专利名称：采用分析物识别元件的基于射频传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器，更具体来说，涉及基于射频的化学、物理或生物传感器。
背景技术：
按常规，射频标识(RFID)标签用于资产跟踪。例如，RFID标签可用于跟踪从某个位置移开对象以及在该位置更换对象。已经将RFID标签与生物读取器组合。这种RFID电路将某些功能块用于处理生物统计信号和RFID信号。RFID标签能够具有唯一编号，并且能够用于读取这些标识号和与附着该标签的物品相关的信息。RFID标签还用于检测集装箱和行李的未经授权开启。RFID标签能够包含在各种物品中，例如邮票和其它邮寄标志、衣服以及许多其它物品。RFID系统近来已经应用于无线感测应用，例如基于RFID的温度传感器。RFID标签的这些和其它性质能够用于形成能够检测化学、生物和物理物种的传感
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发明内容
在一个实施例中，提供一种基于射频传感器。该传感器包括具有基片(substrate) 的射频标识标签，其中射频标识标签生成关联电磁场。该传感器还包括与基片操作关联的分析物识别元件(element)，其中分析物识别元件能够结合(bind)到目标分析物；以及，耦合到分析物识别元件的信号放大实体，其中信号放大实体在目标分析物存在的情况下促进电磁场的变化。在另一个实施例中，提供一种基于射频传感器。该传感器包括包含射频标识标签的基片，其中射频标识标签包括天线；电极对，设置在基片上并且与天线操作关联，其中电极对定义感测区域。该传感器还包括分析物识别元件，它设置在电极对的电磁场中并且能够产生表示目标分析物结合到分析物识别元件的电信号。在又一个实施例中，提供一种检测系统。该检测系统包括样品(sample)传递单元，用于传递样品；基于射频传感器，用于响应于样品中存在的分析物的结合事件而产生电信号。基于射频传感器包括具有射频标识标签的基片；与基片操作关联的分析物识别元件，其中分析物识别元件能够在电磁场存在的情况下结合到目标分析物。检测系统还包括用于显示电信号的显示装置。
图1是根据本技术实施例的基于射频传感器的一个示例的顶视图；图2是图1中基于射频传感器的一部分的截面图；图3是根据本技术实施例的基于射频传感器的另一个示例的顶视图；图4-5是根据本技术实施例采用构象(conformational)分析物识别元件的基于射频传感器的图解视图；图6-7是根据本技术实施例采用可替换信号放大实体的基于射频传感器的图解视图； 图8-9是根据本技术实施例采用可替换分析物识别元件和信号放大实体的基于射频传感器的图解视图；图10是具有核壳(core shell)结构的信号放大实体的图解视图；以及图11-14是水和具有BaTiO3的水的样品的Fp、FU F2和Zp参数的传感器响应的图形表示。在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中，相似符号在整个图中表示相似部件。
具体实施例方式本技术的实施例涉及基于射频传感器，其包括具有基片的射频标识(RFID)标签， 其中射频标识标签生成关联电磁场。该基于射频传感器还包括与基片操作关联的分析物识别元件，其中分析物识别元件能够结合到目标分析物。在某些实施例中，该传感器可包括两个或更多分析物识别元件。该传感器还包括耦合到分析物识别元件的信号放大实体，其中信号放大实体在目标分析物存在的情况下促进电磁场的预期变化。本文所使用的术语“分析物识别元件”指的是配置成结合例如蛋白质、细胞、药品、 病毒、小分子或分子离子的目标分析物的自然或人工受体。分析物识别元件可进行离体开发(develop in-vitro)，以便使分析物识别元件能够结合目标分析物。在一个示例中，分析物识别元件可包括基于DNA或RNA的序列。在一个实施例中，分析物识别元件包括适体。 适体的非限制性示例包括RNA适体、DNA适体。在一个实施例中，适体可以是增强或开始/ 激活过程的工程适体。在一个示例中，例如，适体可具有将酶作用与识别功能进行组合的催化活性。在常规传感器中，例如抗体和酶的自然受体用于识别目标分析物。但是，适体可给目标分析物提供若干优点，例如高特异性和亲合力。另外，有可能为给定目标选择范围从小分子到大蛋白质以及甚至细胞的离体适体，从而使得有可能开发各种各样的基于适体传感器。另外，可以高再现性和纯度合成适体。各种适体是商业上可得的，或者可使用低成本方法来合成。如将领会的那样，与基于蛋白质的抗体或酶相比，适体在化学上更稳定。另外， 适体在目标结合时经过构象变化的能力提供传感器的设计灵活性。可将适体改性以提供化学和/或工程(例如固定功能性)。在某些实施例中，分析物识别元件可以是构象元件，即分析物识别元件可配置成在与目标分析物交互作用时改变形状。在这些实施例中，信号放大实体的位置变化生成可检测信号。如将针对图6-7详细描述的那样，在一些实施例中，部分互补链可耦合到信号放大实体和分析物识别元件。在这些实施例中，部分互补链连同信号放大实体一起可在将目标分析物结合到分析物识别元件时与分析物识别元件分离。如将针对图8-9详细描述的那样，在其它实施例中，部分互补链可耦合到分析物识别元件和传感器的表面，并且信号放大实体可耦合到分析物识别元件。在这个实施例中，分析物识别元件连同信号放大实体一起可在目标分析物附着到分析物识别元件时与部分互补链分离。在一个示例中，部分互补链可包括核酸，并且分析物识别元件可包括适体。
在一些实施例中，末端单元和/或接头(linker)或间隔物(spacer)单元可用于将分析物识别元件耦合到传感器的表面。在这些实施例中，末端单元和/或接头或间隔物单元可耦合到分析物识别元件的一端。末端单元用于形成与传感器表面的键合(bond)，而由名称显而易见，接头单元提供末端与适体之间的连接(link)。末端单元的非限制性示例可以是硫醇、胺、生物素或羟基。在一个实施例中，硫醇(-SH)或二硫化物(-SSR)末端可与接头或适体一起使用。在一个示例中，硫醇基末端可用于平坦镀金表面，而二硫化物基末端可在表面上存在金纳米粒子的情况下使用。在其它实施例中，传感器可包括耦合到分析物识别元件一端的官能团。在这些实施例中，官能团可促进分析物识别元件与基片表面的键 如将领会的那样，基片表面的选择可通过传感器的设计来控制。传感器基片的非限制性示例是玻璃、石英、硅石、硅、高电阻硅、聚合物、kapton、液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物、金属氧化物、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、光致抗蚀剂、光聚合物和任何其它基片。为改善分析物识别元件的表面附着并且为了高导电流体中传感器的更好性能， 还能够用薄重迭层涂层对这些基片进行改性。增强分析物识别元件的表面附着的重迭层涂层的非限制性示例包括氧化硅、硫醇涂层等。为了高导电流体中传感器的增强性能的重迭层涂层的非限制性示例可包括光聚合物、氧化硅、硫醇涂层等。在某些实施例中，各种各样的商业上可得的RFID标签可应用于基于射频传感器。 这些标签工作在范围从大约125kHz至大约2. 4GHz并且高达大约5. 8GHz的不同频率。适当的标签可从例如 Texas Instruments、TagSys、Digi Key、Fujitsu、Amtel、Hitachi 等的不同供应商和分销商得到。适当的标签可工作在无源、半无源和有源模式。无源RFID标签对于操作不需要电源(例如电池)，而半无源和有源RFID标签对于其操作依靠使用板载电源。RFID标签具有数字ID，并且可将RFID标签天线电路的频率响应作为具有复阻抗的实部和虚部的复阻抗来测量。将感测或保护膜施加到标签上，并且可将复阻抗作为所得传感器附近的环境的函数来测量。这种传感器按照标题为“Chemical and biological sensors, systems and methods based on radio frequency identification，，白勺美国专禾串i青序号 11/259710和美国专利申请序号11/259711中所述进行制造。另外，RFID标签可以是转发器，它是接收、放大和在不同频率上重传信号的自动装置。此外，RFID标签可以是另一种类型的转发器，它响应于预定义的接收信号而传送预先确定的消息。这个RFID标签可包括但不限于通过引用结合于此的2005年10月26日提交的 feH^j"Modified RF Tags and their Applications for Multiplexed Detection，，白勺_ 国专利申请序号11/259710以及2005年10月26日提交的标题为‘‘Multivariate Methods of Chemical and Biological Detection Using Radio-Frequency Identification Tags，， 的美国专利申请序号11/259711中公开的一种或多种标签。在一个实施例中，标签具有至与该标签关联的存储器芯片的模拟输入。在另一个实施例中，标签没有关联的存储器芯片。 在这个实施例中，传感器可使用与用于具有存储器芯片的传感器相似的制造技术来制造。 在一个实施例中，单独的化学、生物或物理传感器连接到RFID标签的存储器芯片的模拟输入。在另一个实施例中，至少一个化学、生物或物理传感器是RFID标签存储器芯片的组成部分，其中标签的传感器部分在存储器芯片本身的制造过程期间制造。RFID标签的存储器芯片使用已知集成电路制造过程和有机电子制造过程来制造。RFID标签可包括存储器芯片和天线。该天线由电极组成。在一个示例中，天线形成为具有同心电极的平面线圈。RFID标签能够产生表示目标分析物结合到分析物识别元件的可检测电信号，例如电阻变化、电容变化或阻抗变化或者它们的组合。在适体用作分析物识别元件的情况下，适体可固定到感测区域上供传感器的集成。在一个示例中，适体可共价连接到感测区域的表
面。 在某些实施例中，RFID标签的关联电磁场主要在同心电极之间生成。设置在电极之间的间隙被定义为感测区域。电极是天线的部分。在某些实施例中，分析物识别元件可耦合到RFID标签的一部分，使得分析物识别元件设置在电极对附近或者设置在电极对所定义的感测区域中。在一个实施例中，电极对设置在RFID标签的基片上，并且耦合到RFID 标签的天线。在另一个实施例中，天线的一部分配置成充当电极对。电极的非限制性示例可包括相互交叉的电极或电极线圈。在某些实施例中，电极之间的间距可在大约1微米至大约1000微米的范围之内。在这些实施例中，电极可包括微尺度电极特征。本文所使用的术语“电极特征”指的是电极的尺寸或者电极上存在的任何其它组成或结构。在其中电极可包括纳米尺度电极特征的一些实施例中，电极之间的间距可在大约1纳米至大约1000纳米的范围之内。在一个实施例中，第一电极或第二电极或者它们两者可具有连续表面。例如，第一或第二电极可以是形成矩形、正方形、圆形或者任何其它几何形状的连续导电线。在另一个实施例中，第一和/或第二电极可具有不连续表面。例如，第一或第二电极可具有图案化表面，例如网格；具有孔的表面，其中孔可以是或者可以不是通孔；具有突出结构的表面；或者它们的组合。此外，第一和第二电极可具有相同或不同种类的表面。电极可由能够输送具有确定电性质的电流的电极材料来形成。电极材料的非限制性示例包括金属，例如铜、铝、 金、银等；金属合金，例如铜合金(例如黄铜、青铜)、铝合金、金合金、掺杂导电聚合物(例如聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩)；碳纳米管、碳粒子、导电墨水等。在一个实施例中，天线结构的电阻可在大约0.5欧姆至小于100欧姆的范围之内。 在一个实施例中，电极材料的电阻小于大约100欧姆。在另一个实施例中，电极材料的电阻小于大约50欧姆或者小于大约0.5欧姆。在某些实施例中，间隙实质上没有电极材料。间隙可包括感测材料，供检测间隙传感器周围的化学、生物和/或物理变化。在一个实施例中，感测材料可涂敷在感测区域上。在另一个实施例中，感测材料例如在被加入样品或者最初在样品中时可在感测区域附近。在某些实施例中，可再生成作为与目标分析物结合的分析物识别元件的表面的结合表面，即目标分析物可从结合表面部分或完全去除。希望再生成仅扰动目标分析物与分析物识别元件之间的键合，而没有使分析物识别元件降级。再生成可通过下列步骤来实现 改变检测介质的温度；采用浓缩盐溶液；改变介质的PH，例如将介质从酸性改变到碱性或者从碱性改变到酸性；采用离液剂，例如但不限于尿素或胍盐氢氯化物；采用表面活性剂， 例如但不限于十二烷基硫酸钠；采用螯合剂，例如EDTA ；或者上述再生试剂或系统中两个或更多的组合。在某些实施例中，当信号放大实体与电极的电场相互作用时，信号放大实体的位置变化产生可检测传感器信号。因此，可选择信号放大实体，使得信号放大实体的电容率或介电常数实质上与检测介质的不同。这个信号放大实体和检测介质的介电常数之差增强由传感器所产生的电信号。信号放大实体的介电常数可小于或大于检测介质的介电常数。本文所使用的术语“检测介质”指的是具有目标分析物的介质；基于射频传感器可以设置或者可以不设置在检测介质中。在一个实施例中，信号放大实体的介电常数可为检测介质的介电常数的小于约10倍。而在其它实施例中，信号放大实体的介电常数可为检测介质的介电常数的大于约10倍。在某些实施例中，信号放大实体的尺寸可在大约0. 1纳米至大约10000纳米的范围之内。在一些实施例中，信号放大实体可包括纳米粒子、纳米标签、钙钛矿、金属粒子、金属纳米粒子、聚合物粒子、量子点、纳米器件、核壳结构或者它们的组合。钙钛矿的非限制性示例可包括BaTi03、BaTiSn03、Cu3Ti4O12或Ca2Nb4O12或者它们的组合。在一个实施例中，钙钛矿的纳米粒子可用作信号放大实体。在一个实施例中，纳米器件可包括纳米梳子、纳米场效应晶体管等中的一种或多种。在其它实施例中，信号放大实体可包括核-壳结构。在一个实施例中， 核_壳结构可包括涂敷有硅烷的氧化铁材料的核心。在一个实施例中，信号放大实体可包括聚合材料。例如，纳米标签可包括聚合纳米球。如将领会的那样，与具有大约 80的介电常数的例如水的常用检测介质相比，例如聚苯乙烯的聚合材料具有大约2. 5的低介电常数。另外，可得到不同尺寸的聚合材料粒子。例如，可在传感器中使用尺寸范围从大约15纳米至大约50纳米的聚合粒子。而具有大约50纳米或以上尺寸的较大聚合粒子可采用官能团，例如但不限于采用抗生物素蛋白、抗生蛋白链菌素或生物素中的一种或多种进行胺化的羧酸酯。在某些实施例中，信号放大实体包括核壳结构。在这些实施例中，壳能够降低核心表面的缺陷生长。此外，壳可帮助稳定核心材料的晶体结构和表面纯度。核心的受污染表面可导致信号放大实体的介电性质的损失组分的增加。在一个实施例中，传感器可包括包含核壳结构的感测材料，其中核心和壳具有不同的介电常数。核心中使用的材料的非限制性示例可包括例如BaTi03、BaTiSnO3^ Cu3Ti4O12, Ca2Nb4O12或者其组合的钙钛矿。在一个实施例中，核心的直径可在大约1纳米至大约100000 纳米的范围之内。在另一个实施例中，核心的直径可在大约2纳米至大约50000纳米的范围之内。在另一个实施例中，核心的直径可在大约3纳米至大约20000纳米的范围之内。壳材料的非限制性示例可包括硅酸盐、磷酸盐、有机聚合物、无机聚合物或者它们的组合。壳的厚度可在大约1单层至大约10000单层的范围之内。在另一个实施例中，壳的厚度可在大约2单层至大约5000单层的范围之内。在另一个实施例中，壳的厚度可在大约2单层至大约2000单层的范围之内。在一个实施例中，壳通过使用液体前体在核心粒子的表面形成，其中还使前体沉淀到粒子核心的表面。在一个实施例中，核壳粒子具有高介电常数的核心。例如，核心可由例如但不限于 SrTihCuyWxO3 (其中1<χ<0且l<y<0)的半导体铁电材料制成。在一个实施例中，χ 和y可在大约0. 0001原子百分比至大约0. 099原子百分比的范围之内。在另一个实施例中，χ和y可在大约0. 001原子百分比至大约0. 05原子百分比的范围之内。在一个实施例中，粒子的壳具有高介电常数。例如，壳可由例如但不限于SrTi^(CuxWx)O3材料的材料制成。在一个实施例中，铜和钨的组合可被铜和铌或者铜和钽的组合部分或完全替代。在一个实施例中，0. 001 ^ χ ^ 0. 10。在另一个实施例中，0. 005 ^ χ ^ 0. 05。
在一个实施例中，信号放大实体可结合到分子识别元件的表面。在一个实施例中， 分析物识别元件可具有促进分析物识别元件附着到信号放大实体的一个或多个官能团。这类官能团的非限制性示例可包括硫醇、胺和生物素基团(group)。在一个实施例中，传感器的表面可以是金属的或聚合的。在另一个实施例中，传感器的表面可包括硅酸盐或硅酮。信号放大实体可共价附着到分析物识别元件。例如，共价附着可通过在信号放大实体的一端具有官能团并且在分析物识别元件上具有匹配官能团来执行。信号分析物识别元件的共价附着可使用以前为生物分子附着开发的标准化学方法 (如用于杂交检测的核酸)来进行。例如，当分析物识别元件具有抗生物素蛋白或者其衍生物之一时，在其表面具有生物素官能团的信号放大实体可附着到分析物识别元件。在其中检测介质是水介质、即介质的介电常数(O大约为80的一个示例中，信号放大实体可具有在大约800至大约10000的范围之内的介电常数(O。可用作介电常数范围从大约1000至大约10000的信号放大实体的纳米粒子的非限制性示例包括钙钛矿，例如 BaTi03、BaTiSn03、Cu3Ti4O12, Ca2Nb4O12或者它们的组合。备选地，具有比水更低的介电常数的材料也可用作信号放大实体。这种信号放大实体的示例包括聚合纳米球，例如介电常数 (ε )大约为2. 5的聚苯乙烯纳米球。在其中检测介质是空气介质、即介质的介电常数(ε )大约为1的一个示例中，信号放大实体可具有在大约800至大约10000的范围之内的介电常数(O。可用作介电常数范围从大约1000至大约10000的信号放大实体的纳米粒子的非限制性示例包括钙钛矿，例如BaTi03、BaTiSn03、Cu3Ti4O12, Ca2Nb4O12或者它们的组合。由于与水和信号放大实体间介电常数之差相比空气和信号放大实体间介电常数之间的较大差，空气中的传感器的操作提供改进的性能。空气中的这种操作的非限制性示例通过分析物识别之后的传感器的干燥来提供。在其中信号放大实体具有在大约100至大约10000的范围之内的较高介电常数的实施例中，信号放大实体的尺寸可在大约5纳米至大约30纳米的范围之内。具有在大约 100至大约10000的范围之内的介电常数并且可在大约5纳米至大约30纳米的尺寸范围中可得的信号放大实体的非限制性示例可包括钙钛矿纳米粒子、二氧化钛。具有不同功能表面(例如胺基、羧基)的这类纳米粒子是商业上可得的。在一些实施例中，信号放大实体可以可替换地耦合到分析物识别元件。也就是说， 当目标分析物接近分析物识别元件并且随后目标分析物可从分析物识别元件替代信号放大实体时，耦合到分析物识别元件的信号放大实体可与分析物识别元件分离。在其它实施例中，信号放大实体可以可替换地耦合到分析物识别元件的部分互补链。也就是说，当目标分析物接近分析物识别元件并且随后目标分析物可从分析物识别元件替代信号放大实体时，耦合到部分互补链的信号放大实体可与分析物识别元件分离，如图6和图7所示。在某些实施例中，基于射频传感器可包括设置在基于射频传感器上的感测材料或感测膜。本文所使用的术语“感测材料和感测膜”指的是涂敷到传感器上的并且在与环境相互作用时执行可预测地和可再现地影响传感器响应的功能的材料。感测材料的示例可包括纳米线、纳米纤维、纳米粒子、具有功能添加剂的材料、掺杂共轭聚合物、无机材料、有机材料、聚合材料、生物材料、活细胞、生物分子受体、抗体、核酸、适体以及在间隙传感器附近的化学、生物和/或物理变化时产生电阻、电感和/或电容的可检测变化的任何其它已知感测材料及其组合。在一个实施例中，感测材料可涂敷在感测区域上。在另一个实施例中，感测材料例如在被加入样品或者最初在样品中时可在感测区域附近。典型的传感器膜可包括基于它所在的溶液来改变其电气性质的聚合物、有机、无机、生物、合成或纳米合成膜。传感器膜可以是但不限于例如聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)的水凝胶、例如Nafion的磺化聚合物、例如硅酮胶的粘合聚合物、例如sol-gel膜的无机膜、例如碳黑-聚异丁烯膜的合成膜、 例如碳纳米管-Nafion膜、金纳米粒子-水凝胶膜、静电纺聚合物纳米纤维、金属纳米粒子氢膜静电纺无机纳米纤维、静电纺合成纳米纤维的纳米合成膜以及任何其它传感器材料。在某些实施例中，基于射频传感器可用于检测系统中。检测系统可包括样品传递单元，用于将样品传递到基于射频传感器；以及例如监视器的显示装置，用于显示表示结合事件的电信号。
本技术的基于射频传感器可用于例如检测蛋白质、酶(例如凝血酶、溶菌酶)、肽、 抗生素、寡肽、微生物、孢子、病毒、分子或分子离子的应用中。在一个实施例中，该传感器可用于要求检查患者的血流以检测疾病的应用中。该传感器还可用于要求检测微量疾病相关蛋白质或者肽和其它分子的早期疾病检测。例如，该传感器还可用于生物标志的多分析物检测。生物标志的非限制性示例可包括蛋白质和DNA。该传感器可用于监测环境空气、饮用水、工业用水、环境自然湖泊(reservior)。现在参照图1，示出基于射频传感器10。图2是图1中传感器10部分的右或左半侧的投影的放大形式。传感器10采用具有基片14、天线16和存储器芯片21的射频标识标签12。在所示实施例中，天线16形成为具有同心电极20的平面线圈。此外，射频标识标签 12包括在同心电极对20的每个之间形成的关联电磁场18。此外，电极对20之间的空间定义感测区域19。分析物识别元件22可存在于感测区域19中，并且可与基片14操作关联。 分析物识别元件22能够结合到目标分析物。在所示实施例中，分析物识别元件22经由存在于分析物识别元件22 —端的官能团24耦合到基片14。此外，分析物识别元件22中的每个具有耦合在另一端的信号放大实体26。虽然未示出，但是基片14可包括设置在其上的感测膜。在图3的所示实施例中，基于射频传感器30包括感测区域32。如图所示，RFID标签40的天线38的相邻绕组34和36的一部分可配置成充当定义感测区域32的电极对。 RFID标签40还包括存储器芯片42。分析物识别元件44可通过使用官能团48耦合到感测区域32的至少一部分。信号放大实体46又可耦合到分析物识别元件44的自由端。虽然未示出，但是备选地，信号放大实体46可耦合到分析物识别元件44上除了分析物识别元件 44的自由端之外的任何其它点。图4示出采用设置在RFID标签(未示出)基片54上的电极对52的基于射频传感器50。当电极对52耦合到电压源(未示出)时，电极对52主要在电极对52所定义的感测区域58中产生电磁场56。此外，分析物识别元件60通过使用可以是官能团的末端 (terminal)62耦合到感测区域58的一部分。信号放大实体64还耦合到分析物识别元件 60。如图5所示，分析物识别元件60在接收到分析物识别元件60符合的目标分析物66时是构象元件以获取不同形状。通过分子识别60元件的构象所引起的信号放大实体64的位置变化产生可检测电信号。图6-7示出将目标分析物结合到分析物识别元件的一种备选方式。在图6的所示实施例中，传感器70采用RFID标签基片74上的电极对72。电极对72负责在感测区域78 中产生电磁场76。分子识别元件80经由末端基82耦合到感测区域78。此外，分析物识别元件80使用互补链86耦合到信号放大实体84。如图7所示，互补链86连同信号放大实体84 —起被目标分析物88替代。信号放大实体84的消失产生表示目标分析物与分子识别元件80键合的可检测电信号。本文所使用的术语“消失”指的是通过已知方法、例如通过应用冲洗步骤去除相应半个(moiety)。图8-9示出将目标分析物结合到分析物识别元件的一种备选方式。在图8的所示实施例中，传感器71采用RFID标签基片75上的电极对73。电极对73负责在感测区域79 中产生电磁场77。分析物识别元件81经由部分互补链83耦合到感测区域79。此外，分析物识别元件81耦合到信号放大实体85。如图9所示，当目标分析物87与分析物识别元件 81结合时，分析物识别元件81连同信号放大实体85 —起与部分互补链83分离。分析物识别元件81和信号放大实体85的消失产生表示目标分析物与分析物识别元件81键合的可检测电信号。图10示出具有核壳结构90的信号放大实体的一个示例。在所示实施例中，核心 92由壳94围绕。核心92可由单种材料制成，或者可包括多于一种材料。壳94围绕核心 92，使得核心没有暴露于样品。核心92和壳94的材料可具有不同的介电常数。核心92或壳94的任一个可具有比另一个更高的介电常数。分析物识别元件98附着于作为信号放大实体的核壳结构90的表面96。信号放大实体90可共价附着到分析物识别元件98。例如， 共价附着可通过在信号放大实体的一端具有官能团并且在分析物识别元件98上具有匹配官能团来执行。分析物识别元件的共价附着可使用以前为生物分子附着开发的标准化学方法(如用于杂交检测的核酸)来进行。例如，当分析物识别元件具有抗生物素蛋白或者其衍生物之一时，在其表面上具有生物素官能团的信号放大实体90可附着到分析物识别元件。分析物元件上促进分析物识别元件附着到信号放大实体的官能团的非限制性示例包括硫醇、胺和生物素基团。示例RFID传感器使用Texas Instruments RFID标签来制造。基于射频传感器的复阻抗的测量用网络分析器(型号为 E5062A，Agilent Technologies, Inc.，Santa Clara, CA) 在计算机控制下使用LabVIEW来执行。网络分析器用于扫描感兴趣范围的频率，并且收集来自RFID传感器的复阻抗响应。两个样品可用于测试RFID传感器响应。一个样品是20mL 玻璃瓶中的大约3cm3自来水。另一个样品是平均纳米粒子尺寸为200nm和介电常数(ε ) 为1000的大约3cm3的BaTi03。这个样品也在20mL玻璃瓶中。图11-14分别示出相对于时间(横坐标106)绘制的四个不同种类的传感器响应(纵坐标)Fp、FU F2和Zp。在图 11-14中，基线响应108、114、120和126分别从空气中的RFID传感器响应得到。图11表示Fp传感器响应，部分110表示水样品的样品响应，而部分112表示 BaTiO3纳 米粒子的样品响应。类似地，对于表示Fl传感器响应的图12，部分116表示水样品的样品响应，而部分118表示BaTiO3纳米粒子的样品响应。图13表示F2传感器响应， 部分122表示水样品的样品响应，而部分124表示BaTiO3纳米粒子的样品响应。而在示出 Zp传感器响应的图14中，部分128表示水样品的样品响应，而部分130表示BaTiO3纳米粒子的样品响应。
虽然本文仅示出和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员会想到多种修改和变更。因此要理解，随附权利要求书意在涵盖落入本发明范围之内的所有这类修改和变更。
权利要求
1.一种基于射频传感器，包括具有基片的射频标识标签，其中所述射频标识标签生成关联电磁场； 与所述基片操作关联的分析物识别元件，其中所述分析物识别元件能够结合到目标分析物；以及耦合到所述分析物识别元件的信号放大实体，其中所述信号放大实体在所述目标分析物存在的情况下促进电磁场的变化。
2.如权利要求1所述的基于射频传感器，其中，所述信号放大实体包括纳米粒子、纳米标签、钙钛矿粒子、金属粒子、金属纳米粒子、聚合物粒子、量子点、纳米器件或者它们的组合 O
3.如权利要求2所述的基于射频传感器，其中，所述纳米标签的尺寸在大约0.1纳米至大约10000纳米的范围之内。
4.如权利要求1所述的基于射频传感器，其中，所述信号放大实体包括核_壳结构。
5.如权利要求1所述的基于射频传感器，其中，所述信号放大实体的介电常数是检测介质的介电常数的小于约10倍，或者其中所述信号放大实体的介电常数是所述检测介质的介电常数的大于约10倍。
6.如权利要求1所述的基于射频传感器，其中，所述分析物识别元件为适体。
7.如权利要求1所述的基于射频传感器，其中，所述分析物识别元件是配置成在与目标分析物相互作用时改变形状的构象元件。
8.一种基于射频传感器，包括包含射频标识标签的基片，其中所述射频标识标签包括天线； 设置在所述基片上并且与所述天线操作关联的电极对，其中所述电极对定义感测区域；以及分析物识别元件，设置在所述电极对的电磁场中，并且能够产生表示目标分析物结合到所述分析物识别元件的电信号。
9.如权利要求23所述的基于射频传感器，其中，所述感测区域包括感测材料，其中所述感测材料包括分析物识别元件。
10.一种检测系统，包括样品传递单元，用于传递样品；基于射频传感器，用于响应于所述样品中存在的分析物的结合事件而产生电信号，包括基片，包含射频标识标签；与所述基片操作关联的分析物识别元件，其中所述分析物识别元件能够在电磁场存在的情况下结合到目标分析物；以及显示装置，用于显示所述电信号。
全文摘要
提供一种基于射频传感器。该传感器包括具有基片的射频标识标签，其中射频标识标签生成关联电磁场。该传感器还包括与基片操作关联的分析物识别元件，其中分析物识别元件能够结合到目标分析物；以及，耦合到分析物识别元件的信号放大实体，其中信号放大实体在目标分析物存在的情况下促进电磁场的变化。
文档编号G01N27/22GK102265144SQ200980149087
公开日2011年11月30日 申请日期2009年11月27日 优先权日2008年12月1日
发明者R·波伊赖洛, V·文卡塔拉马尼, W·莫里斯 申请人:通用电气公司