多重反射液浸硅基微流路测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术一实施例提供的多重反射液浸硅基微流路测定装置及测定方法通过多重反射使得从试样检测层反射的第一反射光与从棱镜

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多重反射液浸硅基微流路测定装置及测定方法


[0001]本专利技术涉及多重反射液浸硅基微流路测定装置及测定方法，更详细地，涉及如下的多重反射液浸硅基微流路测定装置及测定方法，即，通过多重反射使得从试样检测层反射的第一反射光与从棱镜
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缓冲溶液界面反射的第二反射光完全分离并通过多重反射实现多次入射来放大测量灵敏度。

技术介绍

[0002]反射测定法(Reflectometry)和椭圆光度法(Ellipsometry)作为光分析技术，通过测定试样表面反射的反射光相关反射率变化或偏振光状态并分析其测定值来检测试样的厚度或光学物性。
[0003]利用其的测量设备有反射计(Reflectometer)及椭圆计(Ellipsometer)。在半导体领域的纳米薄膜制造工序中，这种设备用于评估各种纳米级薄膜的厚度及物性。并且，在生物领域中，因其应用范围上的扩展而持续应用于DNA、病毒、新药物质等生物物质的表面分析。
[0004]虽然，现有的反射计足以评估纳米(nm)尺寸以上的纳米薄膜相关厚度及性能，但是，在分析所需灵敏度约1纳米～0.001纳米范围内的低分子生物物质层面上，存在因测量灵敏度降低而导致可靠性低下的问题。而椭圆计具有约0.01mm以下的测量灵敏度，尤其，当测定折射率相比于高折射率的半导体基板上的半导体相对较低的氧化膜相关厚度时，在折射率对比相对较大的条件下，测量灵敏度高于反射计。
[0005]然而，椭圆计为了分析低分子生物物质而需要提高灵敏度的测定方法。
[0006]当分析生物物质时，作为用于改善测量灵敏度的现有技术有混合应用反射测定法和表面等离子体共振(SPR，Surface Plasmon Resonance)技术的表面等离子体共振传感器(以下，称为“表面等离子体共振传感器”)。
[0007]表面等离子体共振现象是指因存在于金属表面的电子被光波(light waves)激发并沿着表面的纵方向(normal)引起集体振动(collective vibration)而导致光能被吸收的现象。基于对光的偏振光特性敏感的表面等离子体共振现象，表面等离子体共振传感器不仅能够测定接触金属表面的纳米薄膜相关厚度及折射率变化，而且，可通过未使用荧光物质的非标记方式(non
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labeling)实时测定生物物质的吸附浓度变化。
[0008]在表面等离子体共振传感器的结构层面上，在玻璃等物质上涂敷有纳米级金属薄膜并在其上形成有能够接合生物物质的传感器，由此，若溶解在缓冲溶液的试样接合于传感器，则基于共振角变化的原理实现共振角对于反射率的测定。若光入射于表面等离子体共振传感器，则玻璃物质将成为入射介质，随着光穿过生物物质接合的薄膜层，最终导致缓冲溶液相当于基板。
[0009]在上述结构中，相当于基板物质的缓冲溶液的折射率将直接影响共振角的移动，与生物薄膜层因待测定试样的接合而发生的变化相同。因此，为了仅测定纯接合动特性而需要单独测定缓冲溶液的折射率进行校正。
[0010]因此，为了校正缓冲溶液的折射率变化并防止因试样与缓冲溶液之间的扩散而引起的误差，当前使用将精巧的阀装置、空气注入装置、两个以上的通道校正用作一个基准通道的方法。然而，这种方法不仅难以区分缓冲溶液的折射率变化引起的表面等离子体共振角度变化和纯吸附、解离特性引起的表面等离子体共振角度变化，而且，总是可作为测定误差因素产生影响。结果，当测定低分子等低分子量物质的吸附、解离特性时，现有的表面等离子体共振传感器因上述测定方法的局限性而产生根本性的问题。
[0011]并且，现有的表面等离子体共振传感器为了实现表面等离子体共振而需要使用由金(Au)、银(Ag)等贵金属制成的金属薄膜，因此，存在传感器的制造成本相对较大的问题。此外，按照制造工序，金属薄膜将产生表面粗糙度变得不均且折射率的偏差变得严重的问题，由此，不仅因不稳定的光学特性而难以精确测定生物物质，而且，当相对比较基准通道时，存在包含因不同位置的不同灵敏度特性而产生的误差的问题。
[0012]为了改善表面等离子体共振传感器的缺点，若在硅等基板物质上形成生物物质接合传感器层并通过椭圆光度法以p偏振光波无反射条件测定在液浸微流路环境中通过缓冲溶液被基板物质反射的光的相关振幅及相位，则可获得所测定的振幅对缓冲溶液的折射率变化并不敏感且对生物物质的接合动特性敏感的信号。与表面等离子体共振测定相反，在液浸微流路环境下，当测定吸附在基板物质的生物物质的接合特性时，缓冲溶液将成为入射介质，通过生物物质吸附层的光被基板物质反射。
[0013]在这种测定条件下，表示测量幅度的椭圆测量角Ψ仅对生物薄膜和基板物质的变化产生敏感变化，而对作为缓冲溶液的入射介质的折射率变化并不敏感。对于折射率稳定的硅等基板，所测定的椭圆测量角Ψ可获得仅对生物薄膜变化敏感的信号。在使用如图1所示的棱镜入射结构的情况下，表示相位的椭圆测量角
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可以仅表现对缓冲溶液的折射率敏感的信号来同时测定生物薄膜的厚度和缓冲溶液的折射率。但是，当使用棱镜等平行于平面入射结构的基板时，应去除被棱镜与缓冲溶液的界面反射的光并仅使用被基板反射的光。为了最大限度地去除试样的使用量而需要减少棱镜表面与基板物质之间的间隔，在此情况下，所反射的两个光因位于非常接近的距离而难以分离并成为测定误差的因素。因此，在如棱镜等平面立体型结构中，为了区分被棱镜与缓冲溶液的界面反射的光和被包括传感器的基板物质反射的光而需要新结构的测定方法。
[0014]图1为示出现有技术的生物物质接合特性测定传感器的剖视图。如图1所示，现有技术的生物物质接合特性传感器大致包括棱镜100、微流路结构体200、偏振光发生部300及偏振光检测部400。在此情况下，现有技术的生物物质接合特性传感器的微流路结构体200通过向基板510或电介质薄膜520上放置吸附层530来形成液浸微流路210环境。此时，若向微流路210注入溶解生物物质试样1的缓冲溶液50，则形成在吸附层530表面的配体(ligand)2物质因吸附生物物质而形成规定厚度的吸附层。
[0015]而且，从偏振光发生部300发生的偏振入射光经过棱镜的入射面110以引起p偏振光波无反射条件的角度入射于缓冲溶液50与基板510的界面。在此情况下，被基板510反射的反射光包括有关试样1的吸附层及缓冲溶液的折射率的光学数据。即，在试样1被配体2吸附、解离的过程中，吸附浓度、吸附层的厚度或折射率、缓冲溶液的折射率等分子吸附及解离动特性(binding and dissociation kinetics)产生变化，由此，所测定的椭圆测量角将变得不同。而且，包括光学数据的反射光由偏振光检测部400检测。此时，按照基于反射光的
偏振光成分产生的变化，即，偏振光检测部400可通过测定椭圆测量角来掌握试样1的分子吸附及解离动特性、缓冲溶液的折射率。
[0016]图2示出了表示试样1被金属薄膜30吸附过程的吸附曲线及表示解离过程的解离曲线。越大的结合速率常数(ka，a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，包括：微流路结构体，由支架和至少一个微流路组成，上述微流路形成在上述支架上，在上述微流路形成有试样检测层，在上述试样检测层固定有用于检测试样的生物结合物质；试样注入部，用于向上述微流路注入包含上述试样的缓冲溶液；棱镜单元，设置有棱镜及反射体，上述反射体通过在上述棱镜的底面涂敷反射镜面来形成；偏振光发生部，用于发生偏振光；以及偏振光检测部，用于检测反射光的偏振光变化，上述偏振光形成透射上述棱镜并入射于上述棱镜与上述缓冲溶液相接触的棱镜
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缓冲溶液界面的入射光，上述入射光的一部分被上述棱镜
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缓冲溶液界面反射后，形成透射上述棱镜的第一反射光，上述入射光的另一部分透射上述棱镜
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缓冲溶液界面后，通过上述试样检测层和上述反射体执行重复多次反射及入射的多重反射后，形成透射上述棱镜的第二反射光，上述第一反射光和上述第二反射光通过上述多重反射实现空间层面上的完全分离。2.根据权利要求1所述的多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，上述入射光的另一部分透射上述缓冲溶液并形成以满足p偏振光波无反射条件的入射角度入射于上述试样检测层的透射光，上述透射光被上述试样检测层反射并在上述棱镜
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缓冲溶液界面被上述反射体镜面反射来执行上述多重反射后，形成透射上述棱镜的第二反射光。3.根据权利要求2所述的多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，上述试样检测层包括：基板；电介质薄膜，形成在上述基板的上部；以及吸附层，形成在上述电介质薄膜的上部，在上述吸附层固定有用于检测上述试样的上述生物结合物质。4.根据权利要求3所述的多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，在光因上述多重反射而被上述试样反射多次并导致上述p偏振光波无反射反射率降低的情况下，通过增加上述电介质薄膜的厚度来防止上述透射光的信号强度下降。5.根据权利要求3所述的多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，在光因上述多重反射而被上述试样反射多次并导致上述p偏振光波无反射反射率降低的情况下，通过形成以满足s偏振光波无反射条件的入射角度入射于上述试样检测层的上述透射光来防止上述透射光的信号强度下降。6.根据权利要求3所述的多重反射液浸硅基微流路测定装置，其特征在于，上述基板由选自硅、电介质或半导体中的一种以上物质制成。7.根据权利要求3所...

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