NO178708B

NO178708B - Bölgeleder-sensor

Info

Publication number: NO178708B
Application number: NO894745A
Authority: NO
Inventors: Michael Thomas Flanagan; Andrew Nigel Sloper
Original assignee: Ares Serono Res & Dev Ltd
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1996-02-05
Also published as: DE68918659T2; ATE112626T1; JPH02504313A; JPH087139B2; EP0363467B1; EP0363467A1; NO894745L; CA1314743C; GB8807486D0; AU3360389A; DE68918659D1; AU612827B2; US5081012A; NO178708C; WO1989009394A1; NO894745D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører bølgeleder-sensorer. Mer spesielt angår oppfinnelsen bølgeledere for bruk i optiske proberings- eller prøve-teknikker for kvalitativ eller kvanti-tativ bestemmelse av kjemiske, biologiske eller biokjemiske substanser. Oppfinnelsen er særlig relevant for optiske prøveteknikker som bruker svinnfelt-eksitering og/eller deteksjon.

Bruken av svinnmetoder for å eksitere passende reagenser, har tidligere krevet bruk av optiske massekomponenter (bulk-komponenter) og/eller bølgeleder-fibere.

Fra WO 86/07149 er kjent optiske strukturer bestående av en bølgeledende film utstyrt med et diffraksjonsgitter og påført på et substrat. Videre vises optiske strukturer som omfatter to gittere, hvor et gitter benyttes til å eksitere en ledet modus, og det andre gitteret benyttes som en utgangs-gitterkopler. En Bragg-reflektor (som kan være et diffraksjonsgitter) er også til stede i bølgelederen. Det foreligger imidlertid intet i denne publikasjonen om en bølgeledersensor som er i stand til å reflektere stråling langs bølgelederen slik at den går gjennom et testområde flere ganger, med de spesielle fordeler som oppnås med dette.

DE-C2-37 23 159 viser også en anordning med to gittere og en Bragg-reflektor, men omtaler ikke annet enn enveis vandring for strålingen gjennom et testområde, og de signaler som kan frembringes, er således svake.

Foreliggende oppfinnelse medfører bruk av gitterstrukturer for å frembringe signal-forsterkningsfunksjoner som ikke er tilgjengelige ved teknikkens stand. Følgelig frembringer oppfinnelsen en bølgeledersensor som har to optiske gitterstrukturer og som kjennetegnes ved at minst en av gitterstrukturene er i stand til å reflektere stråling som vandrer langs bølgelederen, slik at den går gjennom området mellom de to gitterstrukturene minst to ganger. En eller flere ytterligere optiske gitterstrukturer kan eventuelt også forefinnes på bølgelederen.

Oppfinnelsen vedrører bruk av gitterstrukturer til å tilveiebringe forskjellige funksjoner for signalforsterkning som ikke tidligere har vært tilgjengelig. Prinsippene for kobling av gittere til bølgeledere av lav orden, er tidligere kjent. Gittere på optiske bølgeledere av denne type vil typisk ha en deling eller avstand på 0,5 til 1,0 mikrometer og en dybde i størrelsesorden 100 nanometer. Slike gittere vil ideelt ha en sagtann-profil, men kan ha andre profiler, for eksempel en hovedsakelig sinusformet profil.

De funksjoner som kan utføres av gitterstrukturene, omfatter inngangs/utgangs-kobling, rommessig deformasjon av bølgefronter og filtrering i henhold til forskjeller i bølgelengde, polarisering eller modus. Bølgeleder-sensorene ifølge foreliggende oppfinnelse, kan benytte to eller flere gitterstrukturer med de samme eller forskjellige funksjoner for å frembringe et system som er i stand til å arbeide på ønsket måte. Oppfinnelsen gir stor fleksibilitet ved konstruksjon av sensor-systemene. Konstruksjonen av sensor-systemet kan optimaliseres for eksempelvis å frembringe maksimal følsomhet eller pålitelighet. Bruken av gitterstrukturer for å frembringe optiske funksjoner slik som beskrevet ovenfor, muliggjør også at optiske systemer som er nødvendige for å gjenvinne datasignaler fra sensoren, kan reduseres med hensyn til kompleksitet og kostnader. Gitterstrukturene kan frembringes ved et antall fremgangsmåter som for eksempel omfatter modulasjon av tykkelsen eller brytnings-indeksen til bølgelederen eller dens kledning (cladding). Noen av disse fremgangsmåtene er særlig egnet for masseproduk-sjonsteknikker til lav pris.

Som forklart ovenfor kan gitterstrukturene gi opphav til et stort antall optiske funksjoner, og det er meningen at den vekselvirkning som er nevnt ovenfor mellom den elektromagnetiske stråling og gitterstrukturene, skal omfatte alle slike funksjoner. En gitt optisk funksjon kan utføres ved forskjellige gitter-utforminger, og oppfinnelsen omfatter bruken av alle utforminger som kan brukes for å tilveiebringe den ønskede optiske funksjon. Egnede utforminger av gitterstrukturer for å oppnå en rekke funksjoner, vil være opplagte for fagfolk på området.

Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med mange typer bølgeledere (for eksempel objektg-lass for mikroskop) , men ifølge ett foretrukket trekk ved oppfinnelsen, er bølgelederen en tynnfilm-bølgeleder (som for eksempel har en tykkelse på 0,2 - 10 mikrometer). Slike tynnfilm-bølgeledere har den fordel at de har færre mulige modus og dermed letter styringen av den elektromagnetiske stråling som forplanter seg langs bølgelederen. Under bruk gir tynnfilm-bølgeledere vanligvis opphav til et mer jevnt svinnfelt.

Under bruk til prøving av kjemiske, biologiske eller biokjemiske substanser, vil bølgelederen ha minst ett område mellom de to gitterstrukturene på hvilket et materiale er anbrakt i ro, direkte eller indirekte, hvilket materiale er i stand til spesiell binding med en prøve som skal vurderes. Eksempler på de materialtyper som kan immobiliseres, omfatter antistoffer og antigener, men anordningene ifølge oppfinnelsen er ikke begrenset til innretninger for bruk ved immunprøvin-ger. Også innretninger for bruk ved prøving av biologiske, biokjemiske eller kjemiske substanser er innbefattet, idet materialet som immobiliseres på området mellom gitterne, vil være en passende bindingsdeltager for liganden som prøves.

Konstruksjonen av bølgeleder-gittere som virker som filtre og/eller reflektorer, er kjent på området, se for eksempel D. Flander m.fl., Appl. Phys. Letts. 1974, 194-196.

Bølgeledersensoren ifølge oppfinnelsen kan være slik at minst en gitterstruktur er i stand til å reflektere stråling som vandrer langs bølgelederen slik at den krysser området mellom de to gitterstrukturene minst to ganger, for derved å øke strålingens intensitet innenfor området og redusere variasjoner i intensiteten av strålingen innenfor området. En slik utforming forbedrer sensorens ytelse.

En annen mulighet er at minst en gitterstruktur under bruk filtrerer strålingen i avhengighet av bølgelengden, polariseringen eller modusen til strålingen. Tilveiebringelsen av en slik optiske funksjon øker igjen antallet mulige konfigurasjoner av sensoren. Et eksempel på bruk av en slik optisk funksjon oppstår når det brukes en bølgeleder i hvilken vekselvirkningen til strålingen i området mellom de to gitterstrukturene forårsaker fluorescens og minst en gitterstruktur differensierer mellom den stimulerende stråling og fluorescensen. Siden bølgelengden til utgangssignal-strålingen er forskjellig fra den stimulerende stråling, har en slik sensor forsterket følsomhet. Forskjellige sammenset-ninger som oppviser fluorescens og som kan være anbrakt på eller i nærheten av området mellom de to gitterne, vil være kjent for fagfolk på området. Eksempler på slike sammen-setninger omfatter cumariner, fluoresiner, lucifer-gulfarger, rhodaminer fykobiliproteiner og eritrosin.

Under bruk er det også mulig at minst en gitterstruktur inngangs- eller utgangs-kobler strålingen. Dette trekket er fordelaktig siden det gjør det enklere, og billigere å fremstille de anordninger som strålingen kobles til sensoren med, samtidig som de blir mer pålitelige.

Bølgelederne kan være slik at minst en gitterstruktur under bruk deformerer bølgefrontene til strålingen rommessig. Tilveiebringelsen av et slikt trekk øker igjen antallet mulige konfigurasjoner av sensoren. Gitterstrukturene kan være slik at de under bruk fokuserer, defokuserer eller kolimerer strålingen. Ved å bruke en passende gitterstruktur, kan det frembringes en stor mengde forskjellige deformasjoner. Detaljene ved konstruksjonsmetodene for slike gitterstrukturer er kjent på området (se for eksempel S. Ura m.fl., Proe. Optical Fibre Sensors Conference 1986, 171-174 og S. Ura m.fl., J. Lightwave Technology 1028-1033 (1988)).

En spesielt fordelaktig utførelsesform er en hvor minst en gitterstruktur under bruk inngangs- eller utgangs-kobler strålingen til et fokalpunkt utenfor bølgelederen. En slik utførelsesform har den fordel at den fjerner behovet for et antall ytterligere optiske elementer utenfor sensoren.

I en annen fordelaktig utførelsesform er bølgelederen utformet slik at fokuseringen av strålingen under bruk tjener til å redusere variasjon i strålingens intensitet mellom belyste punkter, slik at sensorens ytelse dermed forsterkes. Et annet mulig trekk er at forskjellige bølgelengder av strålingen blir inngangs- eller utgangskoblet ved forskjellige vinkler til bølgelederen under bruk. Dette trekket muliggjør enkel og effektiv separering av lys med forskjellige bølge-lengder.

Ifølge noen enkle og effektive foretrukne utførelses-former kan bølgelederen være plan og også mulig sirkulær. Den plane/sirkulære-geometri egner seg for tilveiebringelse av multiple test-områder og kan også brukes til å utnytte intensitetsprofilen til en fokusert stråle til å jevne ut variasjoner i strålingsintensitet på grunn av absorpsjons-effekter. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til slike geometrier, og gjelder også ikke-plane bølgeledere.

Det er også mulig at en enkelt gitterstruktur kan brukes for å tilveiebringe mer enn en av de forskjellige optiske funksjoner som er beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen gjelder også anvendelse av en bølgeleder ifølge oppfinnelsen til probering eller prøving.

For anvendelse i proberinger vil en passende prøvereagens bli immobilisert på overflaten av det eller de riktige områder av bølgelederen mellom de to gitterstrukturene. Denne reagensen vil være slik at i løpet av prøvingen, reagerer den med en annen komponent av prøven på en slik måte at det frembringes et optisk målbart resultat. For bruk i en immuno-prøving av en ligand i en prøve, kan for eksempel den immobiliserte reagensen være en spesiell bindingsdeltaker med prøveliganden. Hvis der blandet med prøven er til stede en ligand-analog, merket med en fluorofor (uttrykket ligand-analog brukes for å betegne en art som er i stand til å danne komplekser med den samme spesielle bindingsdeltaker som den ligand som undersøkes, innbefattet den liganden som prøves), så kan en konkurranseundersøkelse bevirkes hvor mengden av ligand-analog (og dermed mengden av prøveligand) kan bestemmes ved deteksjon og måling av fluorofor-merkingen som blir immobilisert som et resultat av kompleks-dannelse. Når prøveliganden er multi-epitopisk, kan alternativt en sandwich-undersøkelse utføres ved å inkubere prøven sammen med en spesiell bindingsdeltaker, immobilisert på transduserens overflate) for liganden som undersøkes, og også sammen med en annen spesiell bindingsdeltaker, idet den annen spesielTe bindingsdeltaker er merket med en fluororfor. Ved kompleks-dannelse kan fluororfor-merkingen detekteres og prøven derved bestemmes.

Man vil forstå at de foran nevnte undersøkelsesproto-koller bare er nevnt som eksempler. Andre undersøkelser som kan utføres ved å bruke bølgeledere ifølge oppfinnelsen, vil være opplagte for fagfolk på området, og oppfinnelsen gjelder også slike undersøkelser.

Bølgelederne ifølge oppfinnelsen har spesiell anvendelse i forbindelse med immuno-undersøkelser, særlig undersøkelse av antigener, innbefattet haptener, men kan også benyttes ved andre spesielle prosedyrer for bindingsundersøkelser.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for undersøkelse av en ligand i en prøve, ved anvendelse av en bølgeledersensor ifølge oppfinnelsen, hvor fremgangsmåten omfatter inkubering, samtidig eller i enhver ønsket rekkefølge, av prøven sammen med (a) en spesiell bindingsdeltager for liganden som det er ønskelig å detektere, og (b) en ytterligere reagens som enten er en ligand-analog eller en spesiell bindingsdeltaker for liganden,

og hvor en av komponentene (a) og (b) blir immobilisert, direkte eller indirekte, på overflaten av området mellom de to gitterstrukturene i bølgeledersensoren, og den andre av komponentene (a) og (b) bærer en fluorescerende merking;

og bestemme om, og om ønsket i hvilken grad og/eller med hvilken hastighet, den fluoriscerende merkingen blir indirekte immobilisert på det nevnte området som et resultat av kompleks-dannelse.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre en fremgangsmåte for undersøkelse med hensyn på en ligand i en prøve, med anvendelse av en bølgeledersensor ifølge oppfinnelsen, hvor fremgangsmåten innbefatter inkubering, samtidig eller i en ønsket rekkefølge, av prøven sammen med (a) en spesiell bindingsdeltaker for liganden som skal detekteres og

(b) en ytterligere reagens som enten er en ligand-analog

eller en spesiell bindingsdeltaker for liganden, idet en av komponentene (a) og (b) bli immobilisert, direkte eller indirekte, på overflaten av området mellom de to gitterstrukturene i bølgeledersensoren, og den immobiliserte komponenten (a) eller (b) eller overflaten av det nevnte området bærer en fluorofor; og den andre an komponentene (a) og (b) er slik at ved kompleks-dannelse blir fluoroforens fluorescens slukket; og fremgangsmåten omfatter trinnet med å bestemme om, og om ønsket i hvilken grad og/eller med hvilken hastighet fluorescensen til fluororforen blir slukket som et resultat av kompleks-dannelse.

Fluorescensen kan filtreres og/eller kollimeres om ønsket, før deteksjon ved hjelp av konvensjonelle anordninger, for eksempel ett eller flere fotomultiplikator-rør.

Spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet som eksempler, under henvisning til de vedføyde, skjematiske tegninger, hvor: Fig l(a) viser en bølgeleder med gitterstrukturer som tjener til å inngangskoble stråling til bølgelederen og reflektere stråling som forplanter seg langs bølgelederen. Fig. l(b) viser en kurve for strålingsintensitet som funksjon av posisjon langs transduksjons-området til anordningen på figur l(a). Fig. 2 viser en bølgeleder med gitterstrukturer som tilveiebringer både inngangs- og utgangs-kobling, og bølgelengde-selektiv refleksjon. Fig. 3 (a), (b) og (c) viser bølgeledere med gitterstrukturer

som fokuserer strålingen.

Fig. 4 viser en bølgeleder med forenklet inngangs/utgangs-kobling ved bruk av en bølgefront-deformerende gitterstruktur. Fig. 5 viser en bølgelengde som bruker intra-bølgeleder-fokusering og retningsdiskriminering av innfallende stråling. Fig. 6 viser variasjonen til modus-forplantningsvektoren for stråling som forplanter seg langs en bølgeleder med bølgeledertykkelse for å skjelne polariseringer, modusordner og bølgelengder. Fig. 7 viser skjematisk absorpsjonstopper for undersøkelser som involerer to forskjellige bølgelender i den eksiterende strålingen. Fig. 8 viser en bølgelengder med en plan, sirkulær

geometri.

Fig. 9 viser (a) en profil av en fotolitografisk maske, og (b) gitterprofilen som er et resultat av fremgangsmåten som eksemplifiseres i det etterfølgende i eksempel 1. Fig. 10 viser skjematisk et apparat egnet for å utføre en undersøkelse i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, som nevnt i eksempel 2. Figur l(a) viser en bølgeleder 2 med et gitter 4 ved en ende som tilveiebringer inngangskobling av den eksiterende stråling 6. Gitteret 4 oppviser vinkelmessig diskriminering av bølgelengde og modusorden for derved å tillate en høy grad av styring over eksiterings-prosessen. Et transduksjonsområde 8 er anbrakt på overflaten av bølgelederen 2. Et gitter 10 gir selektiv refleksjon av den eksiterende stråling. Den eksiterende stråling krysser dermed transduksjonsområdet 8 to ganger for derved å øke og utjevne strålingsintensiteten i transduksjonsområdet. Strålingen blir dempet ved absorpsjon ettersom den forplanter seg langs bølgelederen 2, som vist på kurven over strålingsintensitet som funksjon av posisjonen langs transduksjonsområdet på figur l(b). Denne kurven viser dempingen for både den første passering 12 og den annen passering 14 av strålingen sammen med den resulterende totale intensitet 16. Figur 2 illustrerer en annen form for bølgeleder. Et gitter 20 inngangs-kobler den eksiterende stråling 22 inn i bølgelederen 24. Transduksjonsområdet 2 6 er slik at signalstråling 28 med en annen bølgelengde enn den eksiterende stråling 22, blir koblet inn i bølgelederen 24. Et annet

gitter 30 reflekterer selektivt den eksiterende stråling 22, og øker og utjevner som beskrevet ovenfor, intensiteten av den eksiterende strålingen til transduksjonsområdet 26. Et annet gitter 32 reflekterer selektivt signalstrålingen 28. Et ytterligere gitter 3 4 utgangskobler signalstrålingen fra bølgelederen 24. Gitteret 32 tjener til å øke den mengde av signalstrålingen 28 som når gitteret 34 og som dermed kobles ut fra bølgelederen 24. Gitteret 20 tjener også til å redusere den mengde med eksiterende stråling 22 som når gitteret 34.

Hvis signalstrålingen 28 har en annen modus eller polarisasjon enn den eksiterende stråling 22, så kan gitrene 30 og 32 brukes til å reflektere spesielle polariseringer eller strålingsmodi.

Gitteret 32 kan også innbefatte en utgangskoblende funksjon for den eksiterende stråling 22. Hvis for eksempel 5 % av den eksiterende stråling 22 inne i bølgelederen ble utgangskoblet av gitteret 32, så kan dette brukes som et referansesignal for kalibrering/skallering.

Anvendelse av gitteret til å deformere rommessig strålingen inne 1 bølgelederen, er illustrert på figur 3(a), (b) og (c). Disse figurene illustrerer hvordan det er mulig å oppnå vinkelmessig diskriminering mellom bølgelengder, polariseringer, modusordner og strålingens innfallsretning. Figur 3a viser vinkelmessig diskriminering i planet perpendikulært til bølgelederen. Figur 3b viser vinkelmessig diskriminering i planet parallelt med bølgelederen. Figur 3c viser hvordan stråling av forskjellige bølgelengde/modus/ polarisering kan fokuseres til forskjellige punkter utenfor bølgelederen. Stråling kan også fokuseres til et punkt inne i bølgelederen, som vist på figur 5. Figur 4 illustrerer en enkel anvendelse av den egenskap som er vist på figur 3. Gitteret 40 blir brukt til å inngangskoble eksiterende stråling som stammer fra en punktkilde 42 til en bølgeleder 44 (ingen ytre optik er nødvendig). Den eksiterende stråling krysser så transduksjonsområdet 46 og reflekteres fra gitteret 48. Figur 5 viser en bølgelengde som benytter intra-bølgelederfokusering. Eksiterende stråling fra en punktkilde 50 blir inngangskoblet til bølgelederen 52 ved hjelp av et gitter 54. Gitteret 54 har den funksjon at det får strålingen til å konvergere. Strålingen krysser så transduksjonsområdet 56. Strålingen reflekteres fra gitteret 58, idet strålingen har et fokalpunkt inne i bølgelederen 52 ved et punkt som også er inne i gitteret 58. Strålingen krysser så transduksjons-området 56 en gang for å nå gitteret 60. Gitteret 60 tjener til å utgangskoble strålingen fra gitteret 58 og fokusere den til et punkt 62. Figur 6 viser variasjonen i modus-forplantningsvektoren til strålingsforplantningen langs en bølgeleder med bølge-ledertykkelse for forskjellige polariseringer, modusordner og bølgelengder. Diskrimineringen til gitterstrukturene som er beskrevet ovenfor, blir oppnådd ved å utnytte de fenomener som er illustrert på disse kurvene, slik at gitterstrukturene selektivt vekselvirker med stråling som har visse forplantningskarakteristikker. Når vekselvirkningen i transduksjonsområdet er avhengig av modusorden/polarisering, bølgelengde, så er differensiell analyse av signalene for et modussett en nyttig fremgangsmåte for å detektere når bølgeledermodiene kan styres nøyaktig.

En bølgeledersensor ifølge oppfinnelsen kan benytte to forskjellige bølgelengder av eksiteringsstråling. I ett arrangement blir eksiteringsstråling med bølgelengde \ 1 inngangskoblet ved en første vinkel ved hjelp av et første gitter, mens eksiteringsstråling med en annen bølgelengde X2 blir inngangskoblet ved en annen vinkel ved hjelp av samme gitter. Strålingen forplanter seg så langs bølgelederen og reflekteres av et andre gitter slik at den krysser transduksjonsområdet to ganger og blir utgangskoblet ved hjelp av et tredje gitter ved en vinkel som er avhengig av bølgelengden. Absorpsjonstopper ved forskjellige bølgelengder for bruk i multiple analytt-undersøkelser, er vist på figur 7(a). Alternativt kan en forskyvning i absorpsjon for en enkelt analytt overvåkes, som illustrert på figur 7(b). Figur 8 viser en bølgeleder med en sirkulær plangeometri. Figur 8 (a) er et oppriss; Figur ~8(b) er et grunnriss. Strimler 88 som kan være laget av lim, adskiller de forskjellige transduksjonsområdene. Denne bølgelederen er særlig egnet for bruk med multiple transduksjonsområder, og kan også trekke fordel av intensitetsprofilen til fokusert stråling for å redusere virkningen av absorpsjon, som beskrevet ovenfor.

Eksemplene ovenfor illustrerer bare noen av det store antall bølgeleder-former som er gjort mulig ved bruk av oppfinnelsen, og mange alternative utførelsesformer vil være opplagte for fagfolk på området.

De følgende ikke-iHustrerende eksempler illustrerer forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPEL 1

Fremstilling av et gitter på en glass- bølgeleder

Dette eksempelet illustrerer, selv om det ikke i seg selv illustrerer herværende oppfinnelse, hvordan man kan fremstille et gitter av den type som kan finnes på en bølgeledersensor ifølge oppfinnelsen.

En generell fremgangsmåte for fremstilling av optiske tynnfilm-bølgeledere på glass-substrater med lave omkostninger, er blitt beskrevet i litteraturen (A. N. Sloper & M. T. Flanagan, Electronics Letts., 24. 353-355 (1988)).

En oppløsning av IM jern (III) nitrat (BDH, Poole, UK), IM fosforsyre (BDH, Poole, UK) og metanol (BDH, Poole, UK) ble påført en stor flate av et mikroskop-objektglass med dimensjoner 52 mm x 75 mm x 1,5 mm (Gallenkamp, UK). Det belagte objektglasset ble rotert ved 1000 rpm i 2 minutter. Umiddelbart etter rotasjon ble en fotolitografisk maske med en rektangulær gitterprofil med deling eller avstand omkring 21 mikrometer og dybde 70 nanometer (RAL, Daresbury, UK) presset ved å bruke fingertrykk i jern (III) fosfat-filmen, som fremdeles var myk, på glass-siden. Det belagte objektglasset ble så oppvarmet i en time ved 200°C. Den resulterende harde glassaktige filmen på objektglasset, ble funnet å ha en brytningsindeks på 1,72. Overflateprofilen (Taly trinn-spor) til gitteret, er vist skjematisk på figur 9(b), under en profil av den fotolitografiske maske som er beskrevet ovenfor, som sammenligning, figur 9(a).

Pregede jern (III) fosfat-filmer av den beskrevne type, kan brukes enten som overlag på en bølgeleder-overflate eller som innvendige bølgeledere når de avsettes på substrater med en brytnignsindeks mindre enn 1,72, (for eksempel Permablokk, Pilkington Glass Ltd., St. Helens, UK).

En passende reagens kan immobiliseres på et område på bølgelederen på konvensjonell måte.

EKSEMPEL 2

Undersøkelse av humant korionisk gonadotrofin fhCG)

En bølgeleder med gittere fremstilt i henhold til eksempel 1, kan brukes ved den undersøkelse som skal beskrives, hvor fluorescens-merkede antistoffer blir bundet som et resultat av dannelse av et sandwich-kompleks med analytt-liganden (hCG) og et annet antistoff som allerede er immobilisert ved test-området på bølgeleder-overflaten.

Preparering av utgangsmaterialer

(i) Fremstilling av anti- hCG antistoff- belagt bølgeleder

Etter grundig vasking med rengjøringsmiddel og ultrasonisk bevegelse, blir test-området til en bølgeleder med gittere fremstilt i henhold til fremgangsmåten i eksempel 1, aktivert med et silan (8% 3-glysidoksypropyltrimetoksysilan) ved pH 3,5 i to timer. Transduksjonsområdet blir så vasket og et passende kryssbindings-middel (for eksempel SMCC, succinimidyl 4-(N-maleimidometyl)cyklohexan-l-karboksylat (eller glutaraldehyd) blir brukt til å koble anti-hCG antistoff til overflaten ved å bruke vanlige teknikker, (se for eksempel Ishikura m.fl. Journal of Immunoassay 4, 209-327

(1983)). Bølgelederen blir så spinnbelagt med et 10 % sukrose, 0,1 % casein-lag og lagret under tørre betingelser ved 4°C inntil bruk.

(ii) Preparering av XRITC- koniugert anti- hCG antistoff

Monoklonale anti-hCG antistoffer blir oppnådd fra mus-askit-fluidum ved fremgangsmåten -til Milstein og Kohler i Nature 256, 495-497 (1975). Antistoffer fra individuelle hydridom-cellelinjer blir separert for å identifisere de som frembringer antistoff mot diskrete antigen-determinanter. Antistoffer som har den høyeste affinitet til hCG blir valgt for bruk i undersøkelsen. 2 0 mg med XRITC blir oppløst i 2 ml metanol, og den resulterende oppløsning blir blandet opp til 20 ml med en bufferoppløsning på 0,2 M natrium bikarbonat (pH9). Denne oppløsningen blir så blandet med 2 mg anti-hCG antistoff og satt til reaksjon i 19,5 timer. Løsningen blir til slutt renset ved å bruke en Pharmacia PDlO-søyle og under anvendelse av 0,2 M natrium bikarbonat-buffer.

(iii) Preparering av hCG standard- oppløsning

En frysetørket preparering av hCG, kalibrert mot det første internasjonale referanse-preparat (75/537) blir fortynnet i en fosfatbuffer-oppløsning (pH 7,3) til den ønskede konsentrasjon.

Apparat og optisk måling

Et apparat som er egnet for å utføre en undersøkelse ved bruk av de ovenfor angitte utgangsmaterialer, er vist skjematisk på figur 10. Lyskilden 91 er en 1 mW helium/neon-laser (Melles Griot, USA), som frembringer en stråle ved 543, 5nm. Strålen passerer gjennom et interferensfilter 91 (546,1 nm, båndbredde 10 nm) og så gjennom en polarisator 93 for selektivt å eksitere TE-modusen til den optiske bølgelederen 95 som er til stede på overflaten av et substrat 95. Montert på bølgelederen er et prisme 96 (et likesidet prisme av LAF788474 glass med en brytningsindeks på 1,792 ved 543,5 nm (IC Optical Systems, Beckenham, UK)). Fluorescens-signalet som frembringes under undersøkelsen, blir filtrert av et langpass-oppsamlingsfilter 97 med en grenseverdi med 600,2 nm (Ealing Electrooptics, Ealing, UK) og blir så detektert ved hjelp av et Hakuto R928 fotomultiplikator-rør 98 (Hakuto, Waltham Cross, UK). En EG og G 5297 låseforsterker 97 blir brukt til å gjenvinne signalet fra fotomultiplikator-røret og blir koblet til en opphakker eller chopper 100 som modulerer laserutgangen. Et glassdekke 101 blir brukt for å danne en cellekavitet med tilstrekkelig små dimensjoner for å gjøre det mulig å trekke prøven i kontakt med test-området til bølge-lederen ved kapillar-virkning.

Apparatet blir kalibrert ved å registrere signalet fra fotomultiplikator-røret 98 ved mellomrom på 3 0 sekunder over en periode på 8 minutter for null og kjente konsentrasjoner av hCG og ved en fast, kjent konsentrasjon (overskudd) av XRITC-konjugert anti-hCG antistoff. Undersøkelser blir så utført ved å følge den samme prosedyre, men ved å bruke analytt-oppløsninger hvor konsentrasjonen av hCG er ukjente, og ved å sammenligne resultatene med kalibreringskurvene.

Claims

1. Bølgeleder—sensor med to optiske gitterstrukturer, karakterisert ved at minst en av gitterstrukturene er i stand til å reflektere stråling som vandrer langs bølgelederen slik at den går gjennom området mellom de to gitterstrukturene minst to ganger.

2. Bølgeleder-sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at den har en tykkelse på mellom 0,2 og 10,0 mikrometer.

3. Bølgeleder-sensor ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den har minst en ytterligere optisk gitterstruktur.

4. Bølgeleder-sensor ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at den er hovedsakelig plan.

5. Bølgeleder-sensor ifølge krav 4, karakterisert ved at den er hovedsakelig sirkulær, og ved at gitterstrukturene er anbrakt konsentrisk.

6. Bølgeleder-sensor ifølge krav 5, karakterisert ved strimler som strekker seg radielt.

7. Bølgeleder-sensor ifølge noen av kravene 1 til 6, karakterisert ved at minst en gitterstruktur er i stand til å filtrere strålingen i henhold til forskjeller i bølgelengde, polarisering eller modus for strålingen.

8. Bølgeleder-sensor ifølge noen av kravene 1 til 6, karakterisert ved at minst en gitterstruktur er i stand til å koble strålingen ut av bølgelederen og/eller er i stand til å koble påført stråling inn i bølgelederen.

9. Bølgeleder-sensor ifølge noen av kravene 1 til 6, karakterisert ved at minst en gitterstruktur er i stand til å bevirke konvergens, divergens eller kolli-mering av strålingen som påtrykkes gitterstrukturen eller strålingen som forplanter seg langs bølgelederen.

10. Bølgeleder-sensor ifølge krav 1 eller 2, for anvendelse i en analyse eller undersøkelse (assay), karakterisert ved at området mellom de to gitterstrukturene på seg har immobilisert direkte eller indirekte et materiale som er i stand til å bindes spesifikt til et stoff som skal under analyse.

11. Anvendelse av en bølgeleder-sensor ifølge krav 10, i en undersøkelse eller analyse som innbefatter det trinn å utsette bølgelederen for en komponent av analysen som mellom-reagerer med det immobiliserte materialet på en slik måte at et optisk målbart resultat fremkommer.

12. Fremgangsmåte for undersøkelse av en ligand i en prøve, hvor en bølgeleder-sensor ifølge et av kravene 1-10 anvendes, karakterisert ved at prøven inkuberes, samtidig eller i enhver ønsket rekkefølge, sammen med (a) en spesiell bindingsdeltager for liganden det er ønskelig å detektere, og (b) en ytterligere reagens som enten er en ligandanalog eller en spesiell bindingsdeltager for liganden, at en av komponentene (a) og (b) blir immobilisert, direkte eller indirekte, på overflaten av området mellom de to gitterstrukturene i bølgeleder-sensoren, og den andre av komponentene (a) og (b) bærer en fluorescens-merking; og ved at det bestemmes om, og om ønsket i hvilken utstrekning og/eller ved hvilken hastighet fluorescens-merkingen blir indirekte immobilisert på området som et resultat av kompleks-dannelse.

13. Fremgangsmåte for deteksjon/analyse av en ligand i en prøve, hvor en bølgeleder-sensor ifølge et av kravene 1-10 anvendes, karakterisert ved at prøven inkuberes samtidig eller i enhver ønsket rekkefølge, sammen med (a) en spesiell bindingsdeltaker for liganden det er ønskelig å detektere, og (b) en ytterligere reagens som enten er en ligandanalog eller en spesiell bindingsdeltager for liganden, at en av komponentene (a) og (b) blir immobilisert, direkte eller indirekte, på overflaten av området mellom bølgeleder-sensorens to gitterstrukturer, at den immobiliserte komponent (a) eller (b) eller overflaten av området bærer en fluorofor; og ved at den andre av komponentene (a) og (b) er slik at ved kompleks-dannelse blir fluorescensen til fluoroforen slukket; og ved at det bestemmes om, og om ønsket i hvilken grad og/eller hastighet fluorescensen til fluoroforen blir slukket som et resultat av kompleks-dannelse.