用于检测流体中分析物的方法技术

一种用于检测流体中分析物的方法，该方法包括：使所述流体与一种全息元件接触，该全息元件包括介质和设置在所述介质整个体积中的全息照相，其中所述元件的光学特性随着在整个介质体积中发生的物理性质变化而变化，其中所述变化是由于所述介质与分析物间的相互作用而引起的，且其中所述反应和变化是可逆的；和检测所述光学特性的任何变化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于全息照相敏感元件的检测方法以及用于这类方法的装置。
技术介绍
Spooncer等对于International Journal of Optoelectronics 7(3)449-452(1992)的题为“A humidity sensor using awavelength-dependent holographic filter with fibre opticlinks”一篇短文中，描述了明胶基布拉格反射全息照相对环境湿度的响应。其结论是对于提高和降低的湿度循环的光学响应存在着滞后现象，这种滞后现象会限制其作为传感器的工业应用。WO-A-9526499公开了一种基于体积全息照相的全息传感器。这种传感器包括一种分析物敏感的基质，所述基质具有一种设置在其整个体积中的光学转换结构。由于这种转换结构的物理排列，使所述传感器产生的光学信号对于在所述分析物敏感基质中由于与分析物的相互作用或反应而发生的体积变化或结构重排是非常敏感的。例如一种包括明胶基全息介质的传感器可用来检测胰岛素。胰岛素对明胶介质起作用，会不可逆地破坏全息载体介质的完整性。
技术实现思路
按照本专利技术一个方面，一种连续检测流体中分析物的方法，该方法包括使所述流体与一种包括介质和设置在该介质整个体积中的全息照相的全息元件接触，其中该元件的光学特性随着在整个介质体积内发生的物理性质的变化而改变，其中所述变化是由于所述介质与分析物间相互作用而引起的，且其中所述反应和所述变化是可逆的；和监测所述光学特性。所述变化是由于所述介质与分析物间相互作用而引起的，其中所述相互作用和变化是可逆的。所述相互作用可以是化学或生化反应。由于可以发生相互作用和可逆相互作用，因此可以对分析物物种连续进行检测，优选实时进行。分析物浓度可以改变，但所述流体是稳态的。一种替代方案是所述流体可连续通过所述元件。本专利技术可用来监测体内或体外的反应，例如在发酵罐中。它可用于动力学测量，且作为一种有效的控制系统。本专利技术的另一方面，是一种用于检测流体中分析物的装置。所述装置包括一个含所述全息元件的传感器和允许所述流体进入与全息元件接触或通过所述全息元件的入口和出口。所述装置还包括一个用于非离子化辐射以照射所述全息元件的窗口。这样，就可以对所述元件中发生的反应进行观察。具体实施例方式所述全息载体介质与分析物间的相互作用是可逆的，因此，可以实现对所述分析物的连续检测。当所述流体与全息元件接触时，所述分析物和载体介质发生相互作用，优选是通过化学或生化反应进行作用。如果所述流体通过所述元件，则所述相互作用可能是短暂的。可以利用非离子化辐射对所述相互作用进行遥控检测。所述全息介质与分析物物种间的相互作用程度反映为所述物理性质的变化程度，而所述物理性质的变化程度是作为光学特性的变化进行检测的，优选为非离子化辐射波长的迁移。可以变化的所述全息元件的性质可以是其电荷密度、体积、形状、密度、粘度、强度、硬度、电荷、疏水性、膨胀性、完整性、交联密度或其它物理性质。所述或各种物理性质的变化反过来会引起全息元件光学特性的变化，例如极化率、反射率、折射率或吸光率的变化。所述全息照相可设置在部分或全部所述载体介质体积主体之上或其中。一种非离子化辐射光源，例如可见光，可用来观察所述全息元件的所述或各种光学特性的变化。在全息元件上或其中可负载一种以上全息照相。可以提供装置来检测由于所述或各种光学特性变化而引起的从所述或各种全息照相发出的辐射变化。可以对所述全息元件确定尺寸和进行排列，从而能够检测两种独立的事件/物种并同时或不同时以两种不同方式影响辐射。所述全息元件可以以阵列的形式提供。存在有不同类型的全息照相。其中一种或多种可在所述全息载体介质上或其中制得。下述将描述一些不同类型的全息照相。一种具有“相位(phase)”全息照相特性的全息元件，可包括折射率的3-D分布(调制)，其中所述分布是原始干涉图案的物理记录。一种具有“振幅”全息照相特性的全息元件，包括辐射折射物质的3-D分布(调制)，其中所述分布是原始干涉图案的物理记录。所述调制的峰指的是条纹(fringe)。全息照相可能具有“相位”和/或“振幅”全息照相的特性。由于所述载体介质部分或整个体积中负载的分布峰间的间距变化而对折射率分布的调节，使所述辐射可能会经历相位迁移。条纹间隔(fringe separation)的变化，可由在固定角度的入射/衍射峰(布拉格)波长变化、由在固定角度的单色光强度变化或由在单色峰强度时角度变化进行测量。全息照相还可进一步分为4种不同的类型，这些类型可以共存于同一载体介质中。它们是透射、反射、边缘照亮(edge-lit)和表面全息照相。还存在易消散波全息照相。“透射”全息照相，其中出射光线经由与入射光线进入表面相对的表面离开全息载体介质。条纹通常以相当大角度向所述表面倾斜，例如典型为约90°。“反射”全息照相，其中光线经由入射光线进入的同一表面离开。条纹通常基本平行于所述全息载体介质的表面。“边缘照亮”全息照相，其中光线经由与入射光线进入表面基本成90°的表面离开该全息照相基底或全息载体介质的体相(例如玻璃板)。条纹通常与表面成一定角度，典型为约45°。“表面”全息照相，其中介质表面与合适的空间振幅和规则间隔的图案等高从而能够衍射和/或反射光线。这种全息照相由于从其表面上每个点到达到一个共同点时在衍射和/或反射光线之间产生路程差，从而具有另一类“相位”全息照相的特性。如果这类表面限定在透明介质上，则透过所述介质的光线在通过所述表面时会经历周期性相位变化，这归因于所述介质体相的折射率引起的光程变化。所述全息载体介质是这样一种介质，其中可以进行全息照相，而且能够表现出下述的一种或多种感光机理的特性。这种载体介质优选包括一种天然或改性的具有粘弹性的基质，它会由于与分析物物种的相互作用而变化。例如所述基质是由(甲基)丙烯酰胺和/或(甲基)丙烯酸酯衍生的共聚单体的共聚物形成的。特别地，单体HEMA(甲基丙烯酸羟乙酯)是易于聚合和交联的。聚HEMA由于其可膨胀、亲水且广泛生物相容而是一种通用的载体材料。全息载体介质的其它实例有明胶、K-carageenan、琼脂、琼脂糖、聚乙烯醇(PVA)、溶胶-凝胶(一般分类)、水凝胶(一般分类)和丙烯酸酯。其它材料是多糖、蛋白质和含蛋白质的材料、寡核苷酸、RNA、DNA、纤维素、纤维素醋酸酯、硅氧烷、聚酰胺、聚酰亚胺和聚丙烯酰胺。明胶是一种用于负载感光物种如卤化银颗粒的标准基质材料。明胶也可在凝胶束上的羧基间通过铬III离子光致交联。这些材料也可以两种或多种组合使用。所述聚合物的组成可以进行优化以获得适合用于制备反射全息照相的高质量薄膜。这种薄膜应该能够用于制备一种其中能够形成全息条纹的均匀基质。可利用本专利技术确定和量化的分析物实例包括气体和液体如离子、代谢物、抗原/抗体、葡萄糖、氧、二氧化碳、脲、离子(包括质子，用于pH检测)、醇、硫化物和乳酸类。所列举的分析物仅是作为例子给出的。很显然，可能存在其它分析物物种，并可使用本专利技术的合适全息传感器来进行确定。本专利技术可用来检测体液中的分析物，例如尿、血液或眼睛流体。一种特别感兴趣的分析物是葡萄糖，已知其在眼睛中的水平与其在血液中的水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测流体中分析物的方法，该方法包括：　　　　使所述流体与全息元件接触，该全息元件包括介质和分散在所述介质整个体积中的全息照相，其中所述元件的光学特性随着在整个介质体积中发生的物理性质变化而变化，其中所述变化是由于所述介质与分析物间的相互作用而引起的，且其中所述反应和变化是可逆的；和　　　　检测所述光学特性的任何变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CR洛维，CAB戴维森，J布莱斯，S卡比兰，AJ马沙尔，B马德里加尔宫扎勒兹，AP詹姆斯，
申请(专利权)人：斯玛特全息摄影有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]