用于结合亲和力的检测的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于结合部位与目标分子之间的结合亲和力的检测的装置，并设 计一种用于检测结合亲和力的方法。
【背景技术】
[0002] 光学生物传感器是使得结合亲和力的检测成为可能的装置。结合亲和力指的是分 子相互作用的强度（例如，高的结合亲和力由结合部位与目标分子之间较大的分子间力产 生）。用于这样的光学生物传感器的典型应用领域是在不限于任何特定的化学、生物或药 用物质的利益的情况下的受体分子（如结合部位）与预定目标分子之间的结合亲和力的检 测。该检测能以夹心法进行，在所述夹心法中，目标分子结合至结合部位并结合至标记的辅 助粘合剂分子。测量从标记发出的光，以检测结合亲和力。
[0003] 替代性地，能以无标记的方式测量目标分子结合至受体分子的能力。例如，在表面 等离子体共振光谱学（SPR)中，光学生物传感器通过光谱地测量吸收光谱中的共振移位使 得无标记检测成为可能。如果目标分子已结合至附着的受体分子，则光谱信号特征地改变， 并且该改变代表结合亲和力。
[0004] 现有技术的SPR装置包括可透射基板，所述可透射基板在其一侧包括金属层（例 如，薄的黄金层）。在基板的与布置金属层的一侧相对的一侧上布置有棱镜。用作结合部位 的受体分子被固定在金属层上。然后将目标分子涂覆至受体分子，用于受体分子与目标分 子之间的结合亲和力的检测。
[0005] 在这样的装置的使用期间，入射光束经由棱镜通过可透射基板被引导到金属层 上。入射光束与表面等离子电磁地耦合。表面等离子是相干电子振荡，所述相干电子振荡 出现在金属与在金属的外表面上方的介质的界面处，并且所述相干电子振荡沿着金属层传 播。如果附着的受体分子已结合至涂覆的目标分子，则等离子改变。在物理方面，相对于在 受体分子与目标分子之间出现的结合事件特征地改变的是传播的表面等离子的共振频率。 入射光的反射部分通过测量在提供表示在受体分子与目标分子之间发生结合事件的信号 的角吸收光谱中的变化来被光谱地分析。
[0006] 与上述SPR装置相关的缺点是对目标分子可能非特异性地结合至其的金属层的 需求。另一缺点是，灵敏度受在等离子的传播路径上积累的折射率的变化限制。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种用于结合部位与目标分子之间的结合亲和力的检测的 装置，所述装置克服或至少大大地减少与现有技术的装置相关的缺点。
[0008] 根据本发明，该目的通过用于结合亲和力的检测的装置来实现。装置包括没有波 导的基板，基板包括在其上布置有能够与目标分子结合的多个结合部位的平面表面。结合 部位沿着彼此隔开一定距离的多根相邻布置的曲线布置在平面表面上，以在操作中相对于 多根相邻布置的曲线，预定波长的相干光产生在预定的束生成位置处并入射在结合部位 上，以在以在带有结合的目标分子的结合部位处衍射，使得相对于多根相邻布置的曲线，入 射相干光束的衍射部分在预定的检测位置处干涉，并且在光学路径长度上的差值是相干光 的预定波长的整数倍，以在检测位置处提供代表结合部位与目标分子的结合亲和力的信 号。装置还包括被布置成防止入射相干光束的非衍射部分传播到预定检测位置的光束阻 挡。
[0009] 为了结合亲和力的检测，结合部位沿着多根曲线布置，并且目标分子被涂覆至结 合部位。通常，"结合部位"是在目标分子可结合至直（或者在结合亲和力的情况下结合至 其）的平面表面上的位置。由于能相对于平面表面上的任何合适类型的结合部位分析目标 分子，所以根据本发明的结合亲和力的检测既不限于任何特定类型的目标分子，也不限于 任何类型的结合部位，而是限于分子、蛋白质、DNA等的结合特性。术语入射束的衍射"部 分"指的事实是，其不是被衍射的整个入射相干光束，使得入射束的一部分（事实上入射束 的主要部分）继续在入射束的方向中传播。预定波长的入射相干光束产生于预定的束生成 位置，并且可由激光光源产生。其传播以撞击曲线，使得其一部分衍射并朝着预定的检测位 置传播。入射相干光束的衍射部分在预定的检测位置（例如，光学CCD或CMOS检测器的感 测表面）处干涉，以在预定的检测位置处提供最大信号。将在预定检测位置处的信号与例 如可以是仅在结合部位（无结合至其的目标分子）处被衍射的光的信号的参考信号相比较 或者与另一（已知）参考信号相比较。替代性地，能进行时间敏感测量，以测量代表结合亲 和力的信号，所述信号将与代表结合亲和力的较早测量的信号相比较。如果非衍射部分被 完全屏蔽掉或者如果非衍射部分的强度大大降低，则防止入射相干光束的非衍射部分传播 到预定检测位置。该降低需要使得在预定检测位置处的信号不会被相干光的非衍射部分不 利地影响，使得信号的解释是可能的。技术上，术语"非衍射部分"可被解释成包括入射相 干光束的与衍射部分不同的所有部分。尤其地，非衍射部分可包括反射部分（在基板内或 外的表面处被反射）、折射部分（在基板与周围介质之间的界面处被折射）或入射束的直接 传播至预定检测位置的部分（部份）。
[0010] 由于衍射光与非衍射光、例如在基板处被反射或折射的光的强度相比较具有低的 强度，因此需要通过光束阻挡防止入射光束的非衍射部分到预定检测位置的传播。有利地， 来自结合至沿着这些线布置的结合部位的目标分子的检测的强度信号与来自非特异性结 合（随机布置和未沿着曲线布置）的目标分子相比较随着结合的目标分子的数量的平方增 大，因为检测的强度信号仅随着非特异性结合的目标分子的数量线性地增大。原理上，这使 得不用（或者至少减少需要）在来自目标分子到平面表面上的结合部位的特定结合的信号 的检测之前从平面表面洗掉任何非特异性结合的目标分子。
[0011] 只要对于不同部分满足在预定的检测位置处的光学路径长度的差是预定波长的 整数倍的状况，来自相同线上的不同位置以及来自不同线上的位置的衍射部分就有助于在 预定的检测位置处的最大信号。这能通过布置成相栅的线实现，所述相栅形成以衍射方式 将衍射部分聚焦于预定的检测位置的衍射透镜，使得衍射部分在焦点位置（预定的检测位 置）处即通过彼此具有梯度距离的曲线干涉。在预定的检测位置处的信号的强度尤其地随 着线的数量增大（假定沿着曲线有恒定的衍射中心（分子）的密度（每表面面积的数量））， 在线处，入射相干光束的一部分被结合至结合部位的目标分子衍射。相邻线之间的距离在 特定的示例中从260nm到680nmm改变并变动。在本发明的意义内的线是在布置结合部位 的平面表面处限定位置的理想线。只要衍射中心（分子）的布置离理想线的偏差（尤其地 随机偏差）、即衍射中心离理想线的距离的变化的大部分小于相邻线之间的距离的四分之 一，这样的偏差就不会使在预定的检测位置处的信号劣化。光学路径长度是相干光的预定 波长分别与相干光传播通过的材料、例如空气、样品溶液1.33)或液体浸渍（nss ~ns；R)或基板1.521)的折射率的乘积。在最好的情况下，衍射部分在具有艾里 斑（即，带有圆形孔隙的"理想"透镜产生的由光的衍射限制的聚焦光斑）的空间分布强度 轮廓的预定检测位置处干涉，该艾里斑具有由阿贝公式D=λ/2ΝΑ给定的直径，其中，D是 被曲线覆盖的（圆形）区域的直径，并且ΝΑ是技术上与显微镜的孔隙类似地限定的数值孔 隙。
[0012] 优选地，基板包括对预定波长的相干光可透射的材料，以便允许入射相干光束和 相干光的衍射部分传播通过基板。这允许装置的有利使用，其中，入射光束通过基板被引导 至曲线，并且由此再次通过基板被衍射至预定的检测位置。在特定的示例中，整个基板由可 透射材料制成。
[0013] 有利地，光束阻挡包括非透射部分，所述非透射部分以防止入射相干光束的非衍 射部分（例如，折射部分）传播到预定的检测位置的方式布置在基板上或基板内。非透射部 分能够是基板的由吸光材料制成的部分，或者能够是布置在基板中或基板上的单独元件。
[0014] 根据一个方面，光束阻挡包括布置在基板的平面表面处的防反射部分。这允许防 止入射相干光束的非衍射部