包含波导的生物传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种光学设备(110)和对应的探测装置(100)，所述探测设备例如可以用于监测表面处的核苷酸序列的复制。在优选实施例中，所述光学设备(110)包括波导基底(130)，所述波导基底具有在底表面(132)上的线栅(140)，其中，所述线栅的孔(141)在至少一个方向(x)上小于输入光(IL)的特征波长(λ)。此外，衍射结构(120)被设置在所述基底(130)的相对的表面(131)上，以将输入光(IL)耦合到所述基底(130)，使得在所述孔(141)处发生相长干涉。因此，能够在这些孔中高效地生成渐逝波，从而例如允许对能够被探测器(160)感测到的荧光(FL)的表面特异性激励。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含波导的生物传感器
本专利技术涉及使用可以被具体用在诸如核酸测序的生物感测应用中的波导的光学设备、探测器装置以及方法。
技术介绍
US2010/096562A1公开了一种具有至少一个平面结构的介质，所述至少一个平面结构在一侧上具有多个孔。所述孔在一个方向上小于所述介质的衍射极限。邻近所述平面结构的样本介质能够被通过所述孔的渐逝波照射。WO2009/001245公开了一种传感器，所述传感器包括：(i)基底，在所述基底中，具有预定波长的激励辐射可以传播；(ii)在所述基底的第一侧处的线栅，所述线栅具有至少一个孔或槽，所述至少一个孔或槽被布置用于利用包括要被探测的至少一个粒子的介质进行填充，所述介质经由所述激励辐射被激励；以及(iii)至少一个反射器件，其被布置在所述基底的与所述第一侧相对的第二侧处，以将传播到所述基底中并已经由所述线栅反射至少一次的激励辐射的至少部分朝向所述线栅进行反射。US2010/0065726A1公开了用于在包括单分子分析反应的各种应用中使用的基底、方法以及设备。WO2006/135782A2公开了一种用于根据多个局部化的发光分析物来分离且基本上同时地探测发光的系统。所述系统包括：样本保持器，其具有被形成在其上以用于空间地分离并约束多个发光分析物的结构，每个发光分析物具有单核酸分子或单核酸聚合酶；光源，其被配置为照射所述样本保持器；以及光学组件，其被配置为分离且基本上同时地收集并探测与所述多个发光分析物相关联的光发射。所述系统还可以包括计算机系统，所述计算机系统被配置为分析所述光发射以确定与每个分析物相关联的靶核酸分子的结构或性质。US6707561B2公开了一种用于在样本分析中使用的传感器平台，所述传感器平台包括基底和在所述基底上的较大折射率的薄的光学透明层。提出了该层的波纹结构。然而，US6707561B2教导了所提出的波纹结构的辐射损失非常高，使得在优选波长范围内有效地不发生任何电磁辐射的波导。Chien等人(“Coupledwaveguide-surfaceplasmonresonancebiosensorwithsub-wavelengthgrating”(BiosensorsandBioelectronics22，2007年，第2737-2742页))公开了一种用于实时分析生物分子相互作用的具有亚波长光栅结构的耦合的波导表面细胞质基因组共振生物传感器。所述设备的上表面被金属层完全覆盖。
技术实现思路
基于该背景，提供用于尤其是在生物感测应用中的光学处理的更加有效和/或更加准确的手段将是有利的。该目标是由根据本专利技术的各个实施例所述的光学设备、探测装置、方法，以及用途来解决的。根据第一方面，本专利技术的实施例涉及一种用于对与特征波长相关联且在下文中被称为“输入光”的光进行处理的光学设备。所述光学设备例如可以用在生物感测应用中并且包括如下部件：–波导基底(在下文中被简要称为“基底”)，其具有第一表面和第二表面。–反射结构，其被设置在所述基底的所述第一表面上。–穿孔结构，其被设置在前述基底的所述第二表面上并且包括孔，所述孔具有在至少一个方向上小于所述输入波长的特征波长的直径。所述反射结构包括在同一个组合的结构内的衍射结构，所述衍射结构允许将从外部进入所述基底的光衍射到所述基底中并对在所述基底中传播的光进行反射。所述穿孔结构的所述孔中的至少一个为零模式波导。上文提到的“特征波长”是指适合于表征所述输入光的谱的波长的特定的、给定的值。其例如可以被定义为所述谱的最小波长、所述谱的最大强度(峰值)的波长，或者所述谱的均值波长。所述特征波长的典型值为大约350nm、大约450nm、大约550nm、大约650nm、大约750nm以及大约850nm。在由输入光激励荧光的情况中，所述“特征波长”通常对应于被用于对荧光团进行激励的操作波长(具有例如大约450nm的值)。所述“波导基底”可以具有允许对输入光的传播的任何设计。根据波导的原理的传播，即，具有重复的反射和/或折射回到芯(core)，可以由基底本身或者优选结合穿孔结构和反射结构(作用为反射涂层)来实现。所述基底优选可以具有平面几何结构或平的几何结构，如板或层。此外，第一表面和第二表面通常彼此相对，例如位于板的相对的大的表面上。基底的承载穿孔结构的第二表面优选为(高)反射表面，例如，由金属组成或涂覆的表面。所述“穿孔结构”任选地也可以具有平的或平面的几何结构。其例如可以被实现为遵循基底的第二表面的轮廓的层。穿孔结构或至少其孔的内表面任选地可以由金属构成，由此实现对孔内部的渐逝波的激励(如果孔被这样的光照射：所述光的偏振垂直于孔的短侧——即，该侧短于孔的特征波长)。由反射材料制作的穿孔结构可以额外地用于实现以上提到的基底的第二表面的折射率。此外，其中孔的直径小于特征波长的至少一个方向通常是平面穿孔结构中的平面内方向。所述孔可以由某种特定、典型透明的材料来填充，或者它们可以是“空的”(即，由附近的周围介质来填充)。如关于优选实施例将更加详细地解释的，“反射结构”可以仅是(反射)材料的均匀层，或者其可以具有某种复杂的且光学相互作用的样式(在较为狭义词中的“结构”)。所述反射结构可以具有平的或平面的几何结构，其通常遵循基底的第一表面的轮廓。穿孔结构和/或反射结构可以被直接设置在该基底上，或者可以任选地是在它们之间的一个或多个中间层。根据第二方面，本专利技术的实施例涉及一种探测装置，所述探测装置包括如下部件：–上述种类的光学设备，即，具有波导基底，所述波导基底在其第一表面和第二表面上分别具有反射结构和(优选为金属的)穿孔结构，其中，所述穿孔结构中的孔具有在至少一个方向上小于输入光的特征波长的直径。所述光学设备可以由在本应用中描述的其各种优选实施例中的任意实施例来实现。–光源，其用于将与所述特征波长相关联的输入光发射到所述光学设备中。–光探测器，其用于探测来自于所述光学设备的光。所述光源可以是适合于生成具有期望特征波长的谱的输入光的任意种类的光源。所述光源例如可以是诸如激光器单元的单色光源。所述光源的偏振应当使得电场被取向在平面中并且垂直于所述穿孔结构中的洞(hole)的最短侧(即，小于所述波长)。所述光源将通常被布置为使得所发射的光线以处在某给定范围内的入射角达到基底的选定表面。所述光探测器可以是适合于探测来自于所述光学设备的感兴趣光的任意设备。所述光探测器例如可以是诸如CCD或CMOS芯片的成像设备，其允许生成所述光学设备的图像。由所述光探测器探测到的来自于所述光学设备的光可以是“初级”输入光(在穿过和/或与光学设备相互作用之后)，或者其可以具有另一起源。在后一种情况中，光将典型地是“次级光”，所述次级光是由输入光以某种方式生成的，例如，已经由输入光刺激的荧光的光。根据第三方面，本专利技术的实施例涉及一种用于处理与特征波长相关联的输入光的方法，所述方法包括经由被设置在基底的第一表面上的反射结构在波导基底中对输入光的传播，使得所传播的输入光到达在所述基底的第二表面上的穿孔结构的孔，其中，所述反射结构包括在同一个组合结构内的衍射结构，所述衍射结构允许将从外部进入所述基底的所述入射光衍射到所述基底中并对在所述基底中传播的所述输入光进行反射；其中，所述穿孔结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理与特征波长(λ)相关联的输入光(IL)的光学设备(110)，包括：‑波导基底(130)，其具有第一表面(131)和第二表面(132)；‑反射结构(120)，其被设置在所述基底(130)的所述第一表面上；‑穿孔结构(140)，其被设置在所述基底(130)的所述第二表面上并且其包括孔(141)，所述孔具有在至少一个方向上小于所述特征波长(λ)的直径(Δ)，其中，所述反射结构(120)包括在同一个组合结构内的衍射表面，所述衍射表面允许对从外部进入所述基底(130)的光进行衍射并对在所述基底(130)中传播的光进行反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.03 EP 13195407.51.一种用于处理与特征波长(λ)相关联的输入光(IL)的光学设备(110)，包括：-波导基底(130)，其具有第一表面(131)和第二表面(132)；-反射结构(120)，其被设置在所述基底(130)的所述第一表面上；-穿孔结构(140)，其被设置在所述基底(130)的所述第二表面上并且其包括孔(141)，所述孔具有在至少一个方向上小于所述特征波长(λ)的直径(Δ)，其中，所述反射结构(120)包括在同一个组合结构内的衍射结构，所述衍射结构允许将从外部进入所述基底(130)的光衍射到所述基底(130)中并对在所述基底(130)中传播的光进行反射；其中，所述穿孔结构(140)的所述孔(141)中的至少一个为零模式波导。2.一种探测装置(100)，包括：-根据权利要求1所述的光学设备(110)；-光源(150)，其用于将与特征波长(λ)相关联的输入光(IL)发射到所述光学设备(110)中；-光探测器(160)，其用于探测来自于所述光学设备(110)的光(FL)。3.一种用于处理与特征波长(λ)相关联的输入光(IL)的方法，所述方法包括经由被设置在波导基底(130)的第一表面上的反射结构(120)在所述基底(130)中对所述输入光(IL)的传播，使得所述输入光到达所述基底(130)的第二表面(132)上的穿孔结构(140)的孔(141)，其中，所述反射结构(120)包括在同一个组合结构内的衍射结构，所述衍射结构允许将从外部进入所述基底(130)的所述输入光衍射到所述基底(130)中并对在所述基底(130)中传播的所述输入光进行反射；其中，所述穿孔结构(140)的所述孔(141)中的至少一个为零模式波导。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·H·B·施莱彭，R·温贝格尔弗里德尔，P·J·范德扎格，H·P·乌尔巴赫，M·萨卡尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL