用于检测分析物的传感器制造技术

本发明专利技术涉及用于检测分析物的传感器，传感器阵列，和用本发明专利技术的传感器检测分析物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测分析物的传感器，传感器阵列，和使用本专利技术的传感器检测分析物的方法。
技术介绍
传感器有多种应用领域，例如环境研究、以化学方法或生物学方法生产的化合物 和食品的质量控制、过程分析、新陈代谢、医疗诊断以及环境分析。存在对可以例如由人造 传感器实现的连续监测的大量需求。更具体的说，气体分析已应用于或可望应用于不同领 域 參在医学应用中检查身体状况或病症。具有指示作用的挥发性化合物的来源可以 是呼气(breath)、血液、尿、血浆、脑脊液、唾液或脓。例如，呼气分析或生理样品的顶空分析 可以用于检测口臭、癌症或细菌感染。特异性标记化合物的存在与否可以指向某些生理状 况、化学暴露或病症如口臭、糖尿病、癌症或细菌感染。 參在食品产业中用于食品新鲜度分析或过程分析。 參在安全相关应用中用于检测爆炸物、有毒物质(toxins)或其它有害化学品 參环境监测 參在娱乐应用中用于测量和模仿嗅觉印象。 用于气体分析的仪器是例如 參气相色谱-质谱联用。可以分析挥发性化合物的复杂混合物。不同的物质由色 谱进行分离，然后由质谱进行鉴定。这些仪器通常非常昂贵，并且需要高度的专业技能来操 作它们。 參气相色谱-气体传感器联用 參各种包含化学传感器或者传感器阵列的电子鼻(eNose)装置。存在几种基于实验室的装置和原型。 參比色管或显色剂 參红外吸收或透射 传感器通常包括受体材料和转换器(图1)。传感器包含能够与样品或分析物发生化学或物理相互作用的材料，这种材料被称为"受体材料"。这种受体材料可以由非生物化合物制成，并被称为"化学受体材料"。低检测极限通常通过分析物和受体材料之间的强且直接的化学或物理相互作用实现。这些材料的例子是 參有机或无机染料 參有机或无机荧光团 參金属 參半导f本 參金属氧化物 參导电或非导电聚合物 參金属或半导体纳米粒子或纳米粒子组装体(assemblies) 參用有机或无机分子改性的导电或半导电表面 參导电或半导电纳米纤维，如碳纳米管 受体材料和分析物之间的相互作用被作为各种材料性质的变化而进行测定。这种变化被转化为信号，而这种转化被称为"转换"并且可以通过从传统转换器原理已知的各种性质的变化来实现 參电导率/电阻率 參电流 參电压 參电容 參颜色或光吸收 參发光，荧光 參粘度 參质量(重量分析、质量敏感共振技术(mass sensitive r6son肌c6techniques)) 參热(量热) 受体材料可以由生物化合物制成，并被称作"生物受体材料"。 生物材料的例子是 參多肽或蛋白质，如酶、受体、设计的(designed)蛋白质或抗体 參RNA (单链或双链)，如适体、核酶或适体酶(aptazyme) 參DNA(单链或双链) 參组织 參细胞 *有机体(organisms) 在高级传感应用方面，尤其是气体传感应用，传感器设备必须在复杂环境中可靠 运行并且必须满足关于特异性、灵敏度和它们的检测极限的严格标准。在大多数情况下，不 能实现这些要求，仪器需要昂贵的硬件，操作被限于专家，分析耗费时间或需要繁复的样品 制备。 在高级传感应用方面，需要具有高特异性、灵敏度和低检测极限的高性能传感器。 在规定的条件下，具有化学受体材料的传感器可以检测微量的纯化学品；但在复杂环境中 它们通常不能实现所需的特异性。具有生物受体的传感器在复杂环境中特异性地与分析物 发生相互作用；但它们达不到所需的检测极限。 因此，本专利技术的一个目的在于提供传感器，其至少在特异性、灵敏度和检测极限中 的一个方面得到了改善。本专利技术的另一个目的在于提供用于检测分析物的替代传感器，其 允许鉴别含有多于一种分析物的样品。本专利技术给出的传感器可以替代目前存在的传感器， 因为所述传感器合并了生物受体材料和化学受体材料。
技术实现思路
所有这些目的都被用于检测分析物的传感器所解决，其包括 包含化学受体材料的第一感应元件(sensing element)， 和包含生物受体材料的第二感应元件，其中，所述分析物与所述化学受体材料 或生物受体材料的相互作用分别导致所述化学受体材料和生物受体材料的固有性质或 与其相关的固有性质发生变化(wherein an interaction of said analyte with said chemical or biologicalreceptor material leads to a change in an intrinsic property of or associatedwith said chemical and biological receptor material, respectively)，所述传感器进一步包含至少一个转换器，其将所述固有性质的所述变化转 化为信号。 在一个实施方案中，所述化学受体材料选自包含以下的组有机染料、无机 染料、有机荧光团、无机荧光团、金属氧化物、导电聚合物、不导电聚合物、发光聚合物 (light-emitting polymers)、金属、半导体、金属纳米粒子、半导体纳米粒子、用有机或无 机分子改性的导电或半导电材料、导电纳米纤维、半导电纳米纤维、碳纳米管、量子点以及 上述材料的任意组合。 在一个实施方案中，所述化学受体材料不是多肽、蛋白质、核酸、DNA、 RNA、组织、细 胞或有机体。 在一个实施方案中，所述生物受体材料选自包含以下的组多肽，蛋白质，特别是 酶、受体蛋白质、抗体、天然或合成脂双层中的膜蛋白，核酸，特别是DNA与RNA，如适体、核 酶、适体酶，组织，细胞，有机体以及上述材料的任意组合。 在一个实施方案中，所述化学受体材料或生物受体材料的所述固有性质或与其 相关的所述固有性质选自包含以下的组物理性质，如电导率、电阻率、电流、电压、电容、 氧化还原状态(redox state)、颜色、光吸收率、透光率、反射率、折射率、荧光、磷光、发光、 粘度、通过重量分析法或质量敏感共振技术如表面声波共振(surface accustic wave resonance)或石英晶体微天平测定的质量、以量热法测定的热(heat)、构象、生理活性，和 化学性质，如分子组成(molecular composition)、结合状态(binding states)或反应性。 在一个实施方案中，以层、点或许多点(a plurality of spots)的形式，分别地， 所述化学受体材料存在于所述第一感应元件中，和所述生物受体材料存在于所述第二感应 元件中。 在一个实施方案中，每个感应元件具有一个转换器，使得存在分别与所述第一和 第二感应元件相关联的第一和第二转换器。 在一个实施方案中，所述分析物与所述化学受体材料的相互作用导致所述化学受 体材料的固有性质或与所述化学受体材料相关的固有性质发生变化，和其中所述第一转换 器将所述化学受体材料的所述固有性质或与所述化学受体材料相关的所述固有性质的所 述变化转化为第一信号，和其中所述分析物与所述生物受体材料的相互作用导致所述生物 受体材料的固有性质或与所述生物受体材料相关的固有性质发生变化，和其中所述第二转 换器将所述第二生物受体材料的所述固有性质或与所述第二生物受体材料相关的所述固 有性质的所述变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测分析物的传感器，其包括：包含化学受体材料的第一感应元件，和包含生物受体材料的第二感应元件，其中所述分析物与所述化学或生物受体材料的相互作用，分别导致所述化学和生物受体材料的固有性质或与其相关的固有性质发生变化，所述传感器进一步包括至少一个转换器，其将所述固有性质的所述变化转化为信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：I霍斯帕克，M休尔科，Y约瑟夫，N克拉斯特瓦，G内尔斯，I赖布尔，J尤尔默，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]