NL1034311C2 - Inrichting voor het door middel van ellipsometrie vaststellen van de concentratie van een in een oplossing aanwezige stof. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het door middel van ellipsometrie vaststellen van de concentratie van een in een oplossing aanwezige stof

BESCHRIJVING

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het door middel van ellipsometrie vaststellen van de concentratie van in een oplossing aanwezige stof omvattende een meetruimte voor het opnemen van de oplossing; een in de meetruimte geplaatst substraat; 10 een lichtuitzendend element voor het uitzenden van licht naar het in de meetruimte opgesteld substraat, een eerste, tussen het lichtuitzendende element en het substraat opgestelde polarisator; een tussen de eerste polarisator en het substraat opgestelde 15 compensator; een lichtopnemend element voor het detecteren van door het substraat gereflecteerd licht, een tweede, tussen het substraat en het lichtopnemende element opgestelde polarisator; alsmede 20 middelen voor het vaststellen van de concentratie van de in de vloeistof aanwezige stof op basis van de polarisatie-verandering tussen het uitgezonden en gereflecteerde licht als gevolg van de aan het substraat gehechte stoffen.

Ellipsometrie en met name optische ellipsometrie is een non- 25 destructieve optische methode, waarbij de diëlektrische eigenschappen van het materiaal gemeten worden uit de verandering van de polarisatietoestand van een bundel laserlicht vóór en na de reflectie van dit materiaaloppervlak. Meer specifiek kan met de optische ellipsometriemeettechniek de brekingsindex en dikte van een op het betreffende materiaaloppervlak geadsorbeerde laag worden bepaald. Men 30 kan hierbij denken aan een meetopstelling, waarbij een oppervlak bedekt is met een dun laagje materie, bijvoorbeeld een oxidelaagje, een lipidenmembraan of een laagje geadsorbeerde eiwitten, waarna een bundel laserlicht op het betreffende oppervlak wordt gericht en waarna de polarisatieverandering van het laserlicht vóór en na reflectie wordt vastgesteld.

I034311 2

Bij de meettechniek waarbij een laag geadsorbeerde eiwitten wordt toegepast (zogenoemde biologische toepassingen) kan het van belang zijn dat het reflecterende oppervlak zich niet alleen in de lucht kan bevinden, maar ook in water of in bufferoplossingen, waaraan de lipiden en eiwitten kunnen worden toegevoegd.

5 De uitvinding beoogt een verbeterde meettechniek te verschaffen, op basis van optische ellipsometrie of een andere techniek voor de meting van de aan een vast oppervlak (substraat) gehechte massa, zoals 'surface plasmon resonance’ (SPR), ‘quartz crystal microbalance’ (QCM), etc., waarmee met hogere nauwkeurigheid de concentratie van een stof kan worden gemeten die zich in een 10 vloeistof bevindt, welke vloeistof in contact staat met het substraat.

Overeenkomstig de uitvinding is de inrichting hiertoe gekenmerkt doordat de stof glucose is en waarbij het substraat is voorzien van aangehecht glucoseoxidase (GOX) en/of horseradish peroxidase (HRP) en waarbij de middelen zijn ingericht voor het vaststellen van de aanwezigheid van glucose op basis van 15 tijdens bedrijf gemeten de precipitatie-snelheid van diaminobenzidine (DAB) op het substraat.

Bij een verdere uitvoeringsvorm bevat de oplossing glucoseoxidase (GOX), waarbij meer in het bijzonder het horseradish peroxidase (HRP) aan het substraatoppervlak is gebonden, terwijl bij een andere uitvoeringsvorm de oplossing 20 horseradish peroxidase (HRP) bevat, waarbij meer in het bijzonder de glucoseoxidase (GOX) aan het substraatoppervlak is gebonden.

Bij een bijzondere uitvoeringsvorm is het substraat van silicium vervaardigd. Een substraat met een siliciumoppervlak kan zuiver worden verkregen, hetgeen de nauwkeurigheid van de meting ten goede komt. Daarnaast kan het 25 siliciumsubstraat door middel van een etstechniek eenvoudig worden gereinigd ten behoeve van een meting.

Daarbij kan overeenkomstig de uitvinding het siliciumsubstraat zijn voorbehandeld met chroomzuur en optioneel zijn voorzien van een laag van polyvinylchloride (PVC). Ten behoeve van een efficiënte meting kan daarbij de dikte 30 van de PVC-laag ongeveer 5 tot 25 nm bedragen en in het bijzonder ongeveer 15 nm.

Bij een andere functionele uitvoeringsvorm is het siliciumsubstraat voorzien van een meervoudige laag, opgebouwd uit afwisselende lagen concanavaline en glucoseoxidase (GOX). Daarbij kan bij voorkeur de buitenste laag 3 zijn gevormd door horseradish peroxidase (HRP).

Bij een verdere functionele uitvoeringsvorm is de dikte van het precipitaat gelegen tussen 5 tot 50 nm met een brekingsindex van 1,35 tot 1,65.

Ten behoeve van een verdere nauwkeurige meting kan de inrichting 5 zijn voorzien van roermiddelen voor het roeren van de in de meetruimte opgenomen glucose bevattende vloeistof.

De uitvinding zal aan de hand van de tekeningen nader worden toegelicht, welke tekening achtereenvolgens toont: figuur 1 een principeschema van een ellipsometeropstelling; 10 figuur 2 schematisch de werking van de glucosereactie in een inrichting overeenkomstig de uitvinding.

Voor een beter begrip zal in de navolgende figuurbeschrijving de overeenkomende onderdelen in de verschillende figuren met identieke referentiecijfers worden aangeduid.

15 In figuur 1 wordt een uitvoeringsvorm van een ellipsometer 100 overeenkomstig de stand van de techniek getoond. De ellipsometer is opgebouwd uit een lichtbron, in dit geval een laser 101, een meetruimte of cuvet 102, alsook een lichtopnemend element 103. De laser 101 zendt een lichtbundel 105 uit in de richting van de meetruimte 102, in welke meetruimte 102 zich het te onderzoeken 20 substraat 104 c.q. de oplossing 200 bevindt. Het invallende licht passeert een polarisator 110 en een compensator 113, terwijl het gereflecteerde licht een tweede polarisator 114 passeert. Op basis van de reflectie van het invallende licht 105a, alsook de verschillen c.q. de verandering in de polarisatietoestand van het invallende licht 105a en het gereflecteerde licht 105b, kunnen specifieke 25 materiaaleigenschappen worden bepaald van de in de meetruimte 102 aanwezige stoffen, welke aan het substraat 104 zijn gehecht.

De uitvinding wordt getoond in figuur 2, waarbij het referentiecijfer 102 een meetruimte aanduidt, welke gevuld is met een wateroplossing of een bufferoplossing 200. Aan de oplossing 200 zijn verschillende stoffen toegevoegd, 30 waaronder GOX en HRP waarbij één van deze enzymen, of beide, aan het substraatoppervlak 104 zijn gehecht, al dan niet met behulp van zogenoemde hechters 120, welke bijvoorbeeld concanavalin A dan wel antilichamen kunnen zijn.

De meettechniek overeenkomstig de uitvinding maakt gebruik van de reactie die in de meetruimte 102 plaatsvindt en waarbij in de meetruimte 102 4 glucose is opgenomen in de oplossing. Het substraat 104 is daarbij voorzien van een tijdens de meting met behulp van GOX en HRP gevormd precipitaat 122, dat op het substraatoppervlak 104 neerslaat met een snelheid die evenredig is met de aanwezige hoeveelheid glucose.

5 Deze uitvoering van de meetinrichting 100, heeft als bijkomend voordeel dat de precipitaatvorming op het substraatoppervlak 104 gemeten wordt, terwijl de precipitaatvormende reactie van de zich op het substraat 104 vormende precipitaat zich nog in de oplossing 200 afspeelt. Zodoende kunnen meetresultaten worden verkregen zonder tijdrovende spoelstappen.

10 In deelfiguur (a) van figuur 2 vindt een eerste stap van de meetmethodiek plaats, waarbij het in de oplossing 200 aanwezige glucose 123 door het met behulp van de hechters 120 aan het substraat 104 gebonden GOX 121 wordt omgezet in gluconolactone 124 onder de vorming van waterstofperoxide H202 125 als bijproduct. Deelfiguur (b) van figuur 2 toont een tweede stap. Hierbij wordt 15 het in de oplossing 200 aanwezige oplosbare DAB 126 door het met behulp van de hechters 120 aan het substraat 104 gebonden HRP 127 en het als bijproduct bij stap (a) gevormde waterstofperoxide H202 125 omgezet in precipterend DAB 122.

Beide reacties zoals getoond in de deelfiguren (a) en (b) kunnen gelijktijdig verlopen aan een substraatoppervlak 104, waaraan zowel 20 glucoseoxidase (GOX) als horseradish peroxidase (HRP) is gehecht.

Opgemerkt wordt nog dat in plaats van een ellipsometrie-techniek ook een andere techniek, bijvoorbeeld SPR of QCM, kan worden toegepast voor het meten van precipitaatvorming op het substraat. Ook hoeft het precipitaat niet met behulp van HRP en DAB worden verkregen, maar eventueel met een andere 25 combinatie van enzym en omgezette stof.

034311

Claims (11)

1. Inrichting voor het door middel van ellipsometrie vaststellen van de concentratie van in een oplossing aanwezige stof omvattende 5 een meetruimte voor het opnemen van de oplossing; een in de meetruimte geplaatst substraat; een lichtuitzendend element voor het uitzenden van licht naar het in de meetruimte opgesteld substraat, een eerste, tussen het lichtuitzendende element en het substraat 10 opgestelde polarisator; een tussen de eerste polarisator en het substraat opgestelde compensator; een lichtopnemend element voor het detecteren van door het substraat gereflecteerd licht, 15 een tweede, tussen het substraat en het lichtopnemende element opgestelde polarisator; alsmede middelen voor het vaststellen van de eigenschappen van de in de vloeistof aanwezige stof op basis van de polarisatieverandering van het uitgezonden en gereflecteerde licht als gevolg van de aan het substraat gehechte stoffen, met 20 het kenmerk, dat doordat de stof glucose is en waarbij het substraat is voorzien van aangehecht glucoseoxidase (GOX) en/of horseradish peroxidase (HRP) en waarbij de middelen zijn ingericht voor het vaststellen van de aanwezigheid van glucose op basis van tijdens bedrijf gemeten de precipitatie-snelheid van diaminobenzidine (DAB) op het substraat.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oplossing GOX en/of HRP bevat.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de GOX en/of HRP aan het substraatoppervlak zijn gebonden.

4. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met 30 het kenmerk, dat het substraat van silicium is vervaardigd.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het silicium-substraat is voorbehandeld met chroomzuur.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het silicium- 034311 substraat is voorzien van een laag van polyvinylchloride (PVC).

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de dikte van de PVC-laag ongeveer 5 tot 25 nm bedraagt en in het bijzonder ongeveer 15 nm.

8. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met 5 het kenmerk, dat het silicium substraat is voorzien van een meervoudige laag opgebouwd uit afwisselende lagen concanavaline en glucoseoxidase (GOX).

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de buitenste laag is gevormd door horseradish peroxidase (HRP).

10. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met 10 het kenmerk, dat de dikte van het precipitaat gelegen is tussen 5 tot 50 nm met een brekingsindex van 1,35 tot 1,65.

11. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van roermiddelen voor het roeren van de in de meetruimte opgenomen glucose bevattende vloeistof. 15 0 34 3 1 1