicamente reactiva. Los geles adecuados para usars en la presente invención pueden producirse por medio de un variedad de medios, incluyendo la evaporación de solvente, l radiación, o la degradación química. Cuando se exponen a l radiación electromagnética tal como la luz visible, lo dispositivos sensores de la presente invención producen patrone de difracción óptica los cuales pueden cambiar dependiendo de l reacción del gel con el estímulo de interés. La radiació electromagnética puede estar en el espectro visible, y puede se ya sea reflejada desde el sustrato, o transmitirse a través de sustrato. El estímulo que va a ser detectado puede se cualesquier compuesto que reacciona con el gel directamente o co una sustancia indicadora contenida en el gel. (Véase, po ejemplo, Irie, M. páginas 49-65; Y. Osada y J. Gong) . L presente invención puede usarse para medir cualesquier estímulo a los cuales responderá el gel, incluyendo, pero no limitánd a los estímulos mecánico, de temperatura, eléctricos y químic Estos y otros objetos, características y venta de la presente invención serán evidentes después de una revis de la siguiente descripción detallada de las modalida descritas .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un esquema de una impresión contacto de las monocapas autoensamblantes, usando un sustrato polímero recubierto de níquel/oro como un ejemplo. polidimetilsiloxano (PDMS,* elastómero de silicona 184; Corning Corporation, Midland, Michigan) es polimerizado sobre reproductor de silicona conteniendo un modelo predeterminado. PDMS es pelado hacia afuera del reproductor, y entonces se exp a la solución conteniendo HS (CH2)15CH3. El sello recubierto alcanetiol es entonces estampado sobre el sustrato recubierto níquel/oro. Después, la superficie del sustrato es expuest una solución conteniendo un alcanotiol diferente tal c HS (CH2) ^OH.

La figura 2 es una imagen de microsco electrónico secundaria de misión de campo de círculos de mieras de diámetro de monocapas autoensamblantes hidrofíli formadas mediante la impresión del ácido 16-mercaptohexadecanoi sobre MYLAR® con aleación de Ni/Au, como se describe en Ejemplo 1.

La figura 3a es una fotomicrografía óptica a u amplificación de 300x de círculos de 10 mieras de diámetro con espaciamiento de centro a centro de 15 mieras de monocap autoensamblantes hidrofílicas formadas mediante la impresión ácido 16-mercaptohexadecanoico, como se describe en el Ejemplo dado abajo, y después de la exposición a un adhesivo óptic fraguable, de alta energía de superficie. El adhesivo fraguado mediante exposición a la luz ultravioleta (UV) .

La figura 3b es una fotografía del patrón difracción formado por la luz visible mostrada a través d patrón de monocapa autoensamblante descrito en la figura 3a.

La figura 4 es una imagen de micrograf electrónica secundaria de emisión de campo de círculos de mieras de diámetro formados de polímeros fotocurabl autoensamblados sobre monocapas autoensamblantes hidrofílica impresas como se describe en el Ej emplo 1.

La figura 5 es una imagen de microscopía de fuer atómica de oro evaporado sobre MYLAR®, comprada de Courtaul Performance Films (Canoga Park, CA) . La aspereza promedio de capa de oro es de 3-4 nanómetros, con una aspereza máxima d nanómetros .

La figura 6, en la colunia vertical del l izquierdo muestra los arreglos impresos, y sobre la columna lado derecho muestra los patrones de difracción resultantes.

La figura 7, como se describe en el Ejemplo 14, el lado izquierdo es una ilustración de un holograma impreso la imagen de la cara sonriente correspondiente que produce. lado derecho de la figura 7 son dos vistas agrandadas, en p lateral y en plan superior de los círculos de las monoca autoensamblantes las cuales juntas constituyen el hologr impreso .

La figura 8, muestra una gráfica de una transic de volumen inducida por temperatura en un gel, en donde ordenada da a la temperatura en grados Celsius, y la abscisa la proporción del volumen resultante a volumen original . El l derecho de la figura 8 es un esquema de un cambio de volumen un gel debido a factores tales como composición del solven temperatura, iones, pH, luz, y campo eléctrico.

La figura 9, sobre el lado izquierdo, muestra patrón de difracción de holograma impreso sobre una pelíc impresora de alta resolución, como se describe en el Ejemplo El lado derecho muestra un gel sensible encima del mismo patr de difracción sobre MYLAR® metalizado. Los pasos intermedios están mostrados.

La figura 10 es una ilustración de un arreglo micro-protuberancia, como se describe en el Ejemplo 7, en do el espaciamiento de centro a centro de protuberancia es de mieras .

La figura 11 es una ilustración de una vis lateral de un arreglo de micro-protuberancias típico, como describe abajo y en el Ejemplo 7, mostrando el ángulo difracción 0 y el número de órdenes de difracción visibl dependen de la longitud de onda ? incidente, y del espaciamie ? de centro a centro de protuberancia.

La figura 12 ilustra un patrón de difracción campo alejado típico, como se describe abajo, para un arreglo micro-protuberancia con un periodo de 15 mieras (lado izquier y para uno con un periodo de 3 mieras (lado derecho) .

La figura 13, como se describe abajo, ilus gráficamente la magnitud de campo eléctrico de campo alej transmitido |t(u) | como periódico, debido a que la onda de frontal es perturbada periódicamente (retrasada) al desplaza a través de las micro-protuberancias de índice refringe superior, en donde cada campo eléctrico de orden (a0, a_, a2, ... está relacionado al coeficiente de series Fourier de frente onda perturbada.

La figura 14, como se describe abajo, ilustra medio plano calculado, de irradiación de patrón de difracci sobre-eje para dos arreglos de micro-protuberancias diferent con un índice refringente = 1.5, un periodo ? = 15 micrómetro ancho de protuberancia = 10 micrómetros, altura de protuberanc = 1.5 micrómetros (puntos grandes), altura de protuberancia 0. micrómetros (puntos pequeños) . La abscisa está en grados, y ordenada es medida en % de fuerza de la transmisión total irradiación.

La figura 15 como se describe en el Ejemplo ilustra una colocación experimental para cuantificar el espect de difracción de un arreglo de difracción.

La figura 16, como se describe en el Ejemplo ilustra una imagen de difracción de un arreglo sensor de micr protuberancias de poli-N-isopropilacrilamida, en donde el rayo orden-cero fue bloqueado para eliminar la saturación CCD.

La figura 17, como se describe en el Ejemplo 4 una gráfica de la irradiación de difracción de primer-orden co una función de la altura de micro-protuberancia para un índi refringente de protuberancia de 1.5, un ancho de base de micrómetros, y un periodo de 15 micrómetros. La curva irradiación oscilante limita la altura de protuberancias útil aproximadamente 0.3 micrómetros para esta geometría. La absci mide la altura de protuberancia en mieras, y la ordenada mide irradiación en % de fuerza de la transmisión total de irradiación.

La figura 18, como se describe en el Ejemplo ilustra una colocación de registro holográfico, con un plano objeto, un plano de película, un rayo de señal, y un rayo referencia, con una cara sonriente, como la imagen holográfic La figura 19, como se describe en el Ejemplo ilustra las imágenes gemelas que surgen de la amplitud d holograma, la imagen virtual sobre el lado izquierdo de la figu 19, y la imagen real sobre el lado derecho, con el observad colocado en la esquina del lado derecho inferior.

La figura 20, como se describe en el Ejemplo ilustra la neblina de rayo conjugado. La imagen en foco es imagen real, el punto grande es el rayo transmitido, y la nebli es la imagen virtual. La imagen proyectada sobre la izquier está iluminada a través del centro del holograma . La imag sobre la derecha está iluminada ligeramente descentrada pa ilustrar la colocación de imagen conjugada simétrica.

La figura 21, como se describió en el Ejemplo muestra un objeto reconocible sobre el lado izquierdo y holograma asociado sobre el lado derecho.

La figura 22, como se describe en el Ejemplo muestra una impresión de página de prueba de 3600 puntos pulgada (dpi) con 20 hologramas de prueba sobre una página.

La figura 23 como se describe en el Ejemplo muestra varios pasos de transferencia de patrón desde la sal de la impresora sobre la película de impresora de alta resoluc (A) hasta el reproductor de fotocapa de protección sobre pelíc de oro (B) a el sello de elastómero (C) a el gel sensible so Mylar® metalizado (D) . La línea pequeña en (C) es de 30 mie de largo.

La figura 24, como se describe en el Ejemplo ilustra un método para proyectar la imagen real sobre pantalla, mostrando la luz incidental, el plano de película, y plano de imagen.

DESCRIPCIÓN DETALLADA La presente invención comprende un disposit sensible ópticamente difraccionante en el cual el modelo difracción cambia con la exposición a estímulos predeterminad El modelo de difracción puede ser bi o tridimensional, y en modalidad, el cambio en modelos de difracción es reconocible la vista sin auxilio. El dispositivo sensible de la prese invención además comprende uno o más geles recubiertos so monocapas autoensamblantes con modelo de, por ejemp alcanetiolatos, ácidos carboxílicos, ácidos hidroxámicos, ácidos fosfónicos impresos o una variedad de sustra incluyendo, pero no limitándose a vidrio, silicón, óxido aluminio, y películas termoplásticas metalizadas con oro, o una aleación tal como de níquel/oro. Otros sustratos que pue usarse de acuerdo a la presente invención incluyen, pero no limitan a, CrOx, CuOx, AgOx, platino, y plomo. Los geles usa de acuerdo a la presente invención son capaces de responder a presencia o al cambio de los estímulos. Usualmente la respue es un cambio en volumen, en forma, en color o un cambio en índice refringente. Los estímulos pueden ser un compue químico o un parámetro físico tal como el ambiente: temperatu composición de solvente, tensión mecánica, campo electri exposición a la luz, pH, concentración de sal, calidad solvente, intensidad de luz y longitud de onda, presi resistencia iónica, identidad de ion, y disparadores quími específicos, por ejemplo, glucosa. La presente invención tamb comprende el método para hacer el dispositivo sensible y el de este dispositivo.

Las monocapas autoensamblantes modeladas pat permiten la colocación controlada del gel sobre las mismas . término "monocapas autoensamblantes modeladas sobre las mism como se usa aquí significa las monocapas autoensamblantes cualesquier modelo sobre las películas de polímero metaliza incluyendo un modelo sólido. Los dispositivos sensibles óptic de la presente invención producen modelos de difracción ópti los cuales difieren dependiendo de la reacción de la monoca autoensamblante y del gel con el estímulo de interés. radiación electromagnética que está difraccionada es preferiblemente en el espectro visible, y puede ser ya s reflejada desde el sustrato o transmitirse a través del sustrat El estímulo que se va a medir por el dispositivo sensible de presente invención puede ser cualesquier sustancia o parámet físico que interactúa con el gel o con un analito en el gel. contempla como parte de la invención el que el gel pueda conte un analito que reaccionará con un estímulo causando por tanto el gel cambie en volumen, forma, color, o índice refringent Por tanto, éste puede ser el gel interactuando directamente c el estímulo o el gel puede contener una analito que reacciona c el estímulo.

La impresión de microcontacto es una técnica pa la formación de patrones de monocapas orgánicas con dimensio laterales de miera o submicra. Esta ofrece una simplicidad flexibilidad experimentales en la formación de ciertos tipos modelos. Esta descansa sobre una capacidad sorprendente de capas autoensambladas de alcanoetiolatos de cadena larga p formarse sobre el oro y otros metales. Estos modelos pue actuar como capas protectoras de nanómero mediante el proteger sustrato de soporte de la corrosión mediante baños decapan formulados apropiadamente, o pueden permitir la colocac selectiva de fluido sobre regiones hidrofílicas del modelo. modelos de las monocapas autoensambladas teniendo dimensiones pueden ser menores de 1 µm se forman mediante el usar acanetiol como una "tinta" y mediante el imprimirlos sobre soporte de metal usando un "selle" elastomérico. El sello fabricado mediante el moldear un elastómero de silicona usando reproductor preparado mediante rcicrolitografía de rayos X óptica o mediante otras técnicas.

La impresión de microcontacto de las monoca autoensambladas con modelo da a la microfabricación varias nue capacidades. Primero, la impresión de microcontacto hace posi el formar modelos que son distinguibles sólo por sus gru funcionales constituyentes; esta capacidad permite el control las propiedades de superficie tal como las energías lib interfaciales con gran precisión. En segundo lugar, debido a la impresión de microcontacto descansa sobre el autoensam molecular, ésta genera un sistema que está (por lo me localmente) cerca de un mínimo temodinámico y es intrínsicame rechazador de defectos y que se puede sanar a sí mismo. procedimientos simples, con una protección mínima en contra de contaminación de superficie por los materiales adsorbidos o p partículas, pueden llevar a niveles sorprendentemente bajos defectos en las estructuras finales. El procedimiento puede s llevado a cabo a la presión atmosférica, en una atmósfera laboratorio no protegida. Por tanto, la impresión microcontacto es especialmente útil en laboratorios que no tien acceso de rutina al equipo normalmente usado en microfabricación, o para los cuales el costo de capital de equi es una preocupación seria. En tercer lugar, las monocap autoensambladas con modelo pueden diseñarse para actuar co capas protectoras con un número de baños decapantes químico húmedos .

Debido a que las monocapas autoensambladas son 1-3 nm de grosor, hay poca pérdida en la definición de bor debido al espesor de la capa protectora; los determinant principales de la resolución de borde parecen ser la finalidad la impresión de contacto y la anisotropía del decapado del met subyacente. En los mejores casos actuales, pueden fabricar características de tamaño de 0.2 µm; resoluciones de borde sistemas mostrando esta resolución en espesor de 50 nm.

Los geles, como se usan en la presente invenció tienen ambas propiedades de tipo de líquido y de tipo de sólid Las propiedades de tipo de líquido resultan del hecho de que constituyente principal de los geles es usualmente un líquid por ejemplo, el agua. Por ejemplo, una gelatina consiste aproximadamente 97% de agua y 3% de gelatina. Por otro lado, gel puede tener su forma debido a que tienen un módulo de cor el cual se hace evidente cuando el gel es deformado. El módu se debe a la degradación de los polímeros en la forma de una re Estos aspectos de un gel representan la naturaleza sólida de l geles. Además de estos aspectos de tipo líquido y de ti sólido, un gel puede cambiar su estado drásticamente, de for similar a como un gas cambia su volumen más que mil veces. D estados de geles; los estados plegado y el hinchado, correspond a los estados líquido y de gas de los fluidos respectivament La figura 8 muestra una gráfica de una transición de volum inducida por temperatura en un gel , en donde la ordenada da temperatura en grados Celsius y la abscisa da la proporción d volumen resultante a volumen original. Como puede verse por gráfica ocurre una transición de volumen drástica para este g entre 34 y 36 grados Celsius. El lado derecho de la figura 8 una esquematización de un cambio de volumen de un gel debido factores tal como composición del solvente, temperatura, ione pH, luz y campo eléctrico.

Un gel puede verse como un recipiente de solven hecho de una malla tridimensional. En un estado seco, un gel un material sólido. Sin embargo, un gel se hincha hasta q alcanza el equilibrio de hinchamiento cuando es agregado a solvente. Las moléculas de solvente se mantienen en la ma tridimensional y la combinación de la malla y de las moléculas solvente crean un "mundo" teniendo propiedades característic Este mundo puede ser ya sea aislado (isócoro) o enlaz (isóbara) a su mundo circundante mediante el cambiar población, por ejemplo, las moléculas solventes.

Un gel puede ser una "molécula de polímero únic El término "molécula de polímero única" significa que todas unidades de monómero en una pieza de gel están conectadas una otras y forman una gran molécula sobre una escala macroscópi Debido a esta naturaleza, un gel es una representac macroscópica de un comportamiento de polímero único.

Muchas clases de estímulos externos, tal como temperatura, el pH, los fotones, los iones, la corriente (cam eléctrica, etc., pueden controlar el volumen del g Particularmente, en el caso de la transición de fase de volum puede ser inducido un cambio enorme en el volumen mediante cambio infinitesimal de uno de estos estímulos, y esto es de g importancia en la presente invención, como un accionador, sensor, un dispositivo de conmutación, etc. Véase la figura Estas transiciones de fase de volumen pueden ser inducidas interacciones van der Waals, hidrofóbicas, de unión de hidróge electrostáticas y de transferencia de carga.

En la presente invención, el gel está acoplado la monocapa autoensamblante impresa como se describió arrib Dependiendo de la propiedad que se va a percibir, el gel incluy pero no se limita a un polisacarido tal como agarosa, dextrá carrageenina, ácido algínico, almidón, celulosa, gelati deionizada y derivados de tales derivados de carboximetilo. gel también puede ser un polímero orgánico hinchable en agua t como alcohol polivinílico, ácido poliacrílico, poliacrilamida polietilen glicol. Los geles acuosos son también conocidos en arte como "hidrogeles" y "polímeros hidrofílicos" . Estos pued ser copolímeros u homopolímeros. Los copolímeros adecuad pueden ser ya sea copolímeros regulares no contenien esencialmente ningún otro material en sus matrices, o ést pueden ser copolímeros los cuales contienen monómeros tal cc estireno y vinil acetato, por ejemplo. Los ejemplos de l copolímeros adecuados los cuales pueden o no contener monómer incluyen, pero no se limitan a "N-vinil pirrolidona y glici? metacrilato" .

Los homopolímeros incluyen aquéllos que est ligeramente degradados, tal como hidroxietil metacrilato. L copolímeros adecuados con o sin monómeros y los homopolímer también pueden ser polimerizados de la siguiente lista limitante de monómeros: hidroxialquil acrilatos e hidroxialqu metacrilatos, por ejemplo, hidroxietil acrilato, hidroxiprop acrilato, e hidroxibutil metacrilato; epoxi acrilatos y epc metacrilatos, tal como glicidil metacrilato; amino alqu acrilatos y amino alquil metacrilatos, compuestos de N-vinilo tal como por ejemplo, N-vinil pirrolidona, N-vinil carbazol, vinil acetamida, y N-vinil succinimida; amino estíreno alcoholes polivinílicos y polivinil aminas,* poliacrilamidas t como N-isopropil acrilamida y varias poliacrilamidas sustituida vinil piridina; vinil sulfonato y polivinil sulfato, carbonato vinileno; ácido vinil acético y ácido vinil crotónico; alil ami y alcohol alílico; y vinil glicidil éteres.

Los geles de polímero hinchados en solvent orgánicos no volátiles son conocidos como organogeles . Un pocos ejemplos de los organogeles son sistemas basados sob estearato de aluminio, oleato, o naftenato. Estos polímer forman geles no acuosos con el enfriamiento con hidrocarburo Los organogeles electroconductivos también se han preparado de alquil tiofenos usando FeCl3 como un catalizador. Estos geles polímero exhibieron cambios de volumen drásticos cuando se camb la composición del solvente de etanol -cloroformo. El espectro absorción también cambia en la sucesión con el cambio de volum y la temperatura. Otro tipo de gel electroconductivo consiste una red polimérica electrodonante y un aceptador de pe molecular bajo subsecuentemente drogado al gel. Por tanto, 7, 7, 8, 8-tetracianoquinodimetano (TCNQ) fue drogado como aceptador de electrón en un donante polimérico degradado: po [N- [3 - (dimetilamino) propilo] acrilamida] (PDMAPAA) dimetilformamida (DMF) . Cuando TCNQ fue drogado, ocurrieron hinchamiento y colocación significantes debido a la formación un complejo de transferencia de carga (CT) .

El gel puede ser derivado para contener hidroxi carboxilo, amino, aldehido, carbonilo, epoxi o grupos de vini para inmovilizar un ligando deseado, y opcionalmente un liga bioespecífico unido a través de dichos grupos. Muchos ejemp de geles adecuados pueden encontrarse en la obra Hidrogeles Medicina y Farmacia, volúmenes I-III, editor Peppas, N.A. (Pre CRC 1986-7) , y en la obra Avances en la Ciencia del Políme editor K. Dusek, volúmenes 109-110, (Springer-Verlag Nueva Y 1993) y las referencias citadas ahí, todas incorporadas aquí referencia.

Los ejemplos de la derivación de geles pue encontrarse en la patente de los Estados Unidos de Norteamér No. 5.436.161 otorgada J. Bergstróm la cual se incorpora aquí referencia. En una modalidad de la presente invención, ligando deseado puede ser un anticuerpo, un receptor de celd o B, un epítope o un fragmento de cualesquiera de los anterio incluyendo, pero no limitándose a moléculas, tal como proteínas, las glicoproteínas, las sales de metal, los ione similares. El gel también puede incluir neurotransmisor hormonas, factores de crecimiento, citoquinas, monocin linfoquinas, nutrientes, enzimas y receptores. También es incluidos los elementos estructurados tal como las estructur macromoleculares, organelas y células, incluyendo, pero limitándose a, células de origen ectodérmico, mesodérmico endodérmico tal como células de estructura de soporte, células sangre, células neurales, células inmunes y célul gastrointestinales, y también microorganismos, tal como hongo viruses, bacterias y protozoos. Muchas de estas célul encapsuladas con gel pueden producir un volumen de estímul cambiantes cuando se exponen a analitos específicos.

En una modalidad de la presente invención, u función hidrazida es creada en la matriz de dextrano para un ligandos conteniendo grupos de aldehido, por ejemplo anticuerpo en los cuales la cadena de carbohidrato se ha oxidizado de mane que ésta entonces contiene una función de aldehido. En es caso, la matriz de dextrano es modificada inicialmente con grup de carboximetilo los cuales son parcialmente reaccionados pa formar los grupos hidrazida. Con esta matriz activada por menos se obtienen dos ventajas importantes: (1) Esta matr contiene grupos carboxilo no reaccionados los cuales en l condiciones de resistencia iónica baja actuarán co intercambiadores de ion, y mediante interacción electrostática ligando el cual se va a inmovilizar se conecta a la matriz dextrano; (2) Esta matriz muy eficientemente unirá el ligando a concentrado en la superficie, tal como mediante la condensaci de los grupos de aldehido ligando con la función de hidrazida la matriz.

De acuerdo a otra modalidad de la prese invención, una parte de los grupos de carboxilo en el dextr modificado con carboximetilo se modifica como para dar funcio de éster reactivo, por ejemplo, mediante el tratamiento con solución acuosa de N-hidroxisuccinimida y N- (3-dimeti aminopropilo) -N' -etilcarbodiimida hidrocloruro. En la mis manera que en el ejemplo descrito arriba, los cargos residual por ejemplo, los grupos carboxilo no reaccionados, contribui a efectuar una concentración de ligando sobre la superficie. ligandos conteniendo grupos amina tal como, por ejemplo, l proteínas y los péptidos, pueden entonces acoplarse a la mat de dextrano mediante enlaces covalentes.

De acuerdo a un procedimiento alterno, el és reactivo antes mencionado es utilizado para la reacción con compuesto conteniendo disulfuro tal como, por ejemplo, 2- ( piridinilditio) etanamida: en esta manera se obtiene una mat la cual contiene grupos disulfuro, y estos pueden ser emplea para acoplar los ligandos conteniendo tiol tal como, por ejemp los fragmentos F(ab) reducidos de inmunoglobulinas (vé Brocklehurst , K. y otros, J. Biochem, volumen 133, página 57 siguientes (1973), incorporada aquí por referencia. Después desdoblamiento de los enlaces de disulfuro, por ejemplo, media reducción o intercambio de tiodisulfuro, la superficie modific con tiol formada puede usarse para el acoplamiento de un liga conteniendo disulfuro tal como, por ejemplo, proteí modificadas con N-succinimidilo 3- (2-piridinilditio) propion (SPDP) .

La ventaja de este procedimiento es la de que ligandos a través de, por ejemplo, un paso de reducción pue desdoblarse para dar una superficie sensible con tio reactivos. Esta superficie modificada con tiol puede, en procedimiento análogo, usarse para un acoplamiento covale renovado de ligandos conteniendo tiol- o -disulfuro. En e manera puede obtenerse la capacidad de la regeneración química la superficie sensible la cual puede usarse para la utilizac general de la misma superficie para acoplamientos de var ligandos diferentes. El procedimiento también puede usa cuando, por ejemplo, se estudia una interacción biológica, y e interacción no puede romperse mientras que se retiene actividad biológica del ligando inmovilizado.

Un aspecto importante de la presente invención el de que una o más de las capas que forman la superfi sensible que se va a usar en un análisis dado pueden sintetiza y/o funcionalizarse en el lugar mediante el agregar los reacti apropiados a la superficie en una celda de flujo continuo en sistema biosensible.

En resumen, hay una multitud de ligandos q pueden emplearse para la detección de las biomoléculas por med de la interacción con las mismas. Será fácilmente evidente q los grupos de intercambio de ion, los grupos de metal quelatant y varios tipos de receptores para moléculas biológicas conocidos de procedimientos cromatográficos líquid convencionales - pueden emplearse para la construcción sistemas los cuales son adecuados para los propósitos selección, aún en sistemas de medición complejos.

Los materiales metalo-orgánicos, tal como metalo-ftalocianina también pueden incluirse en el gel. Otr sustancias, tal como los surfactantes, las sales inorgánicas, p ejemplo, NaBr, KBr, NaCl, KCl, Nal y Kl , los aditivos orgánic polares, tal como metanol y glicerol, los bromuros de tetr alquilamonio, y los éteres corona, por ejemplo, benzo [18] coron 6, pueden agregarse al gel para afectar sus características hinchamiento. Saito, Konno & Inomata; Irie. Los compuest sensibles a la luz, tal como los cromoforos de azobenceno, pued agregarse al gel para afectar sus características.

El gel usado en la presente invención tambi puede hacerse en un arreglo de gradiente, tal como se estable en la obra "Gradientes Moleculares de Alcanetioles Sustituid sobre Oro: Preparación y Caracterización", de Bo Liedberg Pentti Tengvall, publicada en Langmuir, volumen 11, No. 10, 1995 páginas 3821-3827.

Cuando . el sustrato con el gel encima de la monocapas autoensamblantes se expone a un estímulo o analito q es capaz de reaccionar con o afectar el gel, el dispositi sensible produce modelos de difracción óptica los cuales cambia desde el modelo de difracción óptica original, dependiendo de l reacción del gel sobre la monocapa autoensamblante con e estímulo de interés. Se deberá entender que más de una monocap autoensamblante puede imprimirse sobre un sustrato permitien por tanto a uno el asociar el gel con una monocap autoensamblante y no con la segunda monocapa autoensamblante .

Las monocapas autoensambladas de compuesto orgánicos sobre superficies de metal o inorgánicas se han hec incrementadamente importantes en muchas áreas de la ciencia los materiales. Aún cuando hay muchos sistemas diferentes monocapas autoensamblantes basadas sobre diferentes componente y soportes orgánicos, los sistemas deseados son aquéllos alcanotiolatos, HS(CH2)nR. Típicamente, una película de oro, 5 a 2000 nm de grosor, estará sostenida sobre una hoja de vidri o plaquita de Si/Si02 imprimada de titanio. El titanio sir como un promotor de adhesión entre el oro y el soporte. L alcanotioles se quimiabsorben sobre la superficie de oro dee una solución en la cual la película de oro está sumergida, forman alcanotiolatos adsorbidos cen pérdida de hidrógeno. adsorción puede también ocurrir desde el vapor. Las monocap autoensamblantes formadas sobre oro de los alcanotiolatos cadena larga de la estructura X (CH2) nY- (CH2) mS están altamen ordenadas y pueden considerarse como arreglos molecular cristalinos o casi cristalinos. Una amplia variedad de grup funcionales orgánicos (X,Y) pueden incorporarse en la superfic o en el interior de la monocapa.

Las monocapas autoensamblantes pueden por tan confeccionarse para proporcionar una amplia variedad propiedades materiales: la humectabilidad y la protección contra de la corrosión mediante los baños decapantes químicos s especialmente relevantes para la impresión de microcontacto. una modalidad de la presente invención, hay dos monocap autoensamblantes con diferentes propiedades químicas. En ot modalidad de la presente invención, una primera monoca autoensamblante es hidrofóbica, y una segunda monoca autoensamblante es hidrofílica.

La figura 1 delínea el procedimiento usado para impresión de microcontacto sobre un sustrato. Un sel elastomérico es usado para transferir mediante contacto "tint alcanetiol a una superficie recubierta con una aleación de meta En una modalidad deseada, la superficie de aleación es de o predominantemente. Las aleaciones preferidas son aquéllas t como de níquel/oro, las cuales se conocen porque muestran enriquecimiento en la concentración de superficie de oro relación a su concentración de volumen. La predicción de segregación de superficie de un metal de una aleación e descrita por M.P. Seah, "Predicción Cuantitativa de Segregac de Superficie" Diario de Catálisis, volumen 57, páginas 450-(1979) , y J.J. Burton y otros, "Predicción de Segregación p Superficies de Aleación de Diagramas de Fase de Volumen" , Car de Análisis Físico, volumen 37, No.21, páginas 1433-1436 (22 noviembre de 1976) , ambas incorporadas aquí por referencia. una modalidad de la invención, la aleación de metal tiene enriquecimiento de superficie de un metal reaccionando con monocapa autoensamblante. Si el sello es con modelo, se fo una monocapa autoensamblante con modelo. El sello es fabric mediante el fraguar polidimetilsiloxano (PDMS) sobre reproductor teniendo el modelo deseado. Los reproductores preparados usando técnicas fotolitográficas estándar, o construyen de materiales existentes teniendo características superficie de microescala. Estos métodos están descritos en patente de los Estados Unidos de Norteamérica No. 5.512.131 y la solicitud de patente de los Estados Unidos de Norteamér copendiente serie No. 08/707.456 intitulada "Método de Impres de Contacto sobre Películas de Polímero Recubiertas de Aleac de Metal" y en la solicitud de patente de los Estados Unidos Norteamérica intitulada "Método de Impresión de Contacto so Películas Recubiertas con Oro", presentada el 18 de diciembre 1996, todas las cuales se incorporan aquí por referencia.

En un procedimiento típico, un reproduct producido fotolitográficamente se coloca en un plato petri plástico o de vidrio, y se vierte sobre éste una mezcla de u proporción de 10:1 (w: o v:v) de elastómero de SYLGARD 184 y agente de curación elastómero de silicona SYLGARD 184 (D Corning Corporation) . Este elastómero se deja que se asiente p aproximadamente 30 minutos a la presión y temperatura ambien para degasificar, y entonces se cura por una a 4 horas a 60oC, se pela suavemente del reproductor. El "entintado" del sel elastomérico se logra mediante el exponer el sello a una soluci de 0.1 a 10 mM de alcanetiol en etanol anhidro, ya sea median el vertir la solución sobre la superficie del sello, o median el frotar el sello suavemente con una pequeña varillita o pali con algodón de marca Q-tip que se ha saturado con la solución entintar. El sello se deja secar hasta que no hay un líqui visible por el ojo sobre la superficie del sello (típicamente p alrededor de 60 segundos) , ya sea bajo condiciones ambientales mediante la exposición a una corriente de gas de nitrógen Después del entintado, el sello se aplica a una aleación metal, por ejemplo, una superficie de níquel/oro. Se usa u presión de mano muy ligera para ayudar a completar el contac entre el sello y la superficie. El sello es entonces pela suavemente de la superficie. Después de la remoción del sell la superficie se lava del exceso de tiol y la superficie aleación de metal con modelo puede someterse a baños decapant químicos (véase abajo) que remueven selectivamente las áreas derivadas de la superficie de aleación de metal, y si se dese los soportes subyacentes. Alternativamente, la derivaci adicional de las áreas no selladas puede lograrse, ya s mediante el usar un segundo sello o mediante el lavar superficie completa con un alcanetiol diferente.

El carácter elastomérico del sello es esenci para el éxito del proceso. El polidimetilsiloxano (PDMS) cuan se cura es suficientemente elastomérico para permitir un bu contacto conformador del sello y de la superficie, aún pa superficies con un relieve significante; este contacto esencial para una transferencia de contacto eficiente de la tin de alcanetiol a la película recubierta de aleación. L propiedades elastoméricas de PDMS también son importantes cuan el sello es removido del reproductor. Si el sello es rígi (como lo es el reproductor) es difícil el separar el sello y reproductor después del curado sin dañar uno de los d sustratos . El PDMS también es suficientemente rígido pa retener su forma, aún para características con dimensiones submicra. Se han generado modelos con líneas tan pequeñas co de 200 nm de ancho. La superficie del PDMS tiene una energ libre interfacial baja (y = 22.1 dinas/cm), y el sello no adhiere a la película recubierta de aleación de metal. El sel es durable. El mismo sello se ha usado hasta 100 veces sobre periodo de varios meses sin una degradación significante en funcionamiento. La naturaleza polimérica del PDMS también jue un papel crítico en el procedimiento de entintado mediante permitir al sello el absorber la tinta de alcanetiol median hinchamiento.

La impresión de microcontacto sobre l superficies de aleación de metal puede llevarse a cabo con u variedad de "tintas" de alcanetiol. Los alcanetioles que sufren un esparcimiento reactivo (después de la aplicación a película de aleación de metal) se requieren para la formación pequeñas características con alta resolución. Para el estampa en aire, uno puede usar alcanetioles autofóbicos tal co hexadecanetiol. La impresión de microcontacto de otr alcanetioles no autofóbicos, por ejemplo, HS (CH2) 15COOH, pue llevarse a cabo mediante el estampar bajo un líquido tal ce agua. Las monocapas autoensamblantes con modelo de l alcanetioles sobre aleación de metal proporcionan un carácter capa protectora excelente con un número de baños decapant químicos húmedos.

En una modalidad de la presente invención, monocapa autoensamblante se forma de un tiol de alcano termina con carboxi estampado con un sello elastomérico con modelo sob una película termoplástica de superficie de oro/níquel tal co MYLAR®. El sello es entintado con una solución de alcanetiol etanol, se seca, y se pone en contacto con una superficie níquel/oro. El alcanetiol es transferido a la superficie sólo aquellas regiones en donde el sello hace contacto con superficie, produciendo un modelo de monocapa autoensamblante cual se define por el modelo del sello. Opcionalmente, las áre de la superficie de níquel/oro no modificadas cerca de las áre estampadas pueden hacerse hidrofóbicas mediante la reacción c un alcanetiol metil-terminado. La película es entonces puesta contacto con una solución capaz de formar un gel, por ejempl una solución acuosa de N-isopropilacrilamida: por ejemplo, pa recubrir la película ésta puede jalarse a través de un sistema dos fases de agua y tolueno. El polímero entonces se ensamb sobre el SAM hidrofílico con modelo, formando el dispositi sensor de la presente invención.

Una modalidad deseable de la presente invención un sustrato de película termoplástica sobre el cual se coloca SAM con el gel. Cualesquier película termoplástica sobre la cu pueda depositarse un sustrato de metal es adecuada para presente invención. Estos incluyen pero no se limitan polímeros, tal como tereftalato de polietileno (MYLAR® acrilonitrilo-butadieno-estireno, copolímero de acrilonitril metilacrilato, celofán, polímeros celulósicos tal como et celulosa, acetato de celulosa, butirato de acetato de celulos propionato de celulosa, triacetato de celulosa, polietilen copolímeros de polietileno-vinil acetato, copolímeros de nil polietileno (polímeros de etileno) ior.ómeros, polipropile polímeros de metilpenteno, fluoruro de pclivinilo y polisulfo aromáticas. Preferiblemente, la película plástica tiene transferencia óptica de más de 80%. Otros termoplásticos proveedores adecuados pueden encontrarse, por ejemplo, en trabajos de referencia tal como la Enciclopedia de Plásti Modernos (McGraw-Hill Publishing Co . , de Nueva York 1923-199 incorporada aguí por referencia.

En una modalidad de la invención, la pelíc termoplástica con el recubrimiento de -etal sobre el mismo ti una transparencia óptica de entre aprcxir.adámente 5% y 95%. transparencia óptica más deseada para la película termoplást usada en la presente invención es de entre aproximadamente 20 80%. En una modalidad deseada de la presente invención, película termoplástica tiene por lo itenoí una transparen óptica de aproximadamente de 80%, y el espesor del recubrimie de metal es tal como para mantener una transparencia óptica ma de alrededor de 20%, de manera que los modelos de difracc pueden producirse mediante ya sea luz reflejada o transmiti Esto corresponde a un espesor de recubrimiento de metal alrededor de 20 nm. Sin embargo en c ras modalidades de invención, el espesor de oro puede ser de entre aproximadame 1 nm y 1000 nm.

La aleación de metal preferida para el depósi sobre la película es oro y otro metal. Sin embargo, tambi pueden usarse las aleaciones de plata, aluminio, cobre, hierr circonio, platino, níquel. Los metales preferidos son unos q no forman óxidos, y por tanto ayudan en la formación de monocap autoensamblantes más predecibles. Las aleaciones tal como Ni/A Pt/Au, y Cu/Au, las cuales muestran enriquecimientos superficie de Au, son adecuadas.

En principio, cualesquier superficie c corrugaciones de tamaño apropiado pueden usarse co reproductores. El proceso de impresión de microcontacto empie con una estructura de relieve apropiada, de la cual se moldea sello elastomérico. Este templado "maestro" puede generars fotolitográficamente, o mediante otros procedimientos, tal co retículos de difracción comercialmente disponibles. En u modalidad el sello puede hacerse de polidimeti1siloxano.

En una modalidad de la presente invención l monocapa autoensamblante tiene la siguiente fórmula general: X-R-Y X es un reactivo con metal u óxido de metal. P ejemplo X puede ser disulfuro asimétrico o simétrico (-R'SSR, - RSSR) , sulfuro (-R'SR, -RSR) , diseleniuro (-R'Se-SeR), seleniu (-R'SeR, -RSeR) , tiol (-SH), nitrilo (-CN) , isonitrilo, nitro (-N02) , selenol (-SeH) , compuestos de fósforo trivalente isotiocianato, xantato, tiocarbamato, fosfina, tioácido ditioácido, ácidos carboxílicos, ácidos hidroxílicos y ácid hidroxámicos .

R y R' son cadenas de hidrocarburo las cual pueden interrumpirse opcionalmente por hetero átomos y las cual no están preferiblemente ramificadas por la consideración de empaque denso óptimo. A la temperatura ambiente, R es mayor igual a siete átomos de carbono en longitud, a fin de superar aleatoriedad natural de la monocapa autoensamblante. temperaturas más frías, R puede ser más corto. En una modalid preferida R es -(CH2)n- en donde n está entre 10 y 12, inclusiv La cadena de carbón puede opcionalmente ser perfluorinatad Véase Regen, S.L., y otros, (1986), J. Am. Chem. Soc. volu 108, páginas 6094-5 y Ringsdorf, H., y otros, Angew. Chem. In Ed., Engl., volumen 27, páginas 113-158 (1988), amb incorporadas aquí por referencia.

Y también puede tener cualesquier propiedad superficie de interés. Por ejemplo Y puede ser cualesquiera entre el gran número de grupos usados para la inmovilización técnicas de cromatografía de líquido, tal como grupos hidro carboxilo, amino, aldehido, hidrazida, carbonilo, epoxi o vinil Los ejemplos de los materiales de capa sensora están estableci en la obra "Modelante Monocapas Autoensambladas Usando Impres de Microcontacto: Una Nueva Tecnología para Biosensores?" , Milán Mrksich y George M. Whitesides, publicado en TIBT?CH, ju de 1995 (volumen 13), páginas 228-235; y en la patente de Estados Unidos de Norteamérica No. 5.436.161 otorgada a Bergstrom y otros, incorporada aquí por referencia.

En una modalidad de la invención, el gel e acoplado a Y. Por ejemplo, ambos el gel y el SAM pueden hidrofílicos.

Las monocapas autoensamblantes de aci fosfónico, hidroxámico y carboxílico de alquilo también pue ser útiles para los métodos y composiciones de la prese invención. Dado que los alcanetioles no se adsorben a superficies de muchos óxidos de metal, los ácidos carboxílic los ácidos fosfónicos y los ácidos hidroxámicos pueden preferidos para X para aquellos óxidos de metal. Véase J. Folkers, G.M. Whitesides, y otros, Langmuir, 1995, volumen páginas 813-824.

R también puede ser de la forma (CH2) a-Z- (CH2)b, donde a=O, b=7, y Z es cualesquier compuesto o funcionali química de interés, tal como sulfonas, urea, lactama, etc.

El sello puede ser aplicado en aire, o bajo fluido tal como agua para evitar la difusión en exceso alcanetiol. Para procesos de impresión continuos o de g escala, es más deseable el imprimir en el aire, ya que tiempos de contacto más cortos son deseables para esos proces En una modalidad de la presente invención, modelo está formado sobre el polímero termoplástico metaliz con la monocapa autoensamblante. En otra incorporación de presente invención, el relieve del modelo está formado con monocapa autoensamblante. Después del proceso de estampado, áreas metalizadas sobre el plástico pueden opcionalmente hace pasivas, por ejemplo, con una monocapa autoensamblante met terminada tal como de hexadecilmercaptano.

La aparición, o la desaparición de una ima holográfica puede usarse para indicar la presencia de un estím en el ambiente local, por tanto, los hologramas pueden usa para simplificar tal dispositivo y para presentar la informac de exhibición a un consumidor en una forma amigable para usuario. Un algoritmo de computadora es usado para calcula generar los modelos de holograma de difracción de obje predefinidos. La transferencia del modelo generado computadora a un gel sensible sobre Mylar® metalizado se lo por medio de un proceso de impresión simple.

Las aplicaciones para la holografía ópt incluyen el almacenamiento de datos digital, la microscop reconocimiento de modelo con espectroscopia y exhibicion Manual de Holoarafía Óptica de H.J. Caulfield, editor (Pre Académica de Nueva York 1979) , incorporado aquí por referenc Muchas de estas aplicaciones descansan sobre métodos holográfi tradicionales los cuales no son muy adecuados a requerimientos de un dispositivo sensible.

La presente invención permite a uno el generar computadora un modelo holográfico complejo de un obj especificado, imprimirlo sobre la película de alta resolución, convertir el sello elastomérico con modelo para una transferen final a un sustrato sobre el cual puede ser autoensamblado material selectivamente sensible para formar los pixeles holograma de difracción de luz.

La habilidad para ver fácilmente una ima holográfica con la vista sin auxilio involucra la considerac de un número de variables incluyendo (1) condiciones alumbrado, (2) la amplitud de modulación de índice refringente el material holográfico, (3) el contenido de información holograma, (4) el tipo de holograma (fase de volumen, amplit transmisión, reflexión, etc.), (5) el espesor de la capa difracción activa, y (6) la población de pixel activada holograma. El uso de un holograma para una aplicación de sen requiere una activación de sitio de micro-reactor de modulaci de receptor precisa por el estimulante, y un cambio loc correspondiente en la absorción de luz o índice refringente.

En la presente invención, la información de sens extraída de la difracción de modelo de luz de un arreglo regul de microprotuberancias que se cuantifica y se relaciona a l cambios físicos (tamaño, forma, e índice refringente) en el niv de microprotuberancia.

De acuerdo a la presente invención, el modelo holograma se fabrica para aplicaciones de sensor. El método acuerdo a la presente invención es compatible con los procesos impresión continua y éste involucra los siguientes pasos: ( computación de un modelo de holograma impreso basado sobre u imagen visual preseleccionada para exhibición, (b) formatear imprimir el modelo sobre una película de transparencia de al resolución, (c) conversión fotolitográfica del modelo de esca de grises a relieve de superficie, (d) conversión del modelo relieve de superficie a un sello elastomérico, (e) imprimir c estampado las regiones de monocapa hidrofóbicas/hidrofílic sobre un sustrato MYLAR® metalizado, y finalmente, (f) ensambl el material sensible al analito sobre regiones definidas en proceso de impresión de sello.

Una fuente de luz especial , tal como un apunta láser o una fuente de punto de luz blanca, es deseable para la imagen holográfica impresa. Cada ubicación en el hologra impreso contiene información acerca de una vista en perspecti de la imagen completa. Por tanto, cuando un apuntador láser usa para proyectar la imagen sobre una pantalla, el rayo só requiere el propagarse a través de una sección pequeña holograma para reconstruir la imagen completa. La alineación es crítica.

De acuerdo a la presente invención, un modelo holograma impreso sobre un sustrato bi-dimensional (superfici representa sólo la parte real de la información de propagación luz compleja. Por tanto ambas la imagen real y conjuga simétrica (virtual) son reconstruidas durante la observación. formación de imagen "dual" lleva a un grado agregado flexibilidad pero esto reduce también efectivamente el espacio imagen visible no oscurecido a la mitad.

El tamaño, la posición relativa, y el contenido información de la imagen holográfica están todos limitados p las capacidades de resolución de la impresora. Una impresión 3600 puntos por pulgada (dpi) limita el ángulo de abani completo de imagen justo sobre 5 grados (entre más alejado de película, la imagen puede ser mayor) . Además, para evitar traslape con la imagen gemela, el ángulo de abanico de imag efectiva para un holograma generado con una resolución de 36 dpi máximos se reduce a 2.5 grados. Existen métodos por los q una reducción fotolitográfica de 10 veces del modelo de hologra puede usarse para aumentar la densidad efectiva de los pixeles 36,000 dpi, aumentado por tanto el ángulo de abanico de imag efectiva (no oscurecida) a 32 grados. Si es necesaria u resolución superior pueden usarse procesos litografieos de ra electrónicos o fotoconvencionales .

La imagen difraccionada puede optimizarse por método específico de indicación. Por ejemplo, una imagen t simple como un punto proyectado, fuera de eje, único puede s ideal cuando se usa un foto-diodo para detección, pero una imag de símbolo complejo tal como una calavera y huesos cruzad pueden estar mejor adecuada para la detección por el ojo human Cada tipo de imagen puede especificarse; sin embargo, el tiem de computación de holograma aumenta linealmente con cada pixel imagen agregado.

Un sensor basado en difracción de acuerdo a presente invención utiliza la interacción de la luz con un med sensor para alterar el modelo de difracción reflejado transmitido. La figura 10 muestra una estructura periódi consistiendo de microprotuberancias de polímero puestas en arreglo. Un cambio en el arreglo del tamaño microprotuberancia, de la forma, del color, de la densid óptica, o del índice refringente puede dispararse por presencia de algún analito particular en el ambiente local. entendimiento de la relación entre este cambio físico y el cam de difracción de luz consecuente es importante en el diseño de presente invención.

Una vista lateral del arreglo de los órdenes difracción resultantes (delanteros) se muestran en la figura la lambda de caso inferior (?) es la longitud de onda de la entrante, y la lambda de caso superior (?) representa separación de centro a centro de protuberancias. La monocromática incidental con la longitud de onda ? difraccionada en varios órdenes con cada orden particular caracterizado por un ángulo de difracción phi (sub-m) ig arcsín (lambda x m) /? para m es igual a 0, +/-1, +/-2, ..., ?/?.

Como puede concluirse de la figura 11, ning información de percepción es obtenida mediante el seguir ángulo de difracción. Sin embargo, los cambios en el tamañ forma de la protuberancia se reflejarán en las intensida relativas de los órdenes de difracción. Un cambio en separación de protuberancia, sin embargo, cambiará el ángulo difracción.

El modelo de difracción de campo alejado para arreglo de microprotuberancia típico se muestra en la figura 1 El lado izquierdo de la figura 12 da un modelo de difracción pa un arreglo de microprotuberancia con un periodo de 15 mieras uno para un periodo de 3 mieras sobre la derecha. La brillant o la irradiación de cada punto está relacionada a la forma físi promedio estadística, al tamaño y al índice refringente de l protuberancias examinadas. Las protuberancias examinad incluyen todas las protuberancias iluminadas por el ra explorador. La irradiación de punto y el perfil de protuberanc están matemáticamente relacionados por lo coeficientes Fourier la expresión de expansión de series de rayo transmitidas de cam cercano. La figura 13 ilustra gráficamente esta relación. magnitud de campo eléctrico de campo alejado transmitida |t(u es periódica, debido a que el frente de onda de luz periódicamente perturbado (retrasado) al desplazarse a través las microprotuberancias de índice refringente superior, en don cada campo eléctrico de orden (a0, , a-_, a2, ...) está relaciona al coeficiente de series Fourier de frente de onda perturbad Los frentes de onda desplazándose a través de las protuberanci sufren un retraso de fase en proporción a la longitud trayectoria recorrida a través de la protuberancia. perturbación de retraso de fase periódica da lugar a un modelo campo alejado periódico. La magnitud del campo eléctrico campo alejado de los puntos de modelo de difracción est relacionados al perfil de protuberancia, h(x) , a través del cam eléctrico transmitido de campo cercano, t(x)=epx(j kh(x)), donde K=2pi n/?, en donde n es el índice refringente de la reg de protuberancia. Los coeficientes Fourier, y por tanto la r cuadrada de la irradiación detectada para cada orden se calcu mediante el traslape integral: a (sub m)=(l/?) R, en donde R la cantidad t (x) eos (mkx) integrada de -?/2 hasta +?/2, en do se presume que t (x) es una función simétrica. Si t (x) no simétrico, uno debe calcular el traslape integral de t (x) con función accidental, sin (mkx). Esta expresión de coeficiente series Fourier es lo que permite a nosotros el predecir relacionar un cambio en el modelo de difracción de arreglo microprotuberancia a un cambio en las características protuberancia, las cuales a su vez está relacionada a concentración de analito local.

Un cálculo de ejemplo mostrando la irradiación orden de difracción para dos funciones cosinusoidales trunca de diferentes alturas se muestra en la figura 14. Esta fig ilustra una irradiación de modelo de difracción sobre eje medio plano para dos arreglos de microprotuberancias diferen con un índice refringente = 1.5, un periodo ? = 15 micrómetr un ancho de protuberancia = 10 micrómetros, una altura protuberancia = 1.5 micrómetros (puntos grandes), una altura protuberancia = 0.9 micrómetros (puntos pequeños) . La absc está en grados, y la ordenada está medida en por ciento de fue de la transmisión total de irradiación. Un perfil protuberancia individual está mostrado en la intercalación. espectro de difracción de ejemplo mostrado en la figura ilustra una relación única y medible entre la forma protuberancia y la irradiación de modelo de difracción. P tanto un cambio inducido por analito en el perfil protuberancia dará lugar a un cambio de intensidad en una o m órdenes de difracción. Este cambio de intensidad puede medirs a su vez, en relación a la presencia de analito en el ambien local .

La desventaja principal asociada con el sensor difracción de arreglo de microprotuberancia es la dificultad relacionar y cuantificar los cambios en la señal de irradiaci de difracción detectada a un estímulo de entrada (por ejempl temperatura pH, etc.) . Los pequeños errores introducidos en punto en la transformación desde la irradiación detectada a escala de temperatura se multiplican grandemente debido a l transformaciones no lineales. La sensibilidad para t dispositivo depende mucho de la geometría de protuberancia y d volumen inicial. Además, dado que el gel tiene una temperatu de iniciador mínima y dado que éste sufre un cambio de volumen 10 veces aproximadas sobre unos pocos grados, el rango dinámi del dispositivo o sensor de la presente invención extremadamente limitado.

Uno de los objetivos establecidos desde el inic fue el de que los resultados de detección deben ser interpretad fácilmente sin el auxilio de electrónicos de soporte. Por tant es necesario el ensamblar los reactivos de microprotuberancia un modelo de manera que la luz difraccionada forme una imagen q sea fácilmente reconocible con la vista. Además u característica sobresaliente de la imagen difraccionada de cambiar para indicar la detección de un analito preselecciona en el ambiente local .

La presente invención es una combinación única técnicas de fabricación de SAM y micro-litográfica que han hec posible el transformar la impresión de película de escala grises a un modelo de relieve de superficie en capa fotosensibl el formar un sello del modelo, y el definir las regiones c modelo hidrofílicas adherentes que responden al gel sobre MYLAR® metalizado. El tipo de plataforma sensora de hologra producida de acuerdo a la presente invención es única con juego completo de propiedades únicas que pueden ser ventajos cuando se comparan lado a lado con otros tipos de sensores. integración de la exhibición visual con la superficie sensora acuerdo a la presente invención es un paso importante pa reducir los costos asociados con la electrónica de soporte.

Esta invención está ilustrada además por l siguientes ejemplos los cuales no deben considerarse en ningu manera como que imponen limitaciones sobre el alcance de misma. Por el contrario, deberá entenderse claramente que pue recurrirse a varias otras incorporaciones, modificaciones equivalentes de la misma, las cuales, después de la lectura de descripción dada aquí, pueden sugerirse a los expertos en el ar sin departir del espíritu de la presente invención.

Ejemplo 1 Impresión de MYLAR® (tereftalato de polietilen recubierto con níquel/oro con modelos de ácido 1 mercaptohexadecanoico y hexadecanetiol .

Una aleación de níquel/oro de 15.9 nM de espes se recubrió-metalizó sobre MYLAR® de 7 mil. La composición tu una transmisión de luz visible de 65%, y una resistencia de ohms/cm2. Se obtuvieron los siguientes resultados del anális de superficie XPS.

ND significa "no detectado", por ejemplo, de me de 0.2 átomo-por ciento.

Estos resultados muestran que la superficie exterior de la aleación de Ni/Au es predominantemente de Au, ejemplo, el Ni no es detectado sino hasta después de que remueven aproximadamente 5.0 nM de Au. Por tanto, la aleac presenta una superficie que parece oro puro que puede usarse c una superficie de "oro puro" para impresión de contacto.

La película MYLAR® modificada con una c superior de níquel/aleación depositada con metalización se obt de Courtaulds Performance Films (de 21034 Osborne Street, Can Park, California 91304) . Los modelos de los alcanotio carboxi-terminados, hidrofílicos se estamparon sobre el MYL metalizado con Ni/Au usando CH3 (CH2) 15SH y ácido HOC (O) (CH2) 1 mediante el siguiente método. (Véase la figura 1) . Un modelo capa fotosensible expuesto y revelado de círculos de 10 mieras diámetro sobre una plaquita de silicón se usó como reproductor. El polidimetilsiloxano (PDMS; elastómero silicona 184; de Dow Corning Co., de Midland, Michigan), polimerizó sobre un reproductor para producir un sello círculos de diez mieras de diámetro espaciados por una separac de 5 mieras. El sello fue entintado mediante la exposición a solución (de 1 a 10 mM en etanol) de ácido mercaptohexadecanoico, y dejándolo secar al aire. El sustrato puso en contacto con el sello por 50 segundos y se lavó por 4 segundos con una solución de hexadecanetiol (de 1 a 10 mN etanol) la cual reacciona con el oro en regiones no cubiertas el tiol carboxi terminado. Se produce por tanto una superfi con modelo con C02H anbd CH3. El sustrato fue finalmente lav por 10 segundos en etanol y se secó en una corriente nitrógeno. Los resultados de esta impresión están mostrados la figura 2.

Los círculos de monocapa autoensamblan hidrofílicos permiten una colocación selectiva de fluidos tensión de superficie superior tal como agua, trietilen glic o adhesivos acrílicos de uretano curables con luz ultraviole Las soluciones acuosas de los geles sensibles con o indicadores sensitivos a los analitos también pueden coloca selectivamente sobre los círculos de monocapa. Estos líqui pueden contener reactivos disueltos y suspendidos que reaccio química o físicamente con los analitos de objetivo, haciendo tanto a la película de plástico recubierta una colección microrreactores de 10 mieras adecuados para sensores quími desechables de bajo costo. Un ejemplo de tal dispositivo muestra en la figura 3a.

La difracción de la luz visible se mostró estas composiciones. Ambos modelos de difracción transmitid reflejada se observaron cuando se usó una iluminación láser d mW, 670 nM. La figura 3b es una fotografía del modelo difracción formado por la luz visible mostrada a través modelo de monocapa autoensamblante de la figura 3a. Los colo de difracción del arcoiris fueron observados con la luz bla transmitida.

Medición de Ángulos de Contacto Los ángulos de contacto fueron medidos sobre goniómetro Rame-Hart Modelo 100 a la temperatura ambiente y a humedad ambiente . El agua para los ángulos de contacto deionizada y destilada en un aparato de vidrio y teflón. ángulos de contacto de avance y de retroceso fueron medidos so ambos lados de por lo menos tres gotas de cada líquido platina; los datos en las figuras representan el promedio estas mediciones . Se usó el siguiente método para medir ángulos de contacto: Una gota de aproximadamente 1-2 microlit en volumen se produjo sobre el extremo de la punta de pip (jeringa Micro-Electrapette; de Matrix Technologies, de Lowe Massachusetts) . La punta entonces se bajó a la superficie ha que la gota se puso en contacto con la superficie. La gota avanzó mediante el aumentar lentamente el volumen de la g (tasa de aproximadamente un microlitro/segundo) . Los ángulos contacto de avance del agua fueron medidos inmediatamente an de que el frente de la gota se haya movido suavemente por distancia corta a través de la superficie. Los ángu retrayentes fueron tomados después de que la gota se hab retraído suavemente a través de la superficie mediante disminuir el volumen de la gota.

Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X (XPS) Los espectros fotoelectrónicos de rayos X fuer recolectados sobre un espectrómetro de Surface Science SSX-1 usando una fuente Al K-alfa monocromatizada (hv=1486.6 electr voltios) . Los espectros fueron registrados usando un tamaño punto de 600 micrómetros y una energía de paso sobre el detect de 50 electrón voltios (el tiempo de adquisición para u exploración fue de aproximadamente 1.5 minutos) . Para l monocapas, los espectros fueron recolectados respecto de carb y oxígeno usando los picos ls a 285 y 530 eV, respectivament las energías de unión para los elementos en la monocapa fuer referidas al pico debido al hidrocarburo en la región C ls, pa lo cual la energía de unión fue fijada a 284.6 eV. Los espectr para el ácido hidroxámico sólido fueron recolectados usando u pistola de inundación electrónica de 4.5 eV para disipar la car en la muestra. Las energías de unión para los sustratos fueron estandarizadas a una muestra de referencia. Todos l espectros fueron ajustados usando una forma pico de 8 Gaussian/20% Lorentzian y una resta de antecedentes Shirle Véase J.P. Folkers, G.M. Whitesides, y otros, Langmuir, volum 11, No. 3, páginas 813-824 (1995) .

Figuras de Condensación Las figuras de condensación (CFs) son arreglos gotas líquidas que se forman por la condensación del vapor so las regiones de energía de superficie superior de una superfi sólida con modelo. El examen de las figuras de condensación ha usado históricamente como un método para caracterizar el gr de contaminación sobre una superficie de otra manera homogén Uno es capaz de imponer un modelo sobre los conjuntos de go condensadas mediante el modelar la superficie subyacente a és en regiones de energía libre interfacial de vapor-sól diferente y para caracterizar el CFs con modelo media fotomicroscopía y difracción óptica. Puede demostrarse que CFs con modelo apropiado pueden usarse como retículos difracción óptica y que el examen de los modelos de difracc proporciona ambos un método no destructivo y rápido p caracterizar las monocapas autoensamblantes con modelo y acercamiento a percibir el ambiente (figura 6, explicada abaj Debido a que la forma de los CFs esto es, el tama densidad y la distribución de las gotas es sensitiva a l factores ambientales, el CFs de tamaño y modelo apropi difracciona la luz y pueden usarse como sensores. Este princi se demuestra mediante el correlacionar la temperatura de sustrato con modelo en regiones hidrofóbicas e hidrofílicas, una atmósfera de una humedad constante relativa, con intensidad de la luz difraccionada de CFs sobre estas region Los modelos apropiados son formados de monocap autoensambladas (monocapas autoensamblantes) sobre oro/níqu mediante el usar combinaciones de hexadecanetiol [CH3 (CH2) 15SH 16-ácido mercaptohexadecanoico [HS (CH2) 15COOH] , y 1 mercaptoundecanoi [HS (CH1:lOH] . Varias técnicas están aho disponibles para preparar modelos de dos o más monocap autoensamblantes teniendo dimensiones de 0.1 a 10-µm.

A 20°C, un rayo de luz incidental de un lás (láser de helio-neón, longitud de onda=632.8 nm) produjo un pun transmitido único debido a que no se había condensado agua sob la superficie, y la transmisión de las regiones cubiertas c diferentes monocapas autoensamblantes fueron efectivamen indistinguibles. Al exponerse la superficie al aire húmedo tibio, las gotas de agua se condensaron preferiblemente sobre l regiones hidrofílicas. Los modelos de difracción aparecieron la luz transmitida desde la superficie. Bajo estas condicion la luz fue transmitida coherentemente desde las regiones en don no se había condensado agua y se esparció por las regiones donde el agua se había condensado. Las figuras de condensaci desaparecieron en varios segundos al evaporarse las gotas de ag que se habían condensado sobre las monocapas autoensamblantes La habilidad para formar figuras de condensaci puede determinarse mediante los ángulos de contacto relativos d agua sobre las monocapas autoensamblantes hidrofóbicas hidrofílicas. Las monocapas sin modelo del tiol apropiado prepararon mediante inmersión del sustrato en una soluci diluida por una hora, seguido por el enjuague con etanol y secado con aire.

Los ángulos del contacto sobre Au (Ni) /MYLA reaccionado con CH3(CH2)1SSH y HOC(O) (CH2) 15SH fueron de 100o y 62 respectivamente. El ángulo de contacto para agua de MYLAR® Au/ no tratado fue de 73-7 'o . Este ángulo de contacto para agua similar a aquél obtenido para plaquitas de SiOx recubiertas Au, el cual es de 73-74o (datos no mostrados) .

Las figuras de condensación [Ciencia, volumen 26 60 (1994) , incorporado aquí por referencia] con una difracci óptica equivalente pueden formarse sobre Au/Ni :MYLAR®, relati al arte conocido con Au:SiOx. La química de los alcano-tiol reaccionando con Au/Ni :MYLAR® es similar a aquélla reportada la literatura para Au.*SiOx.

Una imagen de microscopio electrónico secundar de emisión de campo de círculo de 10 mieras de diámetro de l monocapas autoensamblantes hidrofílicas formadas median impresión de ácido 16-mercaptohexadecanoico sobre MYLA metalizado con aleación de Ni/Au se muestra en la figura 2. figura 3a es una fotomicrografía óptica a una amplificación 300x de los círculos de 10 mieras de diámetro de las monocap autoensamblantes hidrofílicas formadas mediante la impresión ácido 16-mercaptohexadecanoico, y después de la exposición a adhesivo óptico, curable de alta energía de superficie. adhesivo fue curado mediante exposición a la luz ultraviole (UV) .

La figura 3b es una fotografía del modelo difracción formado mediante luz visible mostrada a través ? modelo de monocapa autoensamblante descrito por la figura 3a.

La figura 4 es una de imágenes de micrograf electrónica secundaria de emisión de campo de círculos de mieras de diámetro formados de polímeros fotocurabl autoensamblados sobre monocapas autoensamblantes hidrofílicas La figura 6, en la columna vertical del la izquierdo, muestra arreglos impresos, sobre el lado derecho columna muestra los modelos de difracción resultantes. inserto en la columna de lado izquierdo en la figura 6d da escala de los modelos .

Ejemplo 2 Colocación de un hidrogel encima de modelos monocapas autoensamblantes impresas sobre MYLAR® (tereftalato polietileno) recubierto de níquel/oro .

Las soluciones de un gel químicamente sensibles prepararon mediante polimerización en una solución acuosa de isopropilacrilamida (ÑIPA) (18% por peso) usando persulfato ácido ascórbico. Brevemente, una botella Erlenmeyer de 250 mL cargó con 18.0 gm de monómero ÑIPA y 80 g de agua destilada. solución resultante se agitó usando una barra de agitac magnética, y se dejaron disolver 0.08 g de persulfato potási Un septo de hule se colocó sobre la botella, y las agujas entrada y de salida se usaron para purgar la botella nitrógeno. Agitando constantemente, la botella se enfrió en baño de hielo a aproximadamente Occ. Una solución de 0.07 g ácido L-ascórbico en 3 mL de agua destilada se inyectó dentro la mezcla. En 2 horas, la mezcla se había polimerizado a solución transparente muy viscosa. El polímero resultante diluido con agua adicional a una concentración de 2 por cie por peso. A esta solución se agregó un volumen igual de tolu para producir un sistema de dos fases. La película de MYL impresa del Ejemplo 1 se jaló a través de ambas fases de es sistema para autoensamblar la solución acuosa del polímero so el SAM hidrofílico con modelo. Esto resultó en un dispositi sensor conteniendo un gel sensible a los estímulos.

Ejemplo 3 Impresión de MYLAR® (tereftalato de polietileno recubierto de oro con modelos de ácido 16-mercaptohexadecanoic y hexadecanetiol.

Los modelos de MYLAR® (de tereftalato d polietileno) recubiertos con oro fueron impresos con modelos d ácido 16-mercaptohexadecanoico y hexadecanetiol, en una maner similar a aquélla mostrada en la figura 1, y descrita abajo.

La película MYLAR® modificada con una cap superior de oro depositada con plasma se obtuvo de Courtauld Performance Films (de Canoga Park, California 91304) . Un imagen de microscopio de fuerza atómica de esta película MYLAR está mostrada en la figura 5. Se usaron espesores de película d polímero de entre 2 y 7 mils y capas superiores de or produciendo una resistencia de superficie de 65 ohms po centímetro cuadrado con una transmisión de luz visible de entr 20% y 65%.

Los modelos de alcanotioles carboxi-terminados hidrofílicos fueron estampados sobre película recubierta de or usando ácido 16-mercaptohexadecanoico por el método siguiente Un modelo de capa fotosensible expuesta y revelada de círculos d 10 mieras de diámetro sobre una plaquita de silicón se usó com el reproductor. El polidimetilsiloxano (PDMS; elastómero silicona 184; Dow Corning Co., de Midland, Michigan), s polimerizó sobre un reproductor para producir un sello co círculos de 10 mieras de diámetro espaciados con una separació de 5 mieras. El sello fue entintado mediante exposición a u solución (de 1 a 10 mM en etanol) de ácido 16-mercapto hexadecanoico, y se dejó secar al aire. El sustrato se puso e contacto con el sello por 50 segundos y se lavó por 2 a segundos con una solución de hexadecanetiol (de 1 a 10 mM e etanol) . El sustrato fue finalmente lavado por 10 segundos e etanol y se secó en un corriente de nitrógeno. (Los resultados n se muestran) .

Ejemplo 4 Medición de Difracción Experimental En la figura 15 se muestra un esquema de medició de difracción experimental. Esta figura muestra una colocació experimental para cuantificar el espectro de difracción de u arreglo de difracción. Los elementos de la colocación incluye un láser de Helio/Neón, un registro remoto, un polarizador, u filtro de densidad neutral, un espejo, un expansor, una arcoiris una muestra, un lente, un lente transformado Fourier, un objetiv de distancia focal variable, una cámara CCD, un monitor, u agarrador de cuadro, y una computadora con un programa d computadora de análisis de imagen.

La luz coherente con longitud de onda ?=0.632 micrómetros fue difraccionada mediante la muestra la cual fu encerrada en una cámara de ambiente. Las órdenes de difracció fueron recolectadas por un lente y se formaron imágenes sobre un cámara CCD en donde la imagen fue exhibida sobre un monitor y s almacenó en una computadora para el procesamiento y análisis d imagen. Esta colocación experimental se usó para medir l intensidad de imagen de difracción bidimensional de un arregl modelado- (SAM) de monocapa autoensamblada de poli-N isopropilacrilamida (ÑIPA) sensible a la temperatura. La protuberancias de poli-ÑIPA sufrieron un encogimiento de volume con una temperatura en aumento, por tanto, la irradiación d orden de difracción detectada desde un punto al siguiente cambio, como se predijo por el modelo, con una elevación en l temperatura. Una imagen de ejemplo capturada durante est experimento se muestra abajo en la figura 16. El rayo de orde cero en esta figura fue bloqueado para eliminar la saturació CCD. S. Hirotsu, Y. Hirokawa, y T. Tanaka, "Transiciones d fase-volumen de geles N-isopropilacrilamida ionizados", J . Che Phys . , volumen 87, No. 2, páginas 1392-1394, 15 de julio de 1987, incorporado aquí por referencia.

La conversión de imagen de escala de grises modelo de difracción a escala de temperatura debe hacerse c cuidado extremado ya que esto involucra por lo menos cin transformaciones en secuencia incluyendo: (1) una relación lineal entre la temperatura de gel y el volumen microprotuberancia, (2) una relación entre el volumen protuberancia y la forma, (3) una relación no lineal (oscilant entre la forma de protuberancia y la señal detectada con dispositivo CCD (véase la figura 17) y finalmente, (4) medici y cuantificación de la señal detectada para almacenamien digital de la imagen.

Asumiendo que la protuberancia es de for cosinusoidal con la altura h, y el diámetro de base constante el volumen v, de la microprotuberancia es v=hd2 (1-2/pi) , p ejemplo, el volumen está relacionado linealmente a la altura pa esta forma. La figura 17 es una gráfica de la irradiación difracción de primer orden como una función de la altura microprotuberancia para un índice refringente de protuberancia 1.5, de un ancho de base de 10 micrómetros, y de un periodo de micrómetros. La curva de irradiación oscilante es lineal en rango finito, y limita la altura de protuberancia útil aproximadamente 0.3 micrómetros para esta geometría. La absci mide la altura de protuberancia en mieras, y la ordenada mide irradiación en % de fuerza de la transmisión total irradiación.

Ejemplo 5 Diseño y método de modelo holográfico.

Se ha desarrollado un novedoso método de síntes de holograma compatible con la tecnología de SAM y de impresi de contacto (Véase A. Kumar, G. Whitesides, y otros citados) computación de holograma se basa sobre la teoría holográft tradicional con ajustes hechos para tomar en cuenta l consideraciones físicas tales como la resolución de impresora, escala de longitudes de onda, la teoría de muestreo, y contenido de imagen. El reciente desarrollo y disponibilidad las impresoras de película de alta resolución es una de l tecnologías capacitadoras clave las cuales permiten ciclos refinamiento rápidos y síntesis de hoiograma de costo efectiv Deberá subrayarse que la calidad de imagen difraccionada es directamente limitada por la resolución de la impresora, p ejemplo, qué tan pequeños puntos individuales y qué tan cer pueden colocarse éstos en la salida de impresora. U especificación de A 3600 puntos por pulgada significa que resolución mínima de que es capaz la impresora de producir es puntos de 7 micrómetros de diámetro con una separación de cent a centro de 7 micrómetros. Para poner esta perspectiva, l películas de haluro de plata holográficas estándar varían tamaño de grano de desde 0.05 micrómetros a 1.0 micrómetros. tabla dada abajo resume los requerimientos de resolución "regla de pulgar" para hologramas grabados de varias calidade Uno debe estar consciente de que un tamaño de característica 7 micrómetros es inmenso en términos de holografía de exhibici tradicional y se imponen limitaciones severas por tal resolució no obstante, una clase limitada de hologramas de transmisi delgada especial pueden hacerse fácilmente con tal resolució permitiendo el desarrollo de bajo costo y la prueba del sensor difracción holográfica.

Los requerimientos de resolución de "regla pulgar" para los hologramas grabados de varias calidades.

La figura 18 exhibe la geometría para u colocación de registro de transparencia holográfica tradiciona la figura muestra un plano de objeto, un plano de película, rayo de señal, y un rayo de referencia con una cara sonrien como la imagen holográfica. Las coordenadas cartesianas tambi están mostradas con (0,0,0) como el punto de referencia, y Phi e tanto el ángulo del rayo de referencia hace con el eje z en e plano x-z. El plano de objeto consiste de pequeños orificio transparentes en un fondo opaco. Los rayos de señal y d referencia se asumen mutuamente coherentes y monocromáticos. L luz propagándose desde cada punto en el plano de objeto puede se expresada, usando el principio de Huygens, como una onda esféric en expansión con una representación fasor de campo eléctrico E (r) =exp (jkr) /r, en donde k=2pi/? y j=sqrt(-l) . El rayo de onda plano de referencia es incidente sobre el plano de película a u ángulo phi sub (ref) con respecto a la normal de película. E rayo de imagen y el rayo de referencia interfieren y el modelo d interferencia constructivo/destructivo es registrado en l película. Poniendo phi sub (ref) =0 reduce los requerimientos d resolución de la película pero se produce un holograma sobre eje. Las desventajas del holograma sobre eje se discutirá subsecuentemente .

La colocación de grabación holográfica en l figura 18 puede modelarse sobre una computadora y un modelo d interferencia en el plano de la película puede calcularse, convertido a una imagen de mapa de bit de escala de grises, imprimirse sobre una impresora de película de alta resolución. El resultado es un holograma de transparencia generado po computadora. Cada uno de los puntos de objeto N (por ejemplo, los puntos constituyendo la imagen de cara sonriente en la figur 18) son expresados en coordenadas cartesianas como (x0, y0, z0 Cada punto puede ser asignado una posición única, por tanto, representación de objeto tridimensional se permite. Cada pun en el plano de película es expresado como (xf, yf, zf) en donde es la distancia mínima desde el objeto hasta el plano película, y éste usualmente es un valor fijo, denotando por tan una pieza plana de película de grabación. Un punto de referenc de fase-0 conveniente en el plano de película se toma y se dise (?fo- Yfc zfo) • La distancia mínima desde cada punto sobre objeto a un punto arbitrario sobre la película es: r= [ (x0 - xf) 2 + (y0 - yf ) 2 + ( z0 - zE) 2] 1/2 La distancia radial al punto de referencia fase-cero es r0= [ (x0 - xf0) 2 + (y0 - yE0) 2 + ( z0 - zE0) ] 1 2 La diferencia entre r y r0, escalado por constante de propagación, k, da la fase diferencial de la onda imagen para cada punto sobre el plano de película. La ecuaci de síntesis de holograma principal es: H (xf, yf) =?exp [jk (r-r0) -xsin (phi sub (ref) ) ] sumado de n=l a N. La ecuación de síntesis es usada en cálculo de la contribución de cada uno de los puntos comprendiendo el objeto y éste se resuelve en cada punto muestra (xf, yf, zf) en el plano de película. Si el plano película va a estar representado por el arreglo M x M de l puntos de muestra, entonces el número de cálculos de síntes requerido es N x M2.

El holograma sintetizado consiste de un arreg bi-dimensional de puntos de muestra representando la fa compleja y la amplitud del modelo de interferencia entre l rayos de referencia y de objeto. La conversión de los valores arreglo complejo a una escala gris debe hacerse antes de impri— el modelo de holograma debido a que sólo la amplitud información puede representarse por la impresora.

Dado que la parte imaginaria de la información descartada en la conversión, no hace un sentido el calcularla primer lugar. Por tanto, una ecuación de síntesis más eficien y directa es : H(xf, yf) =Scos (jk [ (r-r0) - xsin(phi sub (ref))] en donde la suma es de desde n=l a N. Esta ecuación de síntes puede ser implantada con una computadora, por ejemplo, programa MathCad (MathSoft, Cambridge, MA) .

Ejemplo 6 Requerimientos de Muestreo.

Debe tenerse cuidado en calcular los suficiente puntos sobre el modelo de interferencia de holograma (po ejemplo, la muestra a una frecuencia espacial suficientement alta) de manera que la información es preservada y el alias n pueda ocurrir. Un teorema de muestreo de Shannon o Nyquist pued aplicarse al caso a mano. La obra de A.V. Oppenheim y R.W. Shafer, Procesamiento de señal de tiempo discreto (Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J. 1989), incorporada por referencia. Si embargo, un método más directo y físicamente atrayente se diseñ para ganar conocimiento del problema y para ayudar con el diseño.

Dado que el holograma calculado consiste de punto de muestra periódicos los cuales, al imprimirse, son separado por un espaciamiento de centro-a-centro mínimo de ? = micrómetros (debido a la resolución de la impresora) la image reconstruida también se repetirá periódicamente en el espacio co una repetición angular (recordar la figura 11) igual a: 0m=sin"1 (?x/?) lo cual es aproximadamente de 5 grados para la incidencia de lu roja (?=0.6328 micrómetros) . Esto significa que el ángulo d abanico de imagen completa no puede exceder de 5 grados sin traslaparse con imágenes duplicadas. El uso completo del plano de imagen es posible sólo cuando la resolución de impresora es igual a la longitud de onda incidente, y cuando toda la información de fase compleja es retenida. La resolución de impresora limitada finalmente limita la extensión de la imagen y especifica la distancia de proyección de imagen mínima desde la película para una extensión de imagen dada.

Ejemplo 7 Aberraciones de Rayo Conjugado.

Otra consideración que juega un papel importante en el diseño de holograma es el rayo conjugado o gemelo no deseado que surge debido a la incapacidad de imprimir toda la información de fase. Hay dos posibles objetos que dan lugar al mismo modelo de holograma debido a la falta de certeza de pi en la fase de registro. Uno es el objeto original, el otro es un objeto virtual localizado simétricamente sobre el otro lado del plano de película. Este concepto está ilustrado en la figura 19.

La figura 19 ilustra las imágenes gemelas que surgen del holograma, la imagen virtual sobre el lado izquierdo de la figura 19, y la imagen real sobre el lado derecho, con el observador colocado en la esquina del lado derecho inferior.

Un holosrama de un punto único consiste de anill simétricos sobre el plano de película espaciados en forma fina y más fina con la distancia incrementada desde el centro punto. La figura 11 es una vista lateral del modelo de hologr de medio plano de fondo y ésta retrata el rayo incidente, el r transmitido, y dos órdenes de difracción para cada r incidente. El ángulo de difracción está puesto por el perio local, justo como se ilustra en la figura 11. Un juego órdenes de difracción comprenden la imagen real y convergen a punto a la derecha del plano de la película. El otro juego órdenes divergen del plano de película en un modelo que parec la vista como estar viniendo de un punte localizado en la ima virtual. La figura 20 ilustra el haz de rayo conjugado. imagen en- foco es la imagen real, el punto grande es el ra transmitido, y el haz es la imagen virtual. La imagen proyecta sobre la izquierda está iluminada a través del centro holograma. La imagen sobre la derecha está ligeramente ilumina fuera del centro para ilustrar la colocación de imagen conjuga simétrica. Esta figura demuestra el efecto de la aberración rayo gemelo para una imagen real de ejemplo. En la observaci de la imagen del objeto real, uno tiene que mirar a través de imagen de fondo fuera de foco del objeto virtual, perturbación muy molesta, y uno de los problemas que ha plag a los primeros hologramas hechos por Dermis Gabor en 1948. Gabor "Un nuevo principio microscópico" Naturaleza, volumen 16 páginas 777-778 (1948) .

En los años 60 iniciales, Leith y Upatniek descubrieron que el problema del rayo gemelo puede ser alivia mediante el modular el rayo de señal sobre un portador pa separar espacialmente los rayos de imagen real y virtual. E. Leith y J. Upatnieksi. "Reconstrucción de frente de onda c iluminación difundida y objetos tri-dimensionales" . J. Opt . So AM, volumen 53, páginas 1377-1381 (1964), incorporada aquí p referencia. Esta geometría llamada de "holograma fuera de ej se logra ya sea mediante centrar el objeto y cambiar el ángulo rayo de referencia, o equivalentemente, mediante el poner el ra de referencia a cero y cambiar el objeto fuera de eje. De tenerse cuidado de asegurar que el ángulo de rayo de referenc combinado y el ángulo de cono de imagen estén dentro del ran angular limitado definido por el periodo de muestreo.

Ejemplo 8 Fabricación.

El desafío que uno encara en el proceso fabricación es el de reproducir fielmente las características escala del holograma a un costo razonable. En este ejemplo u vista general se presenta por los pasos de fabricación. capacidad para "imprimir" un holograma con un material sensib es un factor importante en la fabricación de un dispositi sensible de acuerdo a la presente invención. El uso del MYLA como un sustrato de base de holograma es importante para u volumen superior, un procesamiento continuo y una reducción d costo por unidad.

La presente invención se ha desarrollado par permitir la colocación del material sensible en la forma de u modelo de holograma sobre MYLAR® metalizado. Los pasos incluyen (1) la impresión del modelo de holograma de mapa de bit d computadora en una película de transparencia de alta resolución (2) transferencia fotolitográfica del modelo de máscara a la cap fotosensible, (2) la formación de un sello elastomérico de modelo de relieve de capa fotosensible, (3) modulado de monocap de tiol sobre MYLAR® usando el sello, y (4) ensamble del ge sensible sobre el modelo definido por la monocapa de tiol.

Ejemplo 9 Mapa de bit de computadora.

El holograma generado por la computadora e almacenado inicialmente en la forma de un modelo de mapa de bi de escala de grises de nivel 256. Cada pixel en el mapa de bit por tanto, está representado por un bit de información. Lo requerimientos de almacenamiento de imagen se establecen por e número total de muestras. Por ejemplo, un mapa de bit de escal de grises de 1000 x 1000 puntos ocupa aproximadamente u megabitio de memoria. Un ejemplo del tipo del modelo ? holograma que se produce de un objeto reconocible se muestr abajo en la figura 21. El objeto reconocible está sobre el lad izquierdo, y su holograma asociado está sobre el lado derechc La figura sobre la derecha es la que está modulada. Esta es l representación de escala grises del modelo que es producido de l ecuación de síntesis de holograma usando los puntos de image mostrados en la figura sobre la izquierda.

Una vez que es calculado el mapa de bit ? holograma, éste se convierte a un expediente de formato (.tif) ? imagen etiquetado e importado a una aplicación de gráficas ta como CorelDraw (Ottawa, Ontario, Canadá) el cual es capaz ? convertir el expediente de imagen a un expediente de impresora Casi todos los hologramas de prototipo producidos para nuestr proyecto fueron formateados para la impresora de película Agf Selectset 5000 de resolución de 3600 dpi (Ridgefield Park, Ne Jersey) .

Pueden colocarse varios hologramas sintetizado diferentes sobre la misma página para minimizar el costo pe prueba. La figura 22 muestra una impresión de página de prueb de 3600 puntos por pulgada (dpi) con 20 hologramas de prueb sobre una página. Un expediente de impresora típica para un corrida de pruebas múltiples contiene aproximadamente IC megabitios de información: por tanto, un impulsor "Zip removible puede ser utilizado para transferir convenientemente expediente a la oficina de servicio para la impresión.

La máscara de holograma es inspeccionada respec de la calidad de imagen en ambos el modo de transmisión y proyección antes de intentar la transferencia del modelo sustrato cubierto de capa fotosensible. La capacidad pa observar la imagen holográfica sobre la película de salida impresora ahorra tiempo en el proceso de revelado. Las imágen pueden ser evaluadas mediante el examinar la densidad, l límites de extensión y la profundidad antes de que se lleve cabo el proceso de transferencia.

Ejemplo 10 Preparación y modulado de capa fotosensible.

El siguiente paso en el proceso es el de recubr un sustrato pulido y plano adecuado con 1-2 micrómetros de u capa fotosensible, expuesta a la luz ultravioleta (UV) y revela de acuerdo al siguiente procedimiento: Limpiar el sustrato con metanol 2. Enjuagar con agua deionizada (DI) Limpiar con acetona.

Enjuagar con agua deionizada.

Limpiar con tricloroetano (TCE) Enjuagar con agua DI 7. Dejar salir el exceso con corriente nitrógeno. 8. Girar para remover cualesquier agua en exces 9. Hornear a 100°C por 15 minutos para remov el agua.

. Repartir el hexame ildisilaño sobre plaquita y girar a 5000 revoluciones por minu (rpm) por 25 segundos. 20 11. Repartir la capa fotosensible (Shipl SC1857) sobre la plaquita y girar a 5000 por segundos . 12. Hornear a 120°C por 20 minutos, (No sob hornear o la capa fotosensible se ha quebradiza. 13. Exponer la capa fotosensible a través de máscara a aproximadamente 85 mJ/cm2 a longitud onda de 338 nanómetros. 14. Revelar con 1:1 (concentrado de Shipley: ag deionizada) por 10 segundos para remover ca fotosensible expuesta.

El sustrato de modelo con relieve resultante denotado como el "reproductor" y es el molde del cual se forma sello elastomérico. Un paso adicional de "quitar la espuma" los pozos de relieve con decapado de ion reactivo puede s necesario si el fondo de los posos contienen alguna ca fotosensible residual .

Ejemplo 11 Formación de sello elastomérico.

Después de que el reproductor es fabricado, limpia y se inspecciona, éste se coloca en una cámara de vac con una pequeña cantidad de compuesto de flúor para hacer pasi a la superficie. Después se vierte un elastómero sobre el mol reproductor y se deja curar por 16 horas a alrededor de 65oC. importante el recubrir la superficie con la capa para hac pasiva primero de manera que el sello de elastómero pueda pelar fuera del reproductor cuando éste se solidifica.

Ejemplo 12 Formación de holograma final.

El sello elastomérico es recubierto con ti hidrofílico y el modelo de holograma es impreso sobre una hoja MYLAR® metalizada (a través del tiol) mediante el comprim cuidadosamente el sello en contra del MYLAR® y mediante aplicar presión uniforme. Un gel sensible de analito específi puede entonces ensamblarse en las regiones definidas por modelo de tiol mediante atracción hidrofílica entre el gel y tiol.

Ejemplo 13 Ejemplos de proceso.

Hay cuatro pasos de transferencia involucrados la producción de holograma. Cada paso puede ser visualmen evaluado para una buena duplicación de modelo median microscopía. La figura 23 A-D muestra varias transferencias modelo desde la salida de impresora sobre la película impresora de alta resolución (A) , a el reproductor de c fotosensible sobre película de oro (B) , a el sello de elastóm (C) , a el gel sensible sobre Mylar® metalizado (D) . La lí pequeña en (C) es de 30 mieras de largo. Estas figuras vistas de esquinas del mismo modelo en cada paso. En las figu 23 A-D, la transferencia de modelo desde la impresora a el se se juzgará que es "buena" pero la calidad de la transferen final al MYLAR® es difícil de juzgar debido al contraste modelo y debido a las gotas de gel residuales que tiende oscurecer la imagen.

Una comparación similar de la región central holograma como se muestra en la figura 9, indica una bu transferencia del modelo impreso al gel sobre el MYLAR® . pasos intermedios no están mostrados en esta figura.

Ejemplo 14 Reconstrucción de Imagen.

La imagen holográfica puede verse en una de formas dependiendo de la fuente de iluminación. La ima virtual puede verse detrás del plano de película cuando holograma es colocado entre el ojo y la fuente de punto de blanca. Alternativamente, la imagen real puede ser proyectad sobre una pantalla, como se muestra en la figura 24, mediante e pasar un láser a través del holograma. La perspectiva de image reconstruida se determina por la región de incidencia de rayo e el plano de película. El hecho de que cada punto en la películ contenga una vista en perspectiva separada de la imagen complet es una de las características más útiles del holograma, partes d la película pueden dañarse pero la imagen puede verse simplement mediante el moverse a un lugar diferente sobre la película.

Otro atributo útil asociado con la reconstrucció de imagen real es la invariancia de cambio. La luz incidenta puede ser examinada a través del plano de película sin un cambi aparente en la imagen. Esta característica es muy útil en lo sistemas detectores de posición fija en donde la colocació precisa de la película de holograma sensible es impráctica.

La figura 7, sobre el lado izquierdo, es un ilustración de un holograma impreso, y de la imagen de car sonriente correspondiente que éste produce. El lado derecho d la figura 7 son dos vistas agrandadas, el plan lateral y el pla superior, de los círculos de las monocapas autoensamblantes la cuales constituyen juntas el holograma impreso.

Ejemplo 15 Algoritmo de síntesis de holograma usando el programa MathCad.

El programa MathCad sintetiza el modelo de interferencia requerido para la reconstrucción de un cubo tridimensional hecho de fuentes de punto finito y localizadas detrás del plano de película. La dimensión z es definida en la ecuación de síntesis para cada punto de manera que puede darse profundidad a la imagen.

TOL = 10"9 mm = IxlO"3 micrómetros = lxlO-6 cm = IxlO"2 k=2pi/? ? = 0.6328 micrómetros.

Fmin = tamaño de característica imprimible mínimo de 7.056 micrómetros, por ejemplo periodo de muestra mínimo.

NS = 1000 número de muestras en una dimensión constituyendo el holograma.

EF = FminNS .

EF = extensión máxima de 7.056 mm de la ventana holograma.

Z = distancia de proyección (en foco) de imag real de 6 cm de la película.

El = Ztan [arcsin (?/Fmin) ] El = extensión de 5.403 mm de la imagen re proyectada sin otro nombre. xoff = 0 fuera del lugar de la imagen real d centro requiere una modulación.

Theta (R) = ángulo de rayo de referencia requeri (xoff/Z) arctán (de plano de película normal) .

Ef = 7.056 mm Ei = 5.403 mm z = 60 mm Theta(ref) = arctán (sigma (tan (Theta (R) ) ) N = 44 Número de puntos en la imagen.

Definiciones de Punto de Objeto Definiendo un Cubo x0 = (0 2.5 5 7.5 10 10 10 10 10 7.5 5 2.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10 10 10 10 10 10) y0 = (0 0 0 0 0 2.5 5 7.5 10 10 10 10 10 7.5 5 25 0 0 0 0 2.5 7.5 10 10 10 10 0 0 0 0 2.5 5 7.5) z0 = (0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.5 5 7.5 10 10 10 10 7.5 5 2.5 2.5 5 7.5 10 10 10 10 1) Definiciones de punto de película ?x=Ef/NS ?y=?x ?x=7.056 micrómetros periodo de sacar muestra i=0..NS - 1 j=0..NS = i?x E£/2 y =j?y - Et/2 Cálculo de modelo de interferencia Hl?3 = Scos{k[[x_ - x0n)2 - (y_ - y0n)2 + (z - zOn2] 1/2 [(xOn)2 + (yOn)2 + (zOn)a]12 - (x sin (theta (ref))] } Aquellos expertos en el arte verán ahora el q pueden hacerse ciertas modificaciones a la invención aq descrita con respecto a las incorporaciones ilustradas, s departir del espíritu de la presente invención. Y aún cuando invención se ha descrito arriba con respecto a l incorporaciones preferidas, se entenderá que la invención pue ser adaptada a numerosos rearreglos, modificaciones alteraciones, todos esos arreglos, modificaciones y alteracion se intenta que estén dentro del alcance de las reivindicacione Todas las publicaciones citadas aquí son incorporadas aquí p referencia.

Claims (44)

1. R E I V I N D I C A C I O N E S Un dispositivo sensible que comprende: (a) una monocapa autoensamblante impresa sobre u sustrato; y (b) un gel asociado con la monocap autoensamblante, el gel siendo capaz de responder a un estímulo
2. 2. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el dispositivo sensible pued formar un holograma cuando la radiación electromagnética e transmitida a través del dispositivo.
3. 3. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el sustrato es seleccionado de grupo que consiste de vidrio, dióxido de silicio, óxido d aluminio, y películas de polímero metalizadas.
4. 4. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el gel está formado de N isopropilacrilamida, o de un derivado del mismo.
5. 5. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el gel es agarosa, dextrano carageenina, ácido algínico, almidón, celulosa, gelati deionizada, alcohol polivinílico, ácido poliacrílic poliacrilamida, o polietilen glicol, N-vinil pirrolidon glicidil metacrilato, hidroxialquil acrilatos, hidroxialqu metacrilatos, hidroxietil acrilato, hidroxipropil acrilat hidroxibutil metacrilato; epoxi acrilatos, epoxi metacrilato glicidil metacrilato; amino alquil acrilatos, amino alqu metacrilatos, N-vinil pirrolidona, N-vinil carbazol, N-vin acetamida, N-vinil succinimida, amino estírenos, alcohol polivinílicos, polivinil aminas, N-isopropil acrilamida, vin piridino; sulfato de polidivinil sulfonato de vinilo; carbona de vinileno, ácido acético de vinilo, ácido crotónico de vinil alil amina, alcohol alílico, o vinil glicidil éteres.
6. 6. El dispositivo tal y como se reivindica en cláusula 1, caracterizada porque el gel es un organogel .
7. 7. El dispositivo tal y como se reivindica en cláusula 6, caracterizado porque el organogel es estearato aluminio, oleato, naftenato, o geles electroconductivos, tal co tiofenos de alquilo.
8. 8. El dispositivo tal y como se reivindica en cláusula 1, caracterizado porque el gel es derivado para conten grupos hidroxil, carboxil, amino, aldehido, carbonilo, epox corona y vinilo.
9. 9. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el gel contiene cromoforos, sales de metal, iones, anticuerpos, receptores de célula T o B, fragmentos, o epítopes de los mismos, proteínas, péptidos, neurotransmisores, hormonas, factores de crecimiento, citoquinas, monocinas, linfoquinas, nutrientes, enzimas, receptores, estructuras macromoleculares, organelas, células, microorganismos .
10. 10. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el gel contiene compuesto seleccionados del grupo que consiste esencialmente de metalo ftalocianinas, surfactantes, NaBr, KBr, NaCl, KCl, Nal, y Kl , metanol y glicerol, bromuros de tetra-alquilamonio, étere corona, benzo [18] corona- 6, y cromoforos de azobenceno.
11. 11. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque hay dos o más monocapa autoensamblantes con diferentes propiedades físicas o químicas.
12. 12. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque una primera monocap autoensamblante es hidrofóbica, y una segunda monocap autoensamblante es hidrofílica.
13. 13. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 3, caracterizado porque la monocapa autoensamblante s forma de compuestos son la siguiente fórmula general: X-R-Y en donde : X es reactivo con el metal u óxido de metal sobr la película de polímero; R es una cadena de hidrocarburo; y Y es un compuesto con cualesquier propiedad d interés .
14. 14. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 13, caracterizado porque: X es disulfuro asimétrico o simétrico (-R'SSR, RSSR) , sulfuro (-R'SR, -RSR) , diseleniuro (-R'Se- SeR) , seleniur (R'SeR, -RSeR) , tiol (-SH) , nitruro (-CN), isonitrilo, nitro (-N02), selenol (-SeH), compuestos de fósforo trivalentes isotiocianato, xantato, tiocarbamato, fosfina, tioácido ditioácido, ácidos carboxílicos, ácidos hidroxílicos y ácido hidroxámicos ; R y R' son cadenas de hidrocarburo las cuale opcionalmente pueden ser interrumpidas por hetero átomos, y la cuales pueden opcionalmente estar perfluorinatadas, y las cuale son preferiblemente no ramificadas; y Y es opcionalmente grupos de hidroxi, carboxilo amino, aldehido, hidrazida, carbonilo, epoxi, o vinilo.
15. 15. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 13, caracterizado porque R es mayor de 7 átomos d carbono en longitud.
16. 16. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 13, caracterizado porque R es un compuesto de la form (CH2) a-Z- (CH2) b, en donde a=O, b=7, y Z es una funcionalida química de interés .
17. 17. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 16, caracterizado porque Z es seleccionado del grup que consiste de sulfonas, lactamas y urea.
18. 18. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 3, caracterizado porque el sustrato es una película d polímero metalizada, la película de polímero comprend tereftalato de polietileno, acrilonitrilo-butadieno-estireno copolímero de acrilonitrilo-metil acrilato, celofán, polímero celulósicos tal como etil celulosa, acetato de celulosa, butirat de acetato de celulosa, propionato de celulosa, triacetato d celulosa, triacetato de celulosa, polietileno, copolímeros d polietileno-vinil acetato, copolímeros de nylon-polietilen (polímeros de etileno) ionómeros, polipropileno, polímeros d metil penteno, fluoruro de polivinilo, o polisulfonas aromáticas
19. 19. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 3, caracterizado porque la película de polímer metalizada es ópticamente transparente.
20. 20. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 3, caracterizado porque la película de polímer metalizada está metalizada con metales comprendiendo oro, plata níquel, platino, aluminio, hierro, cobre, circonio, o aleacione de los mismos .
21. 21. El dispositivo tal y como se reivindica en l cláusula 1, caracterizado porque el estímulo comprend temperatura, composición de solvente, tensión mecánica, camp eléctrico, pH, concentración de sal, calidad del solvente intensidad de la luz, longitud de onda de la luz, presión resistencia iónica, identidad de ion, o disparadores químico específicos .
22. 22. El dispositivo tal y como se reivindica en cláusula 1, caracterizado porque el holograma cambia a un segun holograma al exponerse al estímulo.
23. 23. Un método para hacer un dispositivo sensib que comprende el estampar un modelo de monocapas autoensamblant sobre un sustrato, y recubrir el modelo de monocap autoensamblantes con uno o más geles, los geles siendo capaces responder a un estímulo.
24. 24. El método tal y como se reivindica en cláusula 23, caracterizado porgue el dispositivo puede formar holograma cuando la radiación electromagnética se transmite través del método .
25. 25. El método tal y como se reivindica en cláusula 23, caracterizado porque el sustrato es seleccionado d grupo que consiste de vidrio, dióxido de silicio, óxido aluminio y películas de polímero metalizadas.
26. 26. El método tal y como se reivindica en cláusula 23, caracterizado porque el gel está formado de isopropilacrilamida, o de un derivado del mismo.
27. 27. El método tal y como se reivindica en cláusula 23, caracterizado porque el gel es agarosa, dextran carrageenina, ácido algínico, almidón, celulosa, gelatin deionizada, alcohol polivinílico, ácido poliacrílico poliacrilamida, o polietilen glicol, N-vinil pirrolidona glicidil metacrilato, hidroxialquil acrilatos, hidroxialqui metacrilatos, hidroxietil acrilato, hidroxipropil acrilato hidroxibutil metacrilato; epoxi acrilatos, epoxi metacrilatos glicidil metacrilato; amino alquil acrilatos, amino alqui metacrilatos, N-vinil pirrolidona, N-vinil carbazol, N-vini acetamida, N-vinil succinimida, amino estírenos, alcohole polivinílicos, polivinil aminas, N-isopropil acrilamida; vini piridina; sulfato de polivinilo sulfonato vinilo; carbonato d vinileno; ácido acético de vinilo, ácido crotónico de vinilo alil amina, alcohol alílico, o vinil glicidil éteres.
28. 28. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque el gel es un organogel.
29. 29. El método tal y como se reivindica en l cláusula 28, caracterizado porque el organogel es estearato d aluminio, oleato, naftenato, o geles electroconductivos, tal com tiofenos de alquilo.
30. 30. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque el gel es derivado par contener grupos de hidroxilo, carboxilo, amino, aldehido carbonilo, epoxi, corona o vinilo.
31. 31. El método tal y como se reivindica en cláusula 30, caracterizado porque el gel contiene cromoforo sales de metal, iones, anticuerpos, receptores de célula T o fragmentos, o epítopes de los mismos, proteínas, péptidos neurotransmisores, hormonas, factores de crecimiento, citoquinas monocinas, linfoquinas, nutrientes, enzimas, receptores estructuras macromoleculares, organelas, células microorganismos .
32. 32. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque el gel contiene compuesto seleccionados del grupo que consiste esencialmente de metalo ftalocianinas, surfactantes, NaBr, KBr, NaCl, KCl, Nal y Kl metanol y glicerol, bromuros de tetra-alquilamonio, étere corona, benzo [18] corona-6, cromoforos de azobenceno.
33. 33. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque caracterizado porque hay dos más monocapas autoensamblantes con diferentes propiedade químicas o físicas.
34. 34. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque una primera monocap autoensamblante es hidrofóbica, y una segunda monocap autoensamblante es hidrofílica.
35. 35. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque la monocapa autoensamblant está formada de compuestos con la siguiente fórmula general : X-R-Y en donde X es reactivo con el metal u óxido de metal sobr la película de polímero; R es una cadena de hidrocarburo; y Y es un compuesto con cualesquier propiedad d ínteres ,
36. 36. El método tal y como se reivindica en l cláusula 35, caracterizado porque: X es disulfuro asimétrico o simétrico (-R'SSR, RSSR) , sulfuro (-R'SR, -RSR) , diseleniuro (-R'Se- SeR) , seleniur (R'SeR, -RSeR) , tiol (-SH) , nitruro (-CN) , isonitrilo, nitro (-N02) , selenol (-SeH), compuestos de fósforo trivalentes, isotiocianato, xantato, tiocarbamato, fosfina, tioácido ditioácido, ácidos carboxílicos, ácidos hidroxílicos y ácido hidroxámicos ; R y R' son cadenas de hidrocarburo las cuale pueden opcionalmente ser interrumpidas por hetero átomos, y la cuales pueden opcionalmente ser perfluorinatadas, y las cuale son preferiblemente no ramificadas; e Y es opcionalmente grupos de hidroxi, carboxilo amino, aldehido, hidrazida, carbonilo, epoxi, o vinilo.
37. 37. El método tal y como se reivindica en l cláusula 35, caracterizado porque R es mayor de 7 átomos d carbono en longitud.
38. 38. El método tal y como se reivindica en l cláusula 35, caracterizado porque R es un compuesto de la form (CH2) a-Z- (CH2)b, en donde a=O, b=7, y Z es cualesquie funcionalidad química de interés.
39. 39. El método tal y como se reivindica en l cláusula 38, caracterizado porque Z se selecciona del grupo qu consiste de sulfonas, lactamas y urea.
40. 40. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque el sustrato es una película d polímero metalizada, la película de polímero comprend tereftalato de polietileno, acrilonitrilo-butadieno-estireno copolímero de acrilonitrilo-metil acrilato, celofán, polímero celulósicos tal como etil celulosa, acetato de celulosa, butirat de acetato de celulosa, propionato de celulosa, triacetato d celulosa, triacetato de celulosa, polietileno, copolímeros d polietileno-vinil acetato, copolímeros de nylon-polietilen (polímeros de etileno) ionómeros, polipropileno, polímeros d metil penteno, fluoruro de polivinilo, o polisulfonas aromáticas.
41. 41. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque la película de polímer metalizada es ópticamente transparente.
42. 42. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23 caracterizado porque la película de polímer metalizada está metalizada con metales comprendiendo oro, plata, níquel, platino, aluminio, hierro, cobre, circonio, o aleacione de los mismos.
43. 43. El método tal y como se reivindica en l cláusula 23, caracterizado porque el estímulo comprend temperatura, composición de solvente, tensión mecánica, camp eléctrico, pH, concentración de sal, calidad del solvente, intensidad de la luz, longitud de onda de la luz, presión, resistencia iónica, identidad de ion, o disparadores químico específicos .
44. 44. El método tal y como se reivindica en cláusula 23, caracterizado porque el holograma cambia a segundo holograma al exponerse al estímulo. R E S U M E N La presente invención comprende un dispositiv sensible ópticamente difraccionante cuyo modelo de difracció cambia con la exposición a algunos estímulos. El modelo d difracción puede ser bi o tridimensional, y en una modalidad de cambio en los modelos de difracción es reconocible por la vist no entrenada. El dispositivo comprende uno o más gele recubiertos sobre monocapas autoensamblantes moduladas d alcanoetiolatos, ácidos carboxílicos, ácidos hidroxámicos, ácidos fosfónicos impresos sobre una variedad de sustratos, incluyendo vidrio, silicio, óxido de aluminio y película termoplásticas metalizadas con oro, o con una aleación tal com níquel/oro. La presente invención también comprende el métod para hacer ese dispositivo, y el uso de este dispositivo.