基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置及测量方法，并且根据本发明专利技术的一个实施方式，该装置包括微通道结构，包括支撑体和形成在支撑体上并具有固定有用于检测第一样本的第一生物粘附材料的样本检测层的至少一个微通道；形成在微通道结构的上部上的截顶金字塔形棱镜；将包含第一样本的缓冲溶液注入微通道的样本注入单元；以满足p波非反射条件的入射角将通过棱镜偏振的入射光发射到微通道上的偏振光产生单元；以及检测偏振入射光中从样本检测层反射的第一反射光的偏振变化的偏振光检测单元，其中棱镜在棱镜的上界面对入射到棱镜上的偏振入射光中的从棱镜的下边界面和注入微通道的缓冲溶液的边界面反射的第二反射光全反射。

Liquid immersion microchannel measuring device and method based on trapezoidal incident structure prism incident silicon

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置及测量方法
本专利技术涉及基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置及测量方法。
技术介绍
反射测量法和椭偏测量法是一种测量从样本表面反射的反射光的反射率或偏振态的变化并分析测量值以找出样本的厚度和光学性质的光学分析技术。使用上述测量方法的测量设备包括反射仪和椭偏仪(ellipsometer)。测量设备用于在制造半导体工业的纳米薄膜的过程中评估各种纳米级薄膜的厚度和物理性质。此外，正在努力将应用范围扩展到生物工业，以将它们应用于诸如蛋白质、DNA、病毒和新药物材料的生物材料的界面分析。现有技术的反射仪足以评估尺寸为几纳米(nm)以上的纳米薄膜的厚度和物理性质。然而，存在的问题在于，用于分析需要灵敏度在大约1至0.001纳米范围内的低分子量生物材料的测量灵敏度低，因此可靠性降低。与反射仪相比，椭偏仪具有0.01nm以下的测量灵敏度。特别是，与高折射率半导体基板上的半导体相比，在测量具有相对小的折射率的氧化物膜的厚度的情况下，在折射率相对大的条件下测量灵敏度高。然而，为了使用椭偏仪来分析低分子生物材料，需要具有提高灵敏度的测量方法。作为现有技术中用于在分析生物材料时提高测量灵敏度的技术，其中结合了反射仪和表面等离子体共振技术的表面等离子共振传感器(下文中称为“SPR”传感器)是已知的。表面等离子共振(SPR)现象被认为是这样的现象：当金属表面上的电子被光波激发以在表面的法线方向上共同振动时，光能此时被吸收。众所周知，SPR传感器不仅能够利用对光的偏振特性敏感的表面等离子共振现象来测量与金属表面接触的纳米薄膜的厚度和折射率变化，而且能够以不使用荧光材料的非标记方式实时测量生物材料的吸附浓度变化。SPR传感器被制造为具有这样的结构，其中几十纳米的金属薄膜涂覆在诸如玻璃的材料上并且生物材料可以接合到其上并且使用当溶解在缓冲溶液中的样本被接合到传感器时共振角改变的原理。通过测量反射率获得共振角。当光入射到SPR传感器上时，玻璃材料用作入射介质，并且光穿过与生物材料接合的薄膜层，使得缓冲溶液最终用作基板。利用这种结构，对应于基板材料的缓冲溶液的折射率直接影响共振角的偏移以及通过待测样本的粘附而对生物薄膜层的改变。因此，为了仅测量纯键合动力学(bindingkinetics)，需要独立地测量并校正缓冲溶液的折射率。为了校正缓冲溶液的折射率变化并防止由于样本和缓冲溶液之间的扩散引起的误差，已经使用了利用精密阀装置、空气注入装置和两个或更多通道(其中一个通道用作参考通道)来校正误差的方法。然而，难以区分由于缓冲溶液的折射率变化引起的SPR角度变化与由于纯吸附和解离特性引起的SPR角度变化，并且这可能总是充当导致测量误差的因素。因此，由于如上所述的测量方法的限制，现有技术的SPR传感器在测量诸如小分子的具有小分子量的材料的吸附和解离特性方面具有基本困难。此外，现有技术的SPR传感器使用诸如金(Au)和银(Ag)的贵金属的金属薄膜用于表面等离子共振，使得传感器的制造成本昂贵。此外，金属薄膜的问题在于，表面粗糙度根据制造工艺而不均匀，从而折射率的变化很严重，由于光学性质不稳定而难以定量测量生物材料，并且与参考通道相比，包括由位置不同灵敏度特性不同而导致的误差。为了改善SPR传感器的缺点，当在诸如硅的基板材料上形成生物材料粘合剂传感器层，并且在p波非反射(non-reflection)条件下通过椭偏测量法测量在液浸微通道环境下穿过缓冲溶液被反射在基板材料上的光的幅度和相位时，可以获得测量幅度对缓冲溶液的折射率变化不敏感但是对生物材料的键合动力学敏感的信号。当测量在液浸微通道环境下吸附到基板材料上的生物材料的联结特性时，与SPR测量相反，缓冲溶液用作入射介质，并且从基板材料反射穿过生物材料吸附层的光。在这种测量条件下，测量的椭偏角对作为缓冲溶液的入射介质的折射率变化不敏感而仅对生物薄膜和基板材料的变化敏感。在诸如硅的具有稳定折射率的基板的情况下，所测量的椭偏角Ψ获得仅对生物薄膜的变化敏感的信号，并且椭偏角Δ表示仅对缓冲溶液的折射率敏感的信号，使得可以同时测量生物薄膜的厚度和缓冲溶液的折射率。然而，当使用平行于诸如棱镜的平面入射结构的基板时，需要去除从棱镜和缓冲溶液之间的界面反射的光，并且仅需要使用从基板反射的光。为了使样本的使用量最小化，需要减小棱镜表面和基板材料之间的间隔。在这种情况下，两个反射光被定位得非常接近，因此难以将光分离并且光起到测量误差的作用。因此，需要一种具有新结构的测量方法，该新结构用于将从诸如棱镜的平面入射结构中的棱镜和缓冲溶液之间的界面反射的光与从包括传感器的基板材料反射的光区分开。图1是现有专利的示意图，该专利在诸如硅的基板材料上制造传感器层并在液浸微通道环境下使用椭偏测量法以改善SPR传感器的问题。如图1所示，根据现有专利的生物材料联结特性传感器大致由棱镜100、微通道结构200、偏振光产生单元300和偏振光检测单元400构造。在这种情况下，根据现有专利的生物材料联结特性传感器的微通道结构200将吸附层530设置在基板510或介电薄膜520上，以形成液浸微通道210环境。在这种情况下，当其中溶解有生物材料的样本1的缓冲溶液50被注入到微通道210中时，生物材料被吸附到形成在吸附层530的表面上的配体2材料上以形成具有预定厚度的吸附层。从偏振光产生单元300产生的偏振入射光经由棱镜的入射面110以引起p波非反射条件的角度入射到缓冲溶液50和基板510的界面上。在这种情况下，从基板510反射的反射光包括关于缓冲溶液和样本1的吸附层的折射率的光学数据。也就是说，当样本1被吸附到配体2上或从配体2上解离时，诸如吸附浓度的分子粘合和解离动力学、吸附层的厚度或折射率、或缓冲溶液的折射率变化并且因此测量的椭偏角改变。此外，包括光学数据的反射光由偏振光检测单元400检测。在这种情况下，偏振光检测单元400根据反射光的偏振分量(即，椭偏角)测量变化，以计算出样本1的分子键合和解离动力学以及缓冲溶液的折射率。图2例示了表示样本1吸附到金属薄膜30上的过程的吸附曲线和表示离解过程的解离曲线。结合速率常数ka越大，生物材料的吸附越快，并且解离速率常数kd越小，解离越慢。即，测量结合速率常数和解离速率常数以计算平衡状态下的解离常数(KD＝kd/ka)。例如，通过测量结合在包含致癌诱导因子的蛋白质上的或从包含致癌诱导因子的蛋白质解离的新药候选物质的特征，可以确定可用作致癌抑制剂的具有低分子量的新药候选材料是否能够用作新药。在下文中，将参照图3和图4描述根据现有技术的生物材料分析传感器的特性和限制。当使用如图3所示的棱镜入射结构入射光时，光以大约70.85°(＝θ2)的倾斜角入射到界面上并且当光按照缓冲溶液的折射率变化(0.0002)从棱镜入射到缓冲溶液上时，角度变化可以大约为-0.024°。p波非反射条件为大θ2＝70.85°。然而，由于缓冲溶液的折射率变化引起的当前角度变为70.826°(小了0.024°)。因此，如图4所示，呈现了Ψ和Δ的曲线图，并且p波非反射角几乎不随折射率的变化而变化，使得Ψ和Δ的值可以在70.826°(小了0.24°)处测量。在图4中，在实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置，所述液浸微通道测量装置包括：微通道结构，其包括支撑体和至少一个微通道，所述至少一个微通道形成在所述支撑体上并具有固定有第一生物粘附材料的样本检测层以检测第一样本；截顶金字塔形棱镜，其形成在所述微通道结构的上部上；样本注入单元，其将包含所述第一样本的缓冲溶液注入到所述微通道中；偏振光产生单元，其以满足p波非反射条件的入射角将通过所述棱镜偏振的入射光照射到所述微通道上；以及偏振光检测单元，其检测偏振入射光中从所述样本检测层反射的第一反射光的偏振变化，其中，所述棱镜从所述棱镜的上界面对入射到所述棱镜上的偏振入射光中的第二反射光进行全反射，该第二反射光是从所述棱镜的下界面和注入到所述微通道中的缓冲溶液的界面反射的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 KR 10-2016-01619481.一种基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置，所述液浸微通道测量装置包括：微通道结构，其包括支撑体和至少一个微通道，所述至少一个微通道形成在所述支撑体上并具有固定有第一生物粘附材料的样本检测层以检测第一样本；截顶金字塔形棱镜，其形成在所述微通道结构的上部上；样本注入单元，其将包含所述第一样本的缓冲溶液注入到所述微通道中；偏振光产生单元，其以满足p波非反射条件的入射角将通过所述棱镜偏振的入射光照射到所述微通道上；以及偏振光检测单元，其检测偏振入射光中从所述样本检测层反射的第一反射光的偏振变化，其中，所述棱镜从所述棱镜的上界面对入射到所述棱镜上的偏振入射光中的第二反射光进行全反射，该第二反射光是从所述棱镜的下界面和注入到所述微通道中的缓冲溶液的界面反射的。2.根据权利要求1所述的液浸微通道测量装置，其中，所述第一反射光相对于所述棱镜的上边缘沿与穿过所述棱镜的倾斜表面以从所述棱镜的底面反射的第二反射光不同的方向行进。3.根据权利要求2所述的液浸微通道测量装置，其中，所述偏振光检测单元将所述第一反射光与所述第二反射光分离以检测光。4.根据权利要求1所述的液浸微通道测量装置，其中，所述棱镜的上表面被抛光以被平坦化，使得所述第二反射光从所述棱镜的上界面全反射。5.根据权利要求1所述的液浸微通道测量装置，所述液浸微通道测量装置还包括：光学装置，其调节通过所述棱镜入射的所述入射光的量级。6.根据权利要求5所述的液浸微通道测量装置，其中，所述光学装置还包括：图像形成装置，其用于在所述棱镜的上表面上形成所述入射光的焦点。7.根据权利要求6所述的液浸微通道测量装置，其中，所述图像形成装置是透镜、透镜系统和反射镜中的任何一种。8.根据权利要求1所述的液浸微通道测量装置，其中，所述样本检测层包括：基板；介电薄膜，其形成在所述基板上方；以及吸附层，其形成在所述介电薄膜上方，其中，用于检测所述第一样本的第一生物粘附材料被固定至所述吸附层。9.根据权利要求8所述的液浸微通道测量装置，其中，所述第一反射光还包括从所述介电薄膜反射的光。10.根据权利要求8所述的液浸微通道测量装置，其中，所述介电薄膜由透明半导体氧化物膜和玻璃膜中的任何一种来构造，并且所述介电薄膜的厚度为0nm至1000nm。11.根据权利要求8所述的液浸微通道测量装置，所述液浸微通道测量装置还包括：浓度计算单元，其基于所述第一反射光的偏振变化来计算吸附在所述吸附层上的第一样本的厚度或浓度。12.根据权利要求1所述的液浸微通道测量装置，其中，所述微通道结构还包括第二微通道，在所述第二微通道中形成固定有第二生物粘附材料的第二样本检测层以检测第二样本。13.一种基于梯形入射结构棱镜入射型硅的液浸微通道测量装置，所述液浸微通道测量装置包括：微通道结构，其包括支撑体、第一微通道和第二微通道，该第一微通道形成在所述支撑体上并具有固定有第一生物粘附材料的第一样本检测层以检测第一样本，该第二微通道具有固定有第二生物粘附材料的第二样本检测层以检测第二样本；截...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵贤模，赵龙在，诸葛园，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR