專利名稱：基于衍射的診斷設備的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及到介質中分析物的檢測，同時尤其涉及到對分析物特異的基于衍射的診斷傳感器的制備方法，通過這個方法來指示介質中分析物的存在。
背景許多系統和設備可用于檢測不同介質中的各種分析物。然而，很多先前的系統和設備相對昂貴，而且需要熟練的技工來操作測試。人們認識到，有必要對生物傳感器在技術上進行改造，使其變得簡單而且成本低廉，同時，其對分析物的檢測結果可靠且靈敏。涉及到的參考文獻，例如，專利U.S.Pat Nos.5,922,550、6,060,256、和6,221,579 B1.
生物傳感器的工業生產已經取得了多方面進展。例如，Kumar等人的專利U.S.Pat No.5,512,131，描述了一種設備，其包括一種帶有金屬涂層的聚合體基底。在這個帶涂層的基底上，印刷了分析物特異受體層。當分析物附著到這個設備上時，其衍射圖樣就產生了。用可視設備，比如光譜儀，就可以檢測到衍射圖案的存在。然而，這類設備的缺點是其衍射圖案不能被肉眼辨別，于是，需要一種復雜的視覺設備來觀察衍射圖案。而且，對于那些不能產生明顯衍射圖案的較小分析物，這種設備通常不能檢測。
Bogart等人的專利U.S.Pat.No.5,482,830描述了一種設備，其包括一種基底，在基底之上接枝了一層光活性表面，該表面對光響應初始顏色。該初始顏色被定義為發射光源的光譜分布。基底還能呈現一種不同于初始顏色的第二顏色。分析物出現在基底表面上時，用同樣的光照射就能產生第二顏色。這種從一種顏色到另一種顏色的變化可以用儀器或者肉眼來檢測。然而，這種設備的缺點是，其成本相對較高，而且在基底薄片上接枝各種層的操作存在問題。
接觸印刷技術已經被開發用以生產帶有自裝配單分子層的生物傳感器。專利U.S.Pat.No.5,922,550描述了一種帶有金屬薄膜的生物傳感器，其金屬膜上印刷(接觸印刷)了分析物特異受體的特殊預定圖案。這種對某種特殊的分析物或某類分析物有效的受體物質被綁定在自裝配單分子層上。附著的目標分析物能散射光線到部分印有受體的金屬化塑料膜的選擇性區域，從而導致透射光或反射光的衍射行為。產生的衍射圖案能輕易地用肉眼或者任何傳感器觀察到。專利U.S.Pat.No.6,060,256描述了一種類似的帶有金屬膜的設備，在其金屬膜上印有一種特殊預定的分析物特異受體層。該專利不僅僅局限于自裝配單分子層，任何能夠與表面進行化學結合的受體都被認為是可以采用的。該專利的發明通過利用微生物粘合劑的衍生物將單分子層組成圖案，再用接觸印刷法印刷。其衍生物的一個例子是硫醇。期望的綁定作用物有可能是烴硫基抗體或抗體碎片、蛋白質、核酸、糖、碳水化合物、或其它凡能綁定分析物的物質。衍生物，例如硫醇，通過化學鍵合到金屬表面比如金屬聚合體膜上。
關于上述用于生產衍射生物傳感器的接觸印刷技術，一個潛在的問題是印刷過程中，可能存在來自于印刷表面(壓印表面)的污染。而且，在此過程中受壓力、接觸差異以及表面能量不同等因素影響，有可能使物質涂抹不均勻。
本發明涉及到一種制造簡單而且價格低廉的生物傳感系統，該系統能可靠靈敏地檢測分析物，同時能避免常規微接觸印刷技術中可能存在的缺點。
發明概述本發明的目的和優勢將部分陳述于下文，或通過描述將顯而易見，或者通過對本發明的實踐而了解。
本發明提供了一種相對廉價并且靈敏的生物傳感器，以及一種制備這種生物傳感器的方法，同時提供了檢測介質中存在的被關注分析物的檢測方法。
這種生物傳感器包括一種基底，其基底組件的整個表面被受體物質層均勻覆蓋。基底可以是大量適宜物質中的任何一種，包括塑料、鍍金屬的塑料和玻璃、功能化塑料和玻璃、硅晶片、金屬薄片、玻璃等等。理想的基底是柔韌的，例如聚合體膜，這是為了使生產過程容易。受體物質層的涂抹可使用任何已知技術，包括浸漬、噴霧、碾壓、旋轉涂抹，或者任何其它能將受體物質均勻覆蓋在基底測試表面的技術。本發明還包括了實施涂層的接觸印刷方法，本方法防止了初始涂抹過程中出現的涂抹不均勻和接觸污染問題。
在基底上放置掩模，然后用足以使未被掩模保護的受體物去活的能源照射基底，于是，受體物質層可以用活性的和非活性的圖案來分辨。受體物質去活化到一定程度，即發生降解并再不能與包括所關注的分析物的共扼配合體結合。
掩模可包括所有期望的圖案，后者為被保護或被掩蓋區域以及暴露區域(例如空白的、透明的、或半透明的區域，以及孔或掩模空隙)。掩模的暴露區域勾畫確定了受體非活性部分的圖案，并且被掩模掩蓋或保護的區域即為活性受體物質區域圖案。因此掩模起到了這樣的作用，掩蓋或保護了受體物質層的一個區域，同時又使得至少一個與之相鄰的區域暴露在照射能源下。
值得注意的是，本發明不僅僅局限于由掩模限定了一種特殊圖案。事實上，圖案可能由許多暴露帶與空隙組合構成。在具體的實施方案中，在基底測試表面上圖案由大約10微米直徑的像素構成，其像素之間的間隔大約為5微米。
選擇特定的能源照射受體物質層，使一些特殊類型的受體物質失活。本發明不限于一種特殊能源。例如，能源可以是一種光源，比如紫外光源、電子束、一種輻射源等等。
然后，把生物傳感器暴露于含有一種被關注分析物的介質中，分析物會在活性區域與受體物質結合。生物傳感器會使透射光發生衍射，生成與活性區域一致的衍射圖案。產生的衍射圖案能輕易的用肉眼或者任選的傳感設備觀察到。
在分析物很小或者其折射率較之周圍介質無顯著差異時，分析物就不能散射可見光，這時可以采用衍射增強元件，比如聚合物微顆粒。這些微顆粒被涂上了結合物或者受體物質，并與分析物結合。通過把成對的分析物與受體物質層中已圖案化的生物分子以及微顆粒結合，可以得到衍射圖案，該圖案能輕易的用肉眼或者任選的傳感設備觀察到。
所謂“衍射”是指，當波傳輸時被障礙物阻斷，繞過障礙物達到其幾何陰影部分的現象。當障礙物的大小與波長在同一個數量級時，衍射的效果很顯著。本發明中，障礙物是分析物(附著或沒有附著微顆粒)，波是光波。
本發明的另一實施方案，一類特定微生物的營養物質可以包含在受體物質層中。通過這種方式，先將本發明中生物傳感器與營養物質接觸，再將生物傳感器放在適合其上綁定的微生物生長的環境中培養，這樣可以檢測到濃度非常低的微生物。微生物要生長達到足夠的有機體以形成衍射圖案。
本發明提供了一種低成本、可任意使用的生物傳感器，這種傳感器可以大量生產。本發明中的生物傳感器可以制成檢測某種分析物的單一測試傳感器，也可以制成多功能測試設備。本發明中的生物傳感器其用途包括但不局限于，檢測衣物上的化學或生物污染，如尿布；檢測預包裝食品如果汁或其它飲料中微生物的污染；本發明的生物傳感器還可應用于健康診斷，比如作為抗原、微生物以及血液組分的診斷工具包。需要注意的是本發明不局限于任何一種特殊用途或應用。
關于本發明的所有特點和優點在下述公開的實施方案中將更加透徹。
附圖簡述

圖1是根據本發明利用掩模過程制備生物傳感器方法的示意說明。
圖2是依照本發明獲得的生物傳感器上活性抗-C-反應性蛋白質抗體的反相圖象，圖中六角形直徑為10微米，六角形中心間距為15微米。
詳述現在，通過參照具體實施方案對本發明進行詳細描述。這些實施方案是用來解釋本發明，而并不意味著本發明僅限于此方案。例如，在一個方案中描述或闡述的部分特征，可能用于另一個方案中從而構成了更深一層的實施方案。這里想表達的意思為，本發明包括這些以及其它的修改或變化，這都包括在原發明的范圍和宗旨中。
本發明的特點是改進了生物傳感設備及其使用方法，同時改進了介質中所關注的分析物的定性和定量檢測限。本發明能檢測的分析物包括但不僅局限于細菌、酵母、真菌和病毒等微生物。依照本發明生產的生物傳感設備相對比較便宜，而且比傳統的微接觸印制生物傳感器更具優勢。
從廣義上來看，本發明包括，通過光掩蔽基底在基底表面上確定分析物特異受體物質活性圖案的方法。在基底表面涂上了普遍均勻的受體物質層，再在其上結合了掩模，掩模與基底的聯合體被能源照射。掩模以其初始形態為受體物質層的至少一個區域或者截面提供了掩蓋或保護，使其不受能源照射。例如，通常掩模可以是均勻透明或半透明的無色物(比如帶狀物)，其上印有或定義了掩蓋區域圖案。掩模上暴露的沒有保護的區域對應著基底單元的暴露區域。選擇性地，掩模可以是置于基底上的單一目標。此目標下的區域受保護，因此確定了接受物質的活性區域，而與此目標相鄰的區域由于暴露于能源照射之下，從而形成了對接受物質表現非活性的區域。或者，根據所暴露區域，此目標可以具有開放式定義的任何圖案。
選擇一種可以使未被掩模掩蓋的受體物質失活的能源。基本上，該能源破壞了受體物質的結合結構，這是一種自由基機理。掩模掩蓋區域下的受體物質在照射過程中受到了保護。因此，在去掉掩模之后，由活性和非活性受體物質區域構成的圖案形成了。這里需要理解的是，“圖案”包括了至少一個活性區域和一個非活性區域。之后，將生物傳感器暴露于含有所關注的分析物的一種介質中，分析物將會與活性區域的受體結合。分析物最終將導致透射光或反射光的衍射行為，從而形成了活性區域的可見衍射圖案。下文中將更加詳細的說明，對于極其微小的分析物，將可能用到增強物來加強衍射效果。
通過本發明，預期檢測到的分析物包括但不僅僅局限于，細菌、酵母、真菌、病毒、類風濕因子、抗體包括但不限于IgG、IgM、IgA、IgD和IgE抗體、癌胚抗原、鏈球菌A組抗原、病毒性抗原、與自免疫疾病有關的抗原、PSA(前列腺特殊抗原)和CRP(C-活性蛋白質)抗原、變態反應原、瘤抗原、鏈球菌B組抗原、HIV I或HIV II抗原、或對這些或其它病毒的宿主反應(抗體)、對RSV特異的抗原或對該病毒的宿主反應(抗體)、酶、荷爾蒙、多糖、蛋白質、脂肪、碳水化合物、藥物和核酸、沙門氏菌類物種、假絲酵母類物種，包括但不限于假絲酵母乳頭體和熱帶假絲酵母、淋病型腦膜炎病毒A、B、C、Y、W135亞類。鏈球菌肺炎、E大腸桿菌、A/B型嗜血流感、微生物衍生的抗原、半抗原、濫用藥、治療藥、環境試劑、肝炎特異抗原。廣義上來講，“所關注的分析物”可以被認為是生物樣品中存在或不存在的，用來指示一種健康狀態或條件的介質。
同樣，可以試圖將特定的一類微生物的營養物質與受體物質層結合。通過這種方式，先將本發明中帶有營養物質的生物傳感器暴露于待檢測介質中，再將生物傳感器放在一個適合綁定于其上的微生物生長的環境中培養，這樣可以檢測到濃度非常低的微生物。微生物要生長達到足夠量從而能形成衍射圖案。當然，在某些情況下，即使沒有營養物質存在于活性受體物質區域中，存在的微生物也能夠繁殖到足以生成衍射圖案。
受體物質的特征在于，它具有一種能與分析物或所關注的分析物特殊結合的能力。能夠被用做受體物質的材料種類僅受限于材料的類型，該材料能選擇性地(關于選擇的樣品)與另一種配體結合。這里介紹全體種類受體物質材料集合中的子集，它們有毒素、抗體、抗體片段、抗原、荷爾蒙受體、寄生蟲、細胞、半抗原、代謝物、過敏原、核酸、核材料、自身抗體、血原蛋白、細胞殘骸、酶、組織蛋白、酶作用物、輔酶、神經傳遞物、病毒、濾過性毒菌微粒、微生物、蛋白質、多糖、螯合劑、藥品、適體(aptamer)、肽，以及任何其它特殊結合配對體中的組分。上述所列的只是大量不同物質中可以涂到基底表面，用來制備一層薄膜試驗系統的一些物質。無論選擇的所關注的分析物是什么，設計的受體物質要能與該所關注的分析物特殊綁定。
含有所關注的分析物的母體或介質可能是流體、或固體、或氣體、或包含一種有形體的流體，比如黏液、唾液、尿、渣滓、組織、骨髓、腦髓、血清、血漿、血液、痰、緩沖溶液、提取液、精液、陰道分泌物、心包的、胃的、腹膜的、胸膜的或其它的洗液等等。所關注的分析物有可能是抗原、抗體、酶、DNA片段、完整的基因、RNA片段、小分子、金屬、毒素、環境試劑、核酸、細胞質成分、菌毛或鞭毛成分、蛋白質、多糖、藥品或任何其它物質。例如，細菌的受體物質能與表面膜成分如蛋白質、脂肪、多糖、核酸或酶結合。對細菌特異的分析物可能是多糖或酶，或核酸，或一種膜成分，或是一種主體對細菌反應產生的抗體。分析物的存在與否可以指示傳染性疾病(細菌性或病毒性毒素)，癌癥或其它代謝紊亂情況。分析物的存在與否還可能是食物中毒或其它中毒的表征。分析物可以指示藥物濫用或治療藥的濃度水平。
最經常用到本技術的化驗規程之一是免疫測定。然而，一般的考慮是將其應用到核酸探針、酶/基底、和其它配合體/受體試驗形式中。在免疫測定中，抗體作為受體物質或所關注的分析物。受體物質比如抗體或抗原，必須在測試設備基底表面形成穩定的且相對密集的活性層。如果要檢測的是抗原，而抗體作為受體物質，則抗體必須是特別針對待測抗原的。抗體(受體物質)必須有足夠的性能結合抗原(分析物)，而且抗原仍然保留在測試表面。在一些情況中，分析物并非簡單地與受體物質結合，而是導致受體物質發生可檢測量的變化。這種干擾可能導致在測試表面的量增加或導致測試表面上受體物質量的減少。后一種情況的例子是，特別的固定在基底上的可降解酶或物質的干擾。這種情況下，可以看到所關注的分析物干擾前的圖案，但是分析物存在時，衍射圖案就會消失。關于分析物與受體物的結合、雜交、或干擾的詳細機理對本發明并不重要，但它會對最終試驗協議中用到的實驗條件造成影響。
除生成簡單的衍射圖案之外，分析物的圖案可以被發展為全息感應圖案和/或可見色彩變化圖案。因此，全息圖的出現或已有的全息圖的出現變化意味著正面的響應。透射光衍射構成的圖案可以是任何的形狀，其包括但不限于，當分析物與受體物質結合后圖案從一種圖案到另一種的轉化。特別優選的實施方案中，將本發明中的生物傳感設備與分析物接觸，在不到一個小時的時間內衍射圖案就可以辨別了。
用于產生衍射光的衍射光柵必須有最小周期，大約為光波波長的1/2，并且其折射率與其周圍介質不相等。對于極小的分析物，比如病毒或分子，它們可以通過一種較大的“衍射增強單元”來間接檢測，比如利用專門針對于小分析物的微顆粒。一種可以檢測微小分析物的實施方案包括在增強顆粒物比如乳膠顆粒或聚苯乙烯顆粒上涂上一種受體物質，比如一種可以特別結合所關注的分析物的抗體。可以用于本發明中的顆粒物包括但不限于，玻璃、纖維素、合成聚合物或塑料、乳膠、聚苯乙烯、聚碳酸酯、蛋白質、細菌或真菌細胞、硅、醋酸纖維素、碳等等。顆粒物合適的形狀是球形，但是其結構和尺度參數不需要與本發明嚴格一致。例如，顆粒物可以是長條、橢圓體、立方體、任意形狀等等。合適的顆粒物尺寸范圍是直徑大約為0.1-50微米，理想的為0.1-2.0微米。顆粒物組成不用嚴格與本發明一致。
理想的情況下，基底上的受體物質層與分析物上的抗原特異地結合，此抗原不同于與增強顆粒物結合的抗原。因此，當檢測介質中類似濾過性毒素顆粒物的微小分析物時，先將介質暴露于帶有病毒特異受體物的乳膠顆粒物中，介質中待測的微小分析物將與乳膠顆粒物結合。然后，乳膠顆粒物被隨意沖洗并與生物傳感器膜接觸，生物傳感器膜上的活性受體物質區域圖案含有病毒特異抗體。抗體再與乳膠珠上的病毒性毒素顆粒結合，并將乳膠珠固定在與膜上活性區域相同的區域。因為固定的乳膠珠會導致可見光的衍射，所以衍射圖案就可以生成，從而表明流體中病毒性毒素的存在。其它衍射增強顆粒物的聯用見專利描述，例如，專利U.S.Pat.No.6,221,579，事實上在本文中已有具體表現。
大量材料中任何一種都可以用作添加受體物質的基底。本領域中的技術人員都很了解以下材料，例如，基底可以由合適的塑料、鍍金屬塑料或玻璃、功能化塑料或玻璃、硅晶體、金屬片、玻璃等等材料中的任何一種構成。本文中敘述的圖案制作過程需要一種剛性基底，相對于此更合適的熱塑性塑料膜被發現。這些膜包括但不限于，聚合物如聚對苯二甲酸乙二醇酯(MYLAR)、丙烯腈-二丁烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、纖維聚合物如乙基纖維素、醋酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙酸纖維素、三乙酸纖維素、聚乙烯、聚乙烯-乙酸乙烯基酯共聚物、離子交聯聚合物(乙烯聚合體)聚乙烯-尼龍共聚物、聚丙烯、甲基戊烯聚合物、聚乙烯基氟、和芳香族聚砜化合物。優選地是，塑料膜的透光度大于80％。還有其它合適的熱塑性塑料以及供應商，可以參見一些參考著作，比如Modern PlasticsEncyclopedia(McGrwa-Hill Publishing Co.，New York 1923-1996)。
本發明的一個實施方案，在熱塑性塑料膜上有金屬涂層。金屬涂層的膜可以具有大約5％-95％的透光度。對于本發明中用到的熱塑性塑料膜，其透光度的期望值為大約20％-80％。在本發明的一個優選方案中，熱塑性塑料膜具有至少80％的透光度，而且金屬涂層的厚度應該保證其透光度大于20％，這樣衍射圖案才能由反射或透射光產生。這要求金屬涂層的厚度大約為20納米。然而，在本發明其它的實施方案中，金屬涂層的厚度會大約為1-1000納米。
用于沉積在膜表面的金屬首選為金。然而，銀、鋁、鉻、銅、鐵、鋯、鉑、鈦、鎳以及這些金屬的氧化物都可以被采用。氧化鉻可以用做金屬涂層。
可以用任何常規方法將受體物應用到基底上。受體物的應用要使其均勻地覆蓋基底的整個(例如上面的)表面。采用非接觸方法應用受體物可以消除涂抹過程中因接觸而發生污染的可能性。合適的應用方法包括但是不限于，浸漬、噴霧、翻滾、旋轉涂抹，以及其他任何可以將受體物層均勻涂抹在基底整個測試表面的技術。很多物質會發生簡單的物理吸附，比如聚苯乙烯、玻璃、尼龍，或其它本領域中技術人員所熟知的材料。固定分析物特異受體物質層的一個特別實施方案包括分子附加，比如可能是硫醇或含有二硫化物的混合物與金之間的附加。典型地，在硅晶體，或玻璃，或聚合體膜(象這種MYLAR)上涂抹一層厚度大約為5-2000納米的金層。當暴露于受體物質溶液后，分析物特異受體附加在金表面。
盡管不是優選地，本發明還包括了應用涂層的接觸印制方法。選擇這種方法將減少涂抹大量測試表面所必需的受體物質數量，并能保持在應用過程中受體物的穩定性/應用功能性。采用這種技術，應該以統一而且可重復的方式將受體物涂抹或附著在基底上。
在基底上，預期的受體物質層會生成，并以自裝配單分子層的形式存在，單分子層可能是金屬化熱塑性塑料膜上的鏈式硫醇鹽，或羧酸，或羥基氨基酸，或磷酸。自裝配單分子層上結合了受體物質。關于自裝配單分子層和生成這種單分子層的方法，在專利U.S.Pat.No.5,922,550中有更加詳細的描述。事實上，該專利整體上在此被陳述。
掩模可以由任何合適的材料生成，該材料能夠保護其下面的部分基底不受能源輻射。一種材料被證實在鍍金MYLAR膜上區分活性與非活性圖案時是有用，將其涂抹上抗體溶液，在紫外光能源照射下，其表現為一種透明的或半透明的聚合物膜(如MYLAR)，該膜上有被掩蓋或被保護的印跡區域圖案。此類掩模對于波長大于等于約330納米的光源有效。對于波長小于330納米的光源，可以采用帶有鉻或其它鍍金保護區域的石英或熔融硅掩模。可以通過選擇一種有開孔的圖案和尺寸，使活性與非活性區域之間的可見衍射差異最大化。合適的方法是將活性區域劃分為均勻的直徑約10微米的圓形，并且圓形之間間隔約為5微米。
任何合適的能源都可用來照射掩模和基底的聯合體。能源的選擇要特別能滿足使特定類型的受體物質失活的要求。例如，能源可能為一種光源，如紫外光源，或電子束，或輻射源等等。在一個特別的實施方案中，受體物是一種基于蛋白質的物質，比如一種抗體，使之失活的能源是一種紫外光源。將傳感器暴露于紫外光中一段時間，這段時間足夠使抗體失活。本發明不局限于任何特殊波長的紫外光或暴露時間。波長和暴露時間可以隨特定類型的受體物質而變化。其它合適的能源可能包括可調激光，電子束，包括伽瑪射線X-射線源的各種類型的輻射束，光的強度和波長包括足夠量級的波束以及波長更小的波束等等。值得注意的是，許多能源是經過特別制作，專門使特殊的抗體或其它類型的雙分子失活。應該注意不要讓能源破壞(比如融化)了下面的基底或掩模的下層。
圖1是依照本發明利用掩模過程制備生物傳感器方法的示意性說明。步驟A表示作為受體物質層2的生物分子被應用到了一個基底單元4。步驟B表示一種掩模6被置于到基底單元4上。掩模8包括暴露的或開放的區域10和掩蓋的或被保護區域8。步驟C表示掩模6和基底單元4的聯合體被能源12照射。掩模8的開放區域使生物分子暴露于能源12，從而該生物分子失活，而掩蓋區域8的生物分子由于受到掩模6的保護而保持活性。步驟D表示掩模6后面的生物傳感器。該生物傳感器包括受體物質2的活性區域14和去活性區域16。活性區域14和去活性區域16的圖案與掩模6的暴露區域10和掩蓋區域8的圖案相一致。
根據本發明獲得的生物傳感器在許多領域有廣泛的應用。本發明的生物傳感器用途包括，但不僅限于，檢測衣物中的化學或生物污染物，比如尿布，檢測肉類、果汁或其它飲料等預包裝食品中的微生物污染，以及在健康診斷方面的應用，比如可用做診斷工具包來檢測蛋白質、荷爾蒙、抗原、DNA、微生物以及血液要素。本發明也可以用做隱形眼鏡、眼鏡、窗格、藥物瓶、溶劑容器、水瓶、邦迪創可貼、擦布等等方面的污染物檢測。在一種實施方案中，本發明預期為一種量桿，在量桿的末端裝配了組合基底。使用中，量桿被浸入到可能含有待測分析物的液體中，放置幾分鐘。取出量桿，用一束光投射到基底上，或者利用基底反射光來觀察分析。如果觀察到了衍射圖案，則液體中含有該分析物。
關于本發明的另一種實施方案，在同樣的基底上進行一次性多種分析物試驗。將幾種基底組合，其截面組成一條。每個截面都針對不同的分析物涂上了不同的受體物質。可以看到，本發明可以將各種組合基底以任意一種矩陣形式排列，這樣可以讓本發明的生物傳感器用戶通過一次實驗檢測介質中多種分析物的存在。
本發明的再一種實施方案，可以將生物傳感器附著到一個有粘力的后襯標簽或貼花紙上，然后將標簽或貼花紙放置在一個硬表面或容器壁上。生物傳感器就可以放在比如食品包裝盒或玻璃瓶等容器的內表面。于是，此生物傳感器能夠顯示其中是否存在細菌污染。
通過下述例子可進一步闡述本發明，但不是以任何帶有欺騙性的夸大本發明范圍的方式來解釋。應該明白，手段是與各種其它的實施方案、修改以及等同物相關，當閱讀了此發明的說明之后，本領域的研究人員則會領會這些手段，并不會偏離本發明的范圍和精神。
實施例一種75×50mm顯微鏡載玻片(Corning)被涂上了聚苯乙烯，用作一種攝影圖案的基底。最初，載玻片用丙酮清洗。干燥后，將載玻片暴露在含有氫氧化鉀的乙醇飽和溶液中1min。然后用水和乙醇先后沖洗載玻片，再用過濾空氣吹干。用六甲基二硅氮烷處理1min后，在旋轉機座上以3000RPM旋轉干燥。最后用含有2％分子量(MW)為28,000的聚苯乙烯的甲苯溶液涂抹此載玻片，并以1200RPM旋轉干燥。將帶有聚苯乙烯涂層的載玻片浸在0.5mg/ml單克隆抗-C-活性蛋白質抗體的溶液(Biospacific，#A58040136P，lot#A0640)5min。再以0.2um過濾水漂洗此載玻片，并用過濾空氣吹干。
光掩模隔離的抗體層在222納米光源(Heraeus Noblelight，TypeVG)下暴露4min，抗體層則形成非活性和活性區域的影象。石英上帶鉻的光掩模是通過電子束直接寫入獲得圖案的辦法制備，這個圖案為中心相距15um、5um直徑的六角形規則排列的網格(正象)。利用真空結構，使涂有抗體的載玻片與光掩模緊密接觸。用熔凝硅平凸鏡校準光。
利用基于酶化驗而生成的有色沉淀，可以看到最后的活性區域圖案。含有1ug/mL C-活性蛋白質的溶液，其中C-活性蛋白質與山葵過氧化物酶(Dako，#P0227，lot#074-301)共價結合，它與構成圖案的抗體表面反應10min，然后用PBS(50mM，pH為7.4磷酸鹽緩沖，150mM氯化鈉)清洗。然后載玻片用過濾空氣吹干。殘留的山葵過氧化物酶(通過抗體識別C-活性蛋白質方式而駐留在活性區域)可以通過四甲基對二氨基聯苯的沉淀物看到(KPL Microwell過氧化物酶基底，#50-76-04和KPL Membrane Enhancer，#50-77-01)。
接著，沉淀物的圖案可以用光學顯微鏡觀察。圖2是依照本發明獲得的生物傳感器上活性抗-C-活性蛋白質抗體的反色圖象，圖中六角形直徑為10微米，其中心間距離為15微米。
權利要求
1.一種生物傳感器，包括基底組件；受體物質層，通常均勻的覆蓋在基底組件的一側，所述受體物質對所關注的分析物是特異的；所述受體物質的活性和非活性區圖案，所述受體物質限定在所述層上，所述活性和非活性區通過掩模方法形成，其特征在于，掩模放在所述基底上，通過所述掩模，暴露區定義為所述圖案的所述受體物質的非活性區，保護區定義為所述圖案的所述受體物質的活性區；以及其中當所述傳感器暴露在含有相關分析物質的介質中時，被分析物鍵合所述活性區中的所述受體物質，并且進而在對應的所述活性區衍射圖案中，有助于發射光或反射光的衍射。
2.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，經過掩模法中的掩模，所述受體物質非活性區接受能源照射。
3.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述基底包含源于塑料、金屬涂層塑料和玻璃、功能化塑料和玻璃、硅晶片、玻璃和金屬薄片的物質。
4.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述基底包含鍍金聚合物膜。
5.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于，所述聚合物膜包含聚對苯二甲酸乙二醇酯。
6.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于，所述金屬選自金、銀、鉻、鎳、鉑、鋁、鐵、銅、鈦、金氧化物、鉻氧化物、銀氧化物或鋯。
7.根據權利要求4所述的生物傳感器，其特征在于，所述金屬為金。
8.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述衍射圖案肉眼可見。
9.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述受體物質是基于蛋白質的。
10.根據權利要求9所述的生物傳感器，其特征在于，所述受體物質是抗體。
11.根據權利要求9所述的生物傳感器，其特征在于，所述基底經足以去除暴露于所述掩模之外的所述受體物質活性的波長的紫外光照射。
12.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述受體物質至少是抗原、抗體、核苷、螯合劑、酶、細菌、酵母、真菌、病毒、菌毛、細菌鞭毛物、核酸、多糖、脂類、蛋白質、糖類、金屬、荷爾蒙、適體、肽以及所述物質的各自受體之一。
13.根據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述相關被分析物質至少是細菌、酵母、真菌、病毒、類風濕因子、lgG、lgM、lgA、lgD和lgE抗體、癌胚抗原、鏈球菌A組抗原、病毒性抗原、與自免疫疾病有關的抗原、變態反應原、瘤抗原、鏈球菌B組抗原、HIVI或HIV II抗原、或病毒抗體、RSV特異抗原、抗體、抗原、酶、荷爾蒙、多糖、蛋白質、脂肪、碳水化合物、藥物和核酸、淋病型腦膜炎病毒A、B、C、Y和W135亞類、鏈球菌肺炎、E大腸桿菌K1、A/B型嗜血流感、微生物衍生得到的抗原、PSA(前列腺特殊抗原)和CRP(C-活性蛋白質)抗原、半抗原、濫用藥、治療藥、環境試劑、肝炎特異抗原中的一種。
14.一種制造生物傳感器的方法，包括步驟形成通常均勻覆蓋在基底表面的受體物質層，此受體物質層含有對相關被分析物質有特異的受體物質。在基底上放置掩模，此掩模具有一定的外形，以便在至少覆蓋基底的基本區域同時至少暴露一個鄰近的區域。用能源照射基底和掩模組合物，此能源足以去除暴露于掩模之外的受體物質活性。從基底移除掩模，以及其中，所得到的受體物質的活性和非活性區圖案被確定，透過掩模而暴露的區域對應于非活性區，掩模底下的區域對應于活性區，這樣當生物傳感器暴露在含有相關的被分析物質的介質中時，被分析物質結合活性區中的受體物質，并且進而在對應的活性區衍射圖案中，有助于發射光或反射光的衍射。
15.根據權利要求14所述的方法，包括選擇基底，此基底選自塑料、金屬涂層塑料和玻璃、功能化塑料和玻璃、硅晶片、玻璃以及金屬薄片。
16.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，基底包含鍍金聚合物膜。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，聚合物膜包含聚對苯二甲酸乙二醇酯。
18.根據權利要求16所述的方法，包括從金、銀、鉻、鎳、鉑、鋁、鐵、銅、鈦、金氧化物、鉻氧化物、銀氧化物和鋯中選擇金屬。
19.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，所述金屬為金。
20.根據權利要求19所述的方法，包括在聚合物膜上沉積金涂層，涂層厚度大約為1-1000納米。
21.根據權利要求14所述的方法，包括用肉眼觀看活性區衍射圖案。
22.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，受體物質是基于蛋白質的。
23.根據權利要求22所述的方法，其特征在于，受體物質是抗體。
24.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，包括用足以去除暴露于掩模之外的受體物質活性的波長的紫外光照射基底。
25.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，包括選擇受體物質，此受體物質至少選自于抗原、抗體、核苷、螯合劑、酶、細菌、酵母、真菌、病毒、菌毛、細菌鞭毛物、核酸、多糖、脂類、蛋白質、糖類、金屬、荷爾蒙、適體、肽以及所述物質的各自受體之一。
26.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，所關注的被分析物質至少選自于細菌、酵母、真菌、病毒、類風濕因子、lgG、lgM、lgA、lgD和lgE抗體、癌胚抗原、鏈球菌A組抗原、病毒性抗原、與自免疫疾病有關的抗原、變態反應原、瘤抗原、鏈球菌B組抗原、HIVI或HIV II抗原、或病毒抗體、RSV特異抗原、抗體、抗原、酶、荷爾蒙、多糖、蛋白質、脂肪、碳水化合物、藥物、核酸、淋病型腦膜炎病毒A、B、C、Y和W135亞類、鏈球菌肺炎、E大腸桿菌K1、A/B型嗜血流感、微生物衍生得到的抗原、PSA(前列腺特殊抗原)和CRP(C-活性蛋白質)抗原、半抗原、濫用藥、治效藥、環境試劑、肝炎特異抗原中的一種。
27.根據權利要求14所述的方法，還包括在所期望圖案中通過掩模限定多個孔，該孔限定了非活性區圖案。
全文摘要
一種生物傳感器，其包括一種基底，在基底上具有受體物質層。該受體物質對所關注的分析物是特異的。通過掩模處理方法，限定了受體物質層上的活性與去活區域。
文檔編號C40B40/06GK1646915SQ03808895
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月15日 優先權日2002年5月3日
發明者D·科亨, R·凱洛, C·塞爾 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司