使用多层衬底结构的发光传感器的制作方法

专利名称：使用多层衬底结构的发光传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如发光生物传感器或发光化学传感器等的发光传 感器，其包括例如多层线栅的多层衬底结构，并且在例如线栅的所述 多层衬底结构的特定位置处提供结合位置。本发明还涉及一种用于制 造这样的发光传感器的方法。根据本发明的发光传感器显示出高灵敏 性。
背景技术：
传感器广泛应用于测量物理属性或物理事件。例如，传感器输出 如电信号、光信号或声信号的测量的功能读数，并且可输出数字信号。 这样的信号是可通过其它装置转换成有用信息的数据。传感器的一个 特别的例子是生物传感器。生物传感器是检测目标实体的存在(即定 性的)或者测量一定量(即定量的)的目标实体的装置，所述目标实 体是例如血液、血清、血浆、唾液等的流体内的例如分子、蛋白质、病毒、细菌、原生动物、细胞成分、细胞膜、孢子、例如DNA、 RNA 等的核苷酸，但不限于这些。该目标分子也被称为"分析物"。在几 乎所有情况下，生物传感器使用包括用于捕获分析物的特定识别元素 的表面。因此，可通过将特定分子附着于传感器装置的表面而改良传 感器装置的表面，该特定分子适合于结合存在于该流体内的目标分 子。对于分析物和特定分子的最佳结合效率而言，大表面面积和短扩 散长度是非常有利的。因此，人们曾提议用微米或纳米多孔衬底(膜) 作为结合大面积和快速结合动力学的生物传感器衬底。特别地，当分 析物浓度低(例如低于lnM，或者低于lpM)时，扩散动力学对生物 传感器化验的总性能起着重要作用。通过荧光可检测结合分析物的数量。在此情况下，该分析物自身可带有荧光标记，或者可利用经荧光标记的第二识别元素进行另外的培养(incubatiorO。例如散射、发光体变白(bleaching)、衬底的本底荧光和激发光 的不完全去除等几种因素可阻碍结合分析物的量的检测。而且，为了 能够辨别结合标记和溶液内的标记，需要执行一个(或多个)清洗步 骤以去除未结合的标记。在操作在流体内的具有亚波长空间分辨率的发光传感器内，光在 亚波长孔口或缝隙上反射，因为这些孔口或缝隙小到光无法检测。这 在孔口或缝隙内产生隐失场，该隐失场用于激发存在于该处的发光 体。用来自传感器的第一侧的激发辐射照射发光传感器。所产生的冷 光可从在相对于第一侧即相对于该传感器被照射的侧的一侧的传感 器的孔口或缝隙发出，并在该处检测冷光，以这种方式分离激发辐射 和发光辐射。该(反射)效应还抑制了在孔口或缝隙的激发侧上产生 的本底发光。然而，包括缝隙或孔口的发光传感器可能具有确定发光体应当优 选与表面结合的特定位置的问题。换句话说，难以在激发和检测的结 合效率最高的位置处定位或提供优选的结合位置，因此难以获得高灵 敏度。发明内容本发明的目的是提供一种具有光输出的例如发光生物传感器或 发光化学传感器的改良的发光传感器，以及一种用于制造这样的发光 传感器的方法。本发明的优点是具有高灵敏性的发光传感器。通过根据本发明的方法和装置实现上述目的。在所附的独立权利要求和从属权利要求中说明了本发明的特定 的和优选的方面。可将从属权利要求的特征与独立权利要求的特征结 合，并且与其它的从属权利要求的合适的而不仅仅是该权利要求内明确陈述的特征结合。本发明提供一种发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传 感器，其包括具有诸如孔、针孔、间隙、缝隙或者其它形成在衬底内的开口等的小孔的第一多孔多层衬底结构，在该发光传感器中多层衬 底结构包括至少一个由第一材料所形成的第一层和至少一个由第二 材料所形成的第二层，其中第一材料对存在于孔口内的发光体显示出 第一结合力，而第二材料对存在于孔口内的发光体(例如荧光团)显 示出第二结合力，第一结合力高于第二结合力。根据本发明的传感器的优点是在激发和检测的结合效率是最高 的位置处提供优选结合位置，从而显示高效率。可优选在照射传感器的且被设置在传感器的第一侧的激发辐射 源的最近处设置例如荧光团的发光体，因为激发效率在该位置处是最 高的。在根据本发明的优选实施例中，可在相对于第一侧的传感器的 第二侧处执行对发光辐射的检测。然而，在其它优先性较低的实施例 中，还可在该传感器的相同的第一侧执行对发光辐射的检测。根据本发明的一个实施例，多层衬底结构可包括缝隙以及一个第 一层和一个第二层。在本发明的其它实施例中，多层衬底结构可包括针孔以及一个第 一层和一个第二层。根据本发明的实施例，第一层可设置在第二层之上，并且可使其 最接近传感器的设有用于照射传感器的激发辐射源的一侧。根据本发明的一个实施例，多层衬底结构可包括另外的第二层， 其中第一层夹在第二层和另外的第二层之间。另外的第二层可由对发 光体显示出比第一层的材料低的结合力的材料形成。在本发明的实施例中，传感器可进一步包括第二衬底结构，该第 二衬底结构由对例如荧光团的发光体显示出低于第一层的第一结合 力的结合力的材料形成，并且其被设置在第一多层衬底结构的顶上。 优选地，第二衬底结构的材料对例如荧光团的发光体可能基本不显示 结合力。根据本发明的一个实施例，第一多层衬底结构可位于第一平面 内，并且可具有第一方向上的缝隙，而第二衬底结构可位于第二平面 内，并且可具有第二方向上的缝隙。第一平面可基本平行于第二平面， 并且第一方向可基本垂直于第二方向。根据本发明的实施例，发光传感器可以是发光生物传感器或者发 光化学传感器。更具体地说，发光传感器可以是荧光传感器，例如荧 光生物传感器。在根据本发明的实施例中，存在于传感器的多层衬底结构内的孔 口可具有亚波长尺寸。根据本发明的实施例的发光传感器可进一步包括用于照射传感 器的激发辐射源和用于检测所产生的冷光辐射的检测器，其中所述激 发辐射源被设置在传感器的第一侧上，而所述检测器被设置在传感器 的第二侧上，第一侧和第二侧彼此相反。该设置可用于执行透射测量。 或者，可将激发辐射源和检测器设置在传感器的相同侧上。该设置可 用于执行反射测量。根据本发明的进一步的实施例，在上述实施例中描述的多层衬底 结构可进一步包括具有化学成分的至少一层，使得当发光传感器与待 检测的流体接触时，在发光传感器和与传感器接触的流体之间不发生 反应。本发明进一步提供一种用于制造例如发光生物传感器或发光化 学传感器的发光传感器的方法，该传感器用于检测例如荧光团的发光 体，其包括第一多层衬底结构。该方法包括- 提供由对发光体具有第一结合力的第一材料形成的至少一个第 一层，_ 在该至少一个第一层上提供由对发光体具有第二结合力的第二 材料形成的至少一个第二层，第二结合力小于第一结合力，并且- 通过该至少一个第一层和该至少一个第二层提供至少一个孔口 。 根据本发明的方法导出发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器，该传感器在激发和检测的结合效率为最高的位置处提供 优选结合位置，从而显示出高效率。根据本发明的实施例，提供至少一个第一层并提供至少一个第二 层的过程可包括提供第一层和两个第二层，使得第一层被夹在这两个 第二层之间。第一多层衬底结构可包括位于第一平面内的并且在第一方向上的缝隙。根据本发明的实施例，该方法可进一步包括在第一多层衬底 结构之上提供位于第二平面内并且具有在第二方向上的缝隙的第二 衬底结构，因此第一平面基本平行于第二平面，并且第一方向基本垂 直于第二方向。


结合通过举例的方式说明本发明的原理的附图，由以下详细说 明，本发明的上述以及其它特性、特征和优点将会更加明显。该说明 仅仅为了举例而给出，其不限制本发明的范围。以下引用的参考图指 的是附图。图1说明根据本发明的实施例的发光传感器的基本原理，其用于 透射测量；图2是根据本发明的第一实施例的发光传感器的示意性透视图； 图3说明激发辐射和冷光辐射的检测的结合效应； 图4说明根据本发明的第二实施例的发光传感器的第一实施方 式的基本原理；图5说明根据本发明的第二实施例的发光传感器的第二实施方 式的基本原理；图6是根据本发明的第一实施例的发光传感器的示意性透视图； 图7说明根据本发明的实施例的发光传感器的基本原理，其用于 反射测量。在不同附图中，相同的参考标记指示相同或类似的元件。
具体实施方式
以下将就特定实施例并参考特定附图对本发明进行描述，但本发 明不限于此，而仅由权利要求限制。权利要求中的任何参考标记都不 应解释为限制范围。所描述的附图仅仅是示意性的，而非限定性的。 在附图中，为了说明的目的，某些元件的尺寸可能被放大，并且未按 照比例绘制。其中用于本发明的说明书和权力要求的词语"包括"不 排除其它元件或步骤。其中当涉及单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如"一"或"该"，如果不特别说明，这包括该名词的复数。此外，在说明书和权利要求中的词语第一、第二、第三等用于区 分相似元件，而对于说明顺序或时序不是必需的。需要理解的是，所 使用的词语在适当情况下是可互换的，并且本发明中所描述的实施例 能够以不同于在本发明中所描述或说明的顺序操作。而且，说明书和权利要求中的词语上、下、上方、下方等用于描 述性目的，而对于描述相对位置不是必需的。需要理解的是，所使用 的词语在适当情况下是可互换的，并且这里所描述的本发明的实施例 能够以不同于这里所描述或说明的方向操作。本发明提供具有多孔多层衬底结构的例如发光生物传感器或发 光化学传感器的发光传感器，以及用于制造这样的发光传感器的方 法。下面将参考具有包括缝隙结构从而形成多孔衬底的衬底的实施例 进行讨论。然而，需要理解的是，本发明不限于此，其也可用于孔口 结构的情况，例如在衬底内形成的孔、针孔、间隙或其它开口。衬底 材料的主要要求是其对于激发辐射是非透过性的，即在孔口或缝隙之 间的材料对于激发辐射是非透过性的。根据本发明的传感器装置包括至少一个待填充介质的孔口或缝隙。不需要将该传感器浸入介质；还 可例如在该传感器上喷射介质或者将介质喷入至少一个孔口或缝隙， 或者可用该介质以任何其它合适的方式填充该孔口或缝隙，例如在液 态介质的情况下使用微量吸液管。填充缝隙的介质可以是液体或气 体，但也可是包括至少一个待检测的发光体颗粒的真空。根据本发明的例如发光生物传感器或发光化学传感器的发光传 感器包括多层衬底结构2，该衬底结构包括对例如荧光团的发光体的 结合特性不同的至少两种不同类型的材料。根据本发明，不同类型的 材料还包括同一材料的两个表面，这两个表面已经过不同的表面处 理，从而产生不同的材料或者至少是具有至少就对发光体的结合力来 说的不同性质的材料。对发光体的结合力的意思是材料结合发光体的 能力，换句话说就是，材料对于发光体的结合亲和力或者结合概率。 这些材料应当为如此， 一个材料对发光体具有第一结合力，另一个材 料对发光体具有第二结合力，第一结合力高于第二结合力。例如，如果结合到第一材料的例如荧光团的发光体的数量是结合到第二材料 的例如荧光团的发光体的数量的十倍，这可以将发光传感器的灵敏度 提高一个数量级。如果在两个材料上的结合的例如荧光团的发光体的 数量之差较大，可进一步提高灵敏度。因此，即使在第一和第二材料之间具有较小的结合力之差，例如因子(factor) 10，也可充分提高发 光传感器的灵敏度。优选地，第一和第二材料之间的结合力之差可尽 可能地高。进一步优选地，第一材料对发光体显示出高结合力，而第 二材料对发光体基本不显示绵合力。通过使用根据本发明的这些实施例的多孔多层衬底结构2，能够 实现在多孔多层衬底结构(例如线栅)内的特定深度处结合例如荧光 团的发光体。在整个说明书中，由线栅表示的一个例子是包括缝隙的 衬底。相对于现有技术中的发光传感器，根据本发明的这些实施例的 发光传感器的灵敏度增大。在衬底材料内存在孔口结构，该孔口结构包括例如至少一个缝隙 的至少一个孔口，例如至少一个孔、间隙或任何其它种类的开口。该 至少一个孔口可具有任意适合的形状，例如正方形、圆形、椭圆形、 矩形、多边形等。而且，孔口可二维或三维延伸。因此，当在进一步 的说明中讨论孔口的尺寸时，将考虑孔口的最小尺寸。衬底可包括一 组例如孔的孔口。该组孔口可以是周期性排列的例如孔的孔口，也就 是说，相邻的孔口的中心之间的距离可相同。然而，不一定非要这样。 相邻的孔口之间的距离也可不同，从而形成非周期性排列。图1中的横截面内示出根据本发明的发光传感器的一个方面。激 发束1照射多孔多层衬底结构2。根据本发明的实施例，多孔多层衬 底结构2至少包括不同材料的第一和第二层第一层包括对发光体具 有第一结合力的第一材料，第二层包括对发光体具有第二结合力的第 二材料。第一结合力可高于第二结合力，反之亦然。根据本发明，多孔多层衬底结构2包括孔口，在该孔口内存在例 如荧光团的发光体并且发光体结合到表面，其主要结合到对例如荧光 团的发光体显示出较高的结合力的层。该孔口可包括其上可结合例如 荧光团的发光体的内表面壁。内表面壁，尤其是对例如荧光团的发光体显示出较高结合力的第一材料的内表面壁，可以包括可识别一个或 多个还被称为分析物的所关心的目标的表面固定配位体。这提高例如 生物传感器或化学传感器的传感器的灵敏度。在必须检测不只一个分 析物的情况下，该传感器可包括一组不同的配位体。适合的配位体的例子可以是蛋白质、抗体、适配体(aptamer)、肽、寡核苷酸、糖、 凝集素等。例如通过合适的表面化学反应，可使配位体固定于有至少 一个孔口的内表面壁，特别是对发光体显示出高结合力的第一材料的 有至少一个孔口的内表面壁。表面化学反应的选取仅仅依赖于内表面 壁的化学成分。在用激发束1照射时，孔口内的例如荧光团的发光体发射冷光辐 射3，例如荧光辐射，其离开孔口并且可通过检测器4来收集。根据 本发明的实施例，检测器4可以是例如电荷耦合装置(CCD)或者互 补金属氧化物半导体(CMOS)检测器。或者，可使用扫描方法，其中 仅获得小的成像图。光电二极管以这种方式收集光一定时间，从而可 获得最佳的信噪比。这可以充分增大传感器的灵敏度。当孔口结构的尺寸小于入射辐射即激发辐射的波长的一半时，该 孔口结构几乎不透过任何光。总之，为了不让辐射进入孔口，需要隐 失波，该隐失波是具有超过衍射极限的空间频率的波。这意味着对于 填充孔口的介质(即例如其内浸没传感器的介质)的给定波长X和折 射率n，孔口的最小尺寸应当小于V (2n)。因此，如果使用包括宽 度小于浸液内的衍射极限的孔口的孔口结构，则隐失场能够透入该孔 □。优选地，但不限于此，孔口可具有亚波长尺寸，即多层衬底结构 2内的孔口可具有小于激发辐射1的波长的尺寸，优选小于填充孔口 的介质内的激发辐射的波长的50%，用以获得隐失波激发，进一步优 选小于填充孔口的介质内的波长的40%，最优为20%。填充孔口的介 质指的是必须研究或者必须在其中检测目标分子的流体。该介质可以 是例如气体或液体的流体。在根据本发明的实施例中，可通过将发光 传感器浸入流体或者通过用例如吸液管将流体应用于孔口而将该流 体应用于孔口。使用具有在上述实施例中所描述的亚波长的宽度或最小尺寸的 孔口的多孔衬底的生物传感器中可能产生的问题是，孔口内产生的冷 光例如荧光辐射在能够离开孔口之前，可能被强烈地抑制。图1示出一个例子，其中从传感器的第一侧执行对发光传感器的 照射，从传感器的第二侧执行对发光辐射的检测，第一和第二侧彼此相反。然而，需要理解的是，这只是一个例子，如图7所示，还可在 传感器的相同侧用激发辐射照射传感器和检测来自传感器的冷光辐 射。在根据本发明的第一实施例中，将多孔多层衬底结构概念应用到 包括缝隙5的例如发光生物传感器或发光化学传感器的发光传感器。 图2示出根据本发明的第一实施例的发光传感器的具有缝隙5从而形 成线栅的这种多孔多层衬底结构2的一部分。所示的多孔多层衬底结 构2包括第一层2a和第二层2b，该第一层2a包括对例如荧光团的 发光体具有第一结合力的第一材料，而该第二层包括对例如荧光团的 发光体具有第二结合力的第二材料，第二结合力低于第一结合力。如 下形成该多层衬底结构2。首先，提供由对例如荧光团的发光体具有 第一结合力的第一材料所形成的第一层2a。然后，在该第一层上形 成第二层2b，该第二层由对例如荧光团的发光体具有第二结合力的 第二材料所形成。这可通过本领域的技术人员公知的任何合适的沉积 技术实施。根据本发明，第一结合力高于第二结合力，反之亦然。优 选地，第一和第二层之间的结合力之差应当至少为因子10，进一步 优选地，第一和第二层之间的结合力之差尽可能高。最优选地，第一 材料对例如荧光团的发光体显示出高结合力，而第二材料对例如荧光 团的发光体基本不显示结合力，反之亦然。在下一个步骤中，可穿过 多层衬底结构2即穿过第一层2a和第二层2b提供至少一个缝隙5。 这可通过本领域的技术人员公知的任何合适的传统技术来实施，例如 蚀刻。在该实施例中，假设激发束l (在图2中未示出，但在图l中示 出)来自多孔多层衬底结构2的上方。在这种情况下，例如荧光团的 发光体的优选结合位置在发生激发辐射1的多孔多层衬底结构2的那一侧上，那么在所给例子中，是在多孔多层衬底结构2的顶部上，设 置在该处的材料对例如荧光团的发光体具有最高的结合力。然而，如 果、激发束1来自多孔多层衬底结构2的下方，对例如荧光团的发光体 具有第一、较高的结合力的第一层2a优选设置在对例如荧光团的发 光体具有第二、较低的结合力的第二层2b的下方，即与图2所示的 结构相反。如前所述，在图2中给出的例子中，第一层2a可包括对例如荧 光团的发光体具有第一、较高的结合力的材料。则第二层2b可包括 对例如荧光团的发光体具有第二、较低的结合力的材料。因此，例如 荧光团的发光体优选结合到多层结构2的上半部，即结合到包括对例 如荧光团的发光体显示出较高的结合力的材料的第一层2a。在图2中所给出的用于透射测量的例子中，从顶部照射缝隙5， 而检测器在多层衬底结构2的底部收集冷光辐射，例如荧光辐射。由 于缝隙5抑制激发辐射，所以最高激发强度在缝隙5的顶部。然而， 在冷光辐射达到设置有检测器的缝隙5的底部之前，在缝隙5的顶部 产生的冷光辐射基本上被抑制。图3示出如图1和2所示的线栅传感器的激发效率和冷光检测效 率的结合效应，其中从顶部照射该传感器，而检测器在多层衬底结构 2的底部收集冷光辐射，例如荧光辐射。从图3中可以看出，激发效 率(由参考标记6所表示的曲线图)在缝隙5的入口处(x轴的左边) 是最高的。此外，可看出，冷光检测效率(由参考标记7所表示的曲 线图)总是高于50%，并且在缝隙5的出口处(x轴的右边)最高。 通过使激发效率(曲线6)的效应和冷光检测效率(曲线7)相乘可 以找到例如荧光团的发光体优选结合的位置，这由结合的效率曲线 (在图3中由参考标记8所表示)示出。结合的效率曲线8稍微偏低， 但其与激发效率曲线6相似。因此，激发和冷光检测的结合效率给出关于例如荧光团的发光体 是否被有效激发的信息，以及所产生的冷光是否能有效达到检测器的 问题。由于该效应，在缝隙5中将具有结合的效率是最高的位置，从 而例如荧光团的发光体应当优选结合在这些位置处。在所给出的例子中，因在缝隙5的入口处结合效率是最高的，所以例如荧光团的发光 体优选结合到该位置。因此，在图2中给出的例子中，检测冷光辐射 的效率在缝隙5的入口处是最高的，从而其离激发辐射源最近。在根据本发明的第二实施例中，对传感器例如生物传感器应用多 层衬底结构方案，该传感器包括例如针孔的孔口 9代替本发明的第一 实施例中所述的缝隙5。对于包括例如针孔的孔口 9的发光传感器例 如发光生物传感器而言，例如荧光团的发光体的优选结合位置依赖于 激发辐射1的抑制和冷光辐射3例如荧光辐射的抑制之间的平衡。因 此，难以确定例如荧光团的发光体的优选结合位置的位置，但一般， 多层结构2可为如此，结合材料在孔口 9的顶部从而在激发辐射的一 侧(见图4)或者其在中间的某处(见图5)。如果那样，多层结构2 可例如包括三层例如对例如荧光团的发光体具有第一结合力的材料 层2a，该层2a被夹入对例如荧光团的发光体具有第二结合力的两个 材料层2b之间，第二结合力低于第一结合力。根据本发明的实施例， 如图5中所给出的例子中的情况，两个层2b可具有相同厚度。然而， 根据本发明的其它实施例，这两个层2b可具有不同厚度。可以以与对于根据第一实施例的多层结构2所描述的相似方式 形成根据第二实施例的多层衬底结构2。对于在图4中所示的多层衬 底结构2而言，与第一实施例中所描述的方法的差别在于必须穿过多 层结构2提供针孔9而不是缝隙5。对于在图5中所示的多层衬底结 构2而言，第一层2a设有对例如荧光团的发光体显示出第一结合力 的第一材料。然后，在第一层2a的第一侧和相对于第一侧的第二侧 上提供第二材料的第二层2b，该第二材料对例如荧光团的发光体显 示出第二结合力，其中第二结合力小于第一结合力。在下一步中，穿 过第一层2a和第二层2b提供针孔9。在本发明的第三实施例中，如根据本发明的第一实施例中所述的 多层线栅2用作衬底以形成双线栅传感器。线栅指的是其中具有缝隙 5的衬底。在该实施例中，发光传感器可包括底部线栅2和顶部线栅 10。底部线栅2可包括至少第一层2a和第二层2b。在图6中所示的 例子中，底部线栅2的上部，即在例子中所给出的第一层2a，可包括对例如荧光团的发光体显示出高结合力的第一材料，而第二层2b 可包括对例如荧光团的发光体基本不显示结合力的第二材料。在底部 线栅2之上提供顶部线栅10，其由对例如荧光团的发光体基本不显 示结合力的材料形成。形成顶部线栅10的材料可与第二层2b的材料 相同。然而，在根据本发明的其它实施例中，形成顶部线栅10的材 料也可以是对例如荧光团的发光体基本不显示结合力的其它材料。可 设置顶部线栅IO，使得顶部线栅的缝隙5位于一平面中，该平面基 本平行于其中设置了底部线栅2的缝隙5的平面，同时顶部线栅的缝 隙5的方基本上垂直于底部线栅2的缝隙5的方向。可以以如在第一实施例中所描述的相同方式形成根据第三实施 例的传感器的多层结构2。然而，在该实施例中，可进一步在多层衬 底结构2之上提供顶部线栅10。这可通过用任何合适技术提供用于 在多层衬底结构2上形成顶部线栅10的适合的材料层，并且通过随 后在该层中提供缝隙5从而形成顶部线栅10来实现。在上述实施例中，假设以透射模式执行检测。这意味着从传感器 的第一侧用例如激发光的激发辐射照射传感器，并且在与第一侧相反 的第二侧上检测例如荧光辐射的冷光辐射。然而，根据本发明的其它的次优选的实施例，本发明还应用于以 反射模式检测。这意味着也可以从传感器的第一侧用例如激发光的激 发辐射照射根据本发明的传感器的多层结构2，并且可在该传感器的 相同的第一侧上执行对例如荧光辐射的冷光辐射的检测。这在图7中 示出。相对于以透射模式检测，以反射模式检测的优点在于因例如激发 辐射的冷光辐射3无需完全穿过缝隙5或孔口 6，所以将有更多的例 如激发辐射的冷光辐射3能够达到检测器4。与以透射模式检测相似， 例如荧光团的发光体的优选结合位置可在多层结构2的顶部，即缝隙 5或孔口6的入口处。这也能从图3看出。如图3所示，反射模式的 多层传感器的结合效率的效应与透射模式的多层传感器的效应相似。然而，反射模式的缺点和相比之下透射模式更为优选的原因在于 激发辐射1和冷光辐射3未被分离，而在亚波长缝隙5或孔口 6的情况下，当以透射模式执行检测时激发辐射1和冷光辐射3被分离。因 此，当以反射模式执行检测时，可能需要滤波器，例如干涉滤波器。根据本发明的实施例，可以以各种方法获得形成多层衬底结构2 的第一层2a和第二层2b所必需的结合和非结合材料。例如对于带有负电荷的DNA而言，如果该材料具有正电荷，那么 该电荷将在DNA上产生将DNA引向该材料的力，增加了分子结合到该 材料表面的几率。因此，将获得优选结合，从而可用于形成对例如荧 光团的发光体显示出较高结合力的层2a。同样，如果该材料具有负 电荷，那么该电荷将在DNA上产生远离该材料的力，从而DNA将不易 于结合到该材料。因此，带有负电荷的材料可抑制DNA和材料的结合， 从而该材料可用于形成对例如荧光团的发光体显示出较低结合力的 层2b。除了使用材料的"天然"电荷，还可用电压给材料充电。为了达 到该目的，可在包括第一材料的结合层或第一层和包括第二材料的非 结合层或第二层之间插入材料的导电层。这使得第一材料或结合材料 上带正电荷，第二材料或非结合材料上带负电荷。因此，合适的材料 应当是导电的，此处可使用的材料的范例是半导体或金属。还可通过化学反应实现优选结合。例如，有些材料容易被氧化， 而其它材料几乎不能氧化。该效应可用于实现对这些材料中的一个的 优选结合。"Diagnostic Biosensor Polymers" ， Ed. A. M. Asmani and N. Akmal， American Chemical Society, 1994中描述了用于结合几种生 物分子的合适材料。根据本发明的另一个实施例，如上述实施例中所描述的多层衬底 结构2可包括具有化学成分的至少一层，使得当发光传感器与待检测 的流体接触时，在发光传感器和该传感器接触到的流体之间不发生反 应。优选地，该多层衬底结构2可包括如上述实施例中所描述的至少 一个第一层2a和至少一个第二层2b，并且在该多层结构2之上，至 少一层可设有化学结构，使得在该至少一层和提供给传感器的流体之间不发生反应。在其它实施例中，多层衬底结构2可包括如上述实施例中所描述 的至少一个第一层2a和至少一个第二层2b，并且该至少一个第一层 2a中处于提供有待检测的流体的传感器的那一侧上的一个可具有化 学结构，使得在该层和所提供的流体之间基本不发生反应。需要理解的是，尽管这里对于根据本发明的装置己经讨论了优选 实施例、具体结构和构造以及材料，但是可以作出各种形式上和细节 上的改变或改进，而不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1、一种发光传感器，所述传感器包括具有孔口(5，9)的第一多孔多层衬底结构(2)，所述多层衬底结构(2)包括至少一个由第一材料形成的第一层(2a)和至少一个由第二材料形成的第二层(2b)，其中所述第一材料对存在于所述孔口(5，9)内的发光体显示出第一结合力，而所述第二材料对存在于所述孔口(5，9)内的发光体显示出第二结合力，所述第二结合力小于所述第一结合力。
2、 根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述多层衬底结构 (2)包括缝隙(5)以及一个第一层(2a)和一个第二层(2b)。
3、 根据权利要求2所述的发光传感器，其中所述第一层(2a) 设置在所述第二层(2b)之上，其最接近所述传感器的设有用于照射 所述传感器的激发辐射源的一侧。
4、 根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述多层衬底结构 (2)包括针孔(9)以及一个第一层(2a)和一个第二层(2b)。
5、 根据权利要求4所述的发光传感器，其中所述第一层(2a) 设置在所述第二层(2b)之上，其最接近所述传感器的设有用于照射 所述传感器的激发辐射源的一侧。
6、 根据权利要求4所述的发光传感器，其中所述多层衬底结构 (2)包括另一个第二层(2b)，其中所述第一层(2a)夹在所述第二层(2b)和所述另一个第二层(2b)之间。 '
7、 根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述传感器进一步 包括第二衬底结构(10)，所述第二衬底结构(10)由对发光体基本 不显示结合力的材料形成，所述第二多层衬底结构(10)设置在所述第一多层衬底结构(2)之上。
8、 根据权利要求7所述的发光传感器，所述第一多层衬底结构 (2)位于第一平面内，并且具有第一方向上的缝隙(5)，而所述第二衬底结构(10)位于第二平面内，并且具有第二方向上的缝隙(5)， 其中所述第一平面基本平行于所述第二平面，并且其中所述第一方向 基本垂直于所述第二方向。
9、 根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述孔口 (5， 9) 具有亚波长尺寸。
10、 根据权利要求1所述的发光传感器，所述传感器进一步包括 用于照射所述传感器的激发辐射源和用于检测冷光辐射的检测器(4)，其中所述激发辐射源设置在所述传感器的第一侧，而所述检测 器(4)设置在所述传感器的第二侧，所述第一侧和所述第二侧彼此 相反。
11、 根据权利要求1所述的发光传感器，所述传感器进一步包括 用于照射所述传感器的激发辐射源和用于检测冷光辐射的检测器(4)，其中所述激发辐射源和所述检测器(4)设置在所述传感器的 同一侧。
12、 根据权利要求1所述的发光传感器，包括具有化学成分的至 少一层，使得当所述发光传感器与待检测的流体接触时，在所述发光 传感器和所述传感器接触到的所述流体之间不发生反应。
13、 一种用于制造用于检测发光体的发光传感器的方法，所述传 感器包括第一多层衬底结构(2)，所述方法包括-- 提供由第一材料形成的至少一个第一层(2a)，所述第一材料对 发光体显示出第一结合力，- 在所述至少一个第一层(2a)上提供由第二材料形成的至少一个 第二层(2b)，所述第二材料对发光体显示出低于所述第一结合力的 第二结合力，以及- 穿过所述至少一个第一层(2a)和所述至少一个第二层(2b)提 供至少一个孔口 (5， 9)。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中提供至少一个第一层(2a) 和提供至少一个第二层(2b)包括提供第一层(2a)和两个第二层(2b)， 使得所述第一层(2a)夹在所述两个第二层(2b)之间。
15、 根据权利要求13所述的方法，所述第一多层衬底结构(2) 包括位于第一平面内并且在第一方向上的缝隙(5)，其中所述方法还 包括在所述第一多层衬底结构(2)之上提供第二衬底结构(10)，所 述第二衬底结构位于第二平面内并且具有第二方向上的缝隙(5)，使 得所述第一平面基本平行于所述第二平面，并且所述第一方向基本垂 直于所述第二方向。
16、 根据权利要求1所述的发光传感器，其中所述传感器是发光 生物传感器。
17、 根据权利要求16所述的发光传感器，其中所述发光生物传 感器是荧光生物传感器。
全文摘要
本发明提供一种包括多层结构的例如发光生物传感器的发光传感器(2)。该多层结构至少包括由第一材料形成的第一层(2a)和由第二材料形成的第二层(2b)。第一材料对发光体具有第一结合力，而第二材料对发光体具有第二结合力，第一结合力不同于第二结合力。因为在激发和检测的结合效率是最高的位置处提供发光体的优选结合位置，所以根据本发明的发光传感器(2)显示出高灵敏度。
文档编号G01J1/58GK101223425SQ200680026194
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月18日
发明者D·J·W·克隆德, M·M·J·W·范赫佩恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司