等离激元电学制造技术

本发明专利技术涉及检测从含金属的表面传导并发射的电信号形式的荧光、发光、化学发光或磷光特征的检测系统和方法。因此，本发明专利技术不需昂贵的检测器即可提供荧光的数字化和直接检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及产生电能流的系统，以及检测在金属结构中以电信号形式传导的荧光、发光、化学发光或磷光特征的检测系统和方法。
技术介绍
使用生物分析法鉴定和定量蛋白质和其他生物分子，在生物医学和生物化学应用中是极为重要的1_3。荧光在大多数这样的应用中是主流技术，其中目标生物分子通过来自其荧光团标记的结合配偶体的荧光发射进行检测4’5。在平面表面上执行的基于荧光的生物分析一般灵敏度欠缺并需要昂贵的光学仪器6’7。此外，在这些分析中的生物识别事件固有地缓慢(几分钟至数小时)6’7。通过在这些分析中引入等离激元(plasmon)共振粒子(PSP)， 不使用尖端光学仪器即可改进基于荧光的分析的灵敏度8’9。灵敏度的提高可能是由荧光特征的增加和与PSP紧邻放置的荧光团的寿命降低所造成的，这种现象被称为金属增强荧光 (MEF)8,。在基于MEF的生物分析中，将PSP(—般为银纳粒)沉积在平面表面上，并在PSP 上建立生物分析8。因为大多数生物分子的尺寸小于PSP (20-100nm)，因此荧光团被置于其发射会由于它们与PSP的表面等离激元的相互作用而增加的距离内1(1。发光物质与紧邻的金属纳粒的相互作用已被深入研究。这些近场相互作用在大多数情况下非常复杂，但是可以从现象上简单理解为是由于紧邻的荧光团在金属中诱导镜像偶极子(mirror dipole)，镜像偶极子继而以发射的形式来辐射耦合量子，如图1A。这种相互作用以前被恰当地称为“金属增强荧光”。几十年来，基于荧光的技术依靠光检测器将光子通量转变成数字特征，例如光电倍增管或电荷耦合器件(CCD)相机。几乎所有基于荧光的仪器都包含一个或多个这些类型的检测器。然而，这种检测器昂贵，并且需要另外的设备。因此，不需要这种昂贵的检测器就可检测荧光，将是有利的。
技术实现思路
本专利技术涉及检测从含金属的表面上传导并发射的电信号形式的荧光、发光、化学发光或磷光特征的检测系统和方法。因此，本专利技术不需昂贵的检测器即可提供荧光的数字化和直接检测。一方面，本专利技术涉及用于产生电流的系统，所述系统包含基片，包括位于基片上的金属材料，其中金属材料被造型成粒子、纳米结构、岛或胶体，并且至少部分用极性溶液覆盖；一组导电电极，与位于其上的至少两个金属粒子通讯性接触；位于金属材料附近的固有或外来荧光团，其中荧光团被电磁能量激发在金属材料中诱导镜像偶极子，以产生等离激元电流加以储存或导向电流读取装置。重要的是，电流随着结合性荧光团的量的增加而增加，从而提供了用来提供与结合性荧光团的量成比例的电信号的分析。另一方面，本专利技术涉及分析检测方法，所述方法包含在基片上提供导电金属材料，其中金属材料被造型成不连续薄膜、粒子、纳米结构、岛或胶体，并且其中基片具有第一端和相对的第二端；将基片的第一和第二端以及位于其上的至少两个金属粒子与第一和第二电极通讯性接触，其中第一和第二电极与电流读取装置通讯性连接；导入至少一种生物分子，使得置于导电金属材料附近，其中生物分子能够在金属材料中诱导镜像偶极子，并且该偶极子通过与金属材料的预定接近度而增强；从电磁能量源施加电磁能以激发生物分子并在金属材料中诱导镜像偶极子，以产生等离激元电流；以及通过电流检测器测量等离激元电流。上面描述的方法和系统可用于多种检测系统中，包括但不限于免疫分析法、杂交分析法、共振能量转移分析法、基于偏振/各向异性的分析法、基于化学发光的分析法、基于发光的分析法、酶联免疫吸附分析法。另一方面，本专利技术提供了检测系统，所述检测系统包含位于容器内的导电金属材料，其中金属材料被造型成不连续薄膜、粒子、纳米结构、岛或胶体，导电金属材料在基片上；至少一个置于导电金属材料附近的荧光团，其中荧光团能够在金属材料中诱导镜像偶极子，并且该偶极子通过与金属材料的预定接近度而增强；第一和第二电极，与至少两个位于其上的金属粒子通讯性连接，其中第一和第二电极与电流读取装置通讯性连接；电磁能量源，用于激发荧光团并在金属材料中诱导镜像偶极子，以产生等离激元电流，其中电磁能量源与第一和第二电极相距一定距离，以增加被电流读取装置检测的电流。在本实施方案中，生物分子包含当与UV至顶范围内的辐射接触时具有发射荧光能力的荧光组分。另一方面，本专利技术涉及金属增强荧光感测的方法，所述方法包含向检测系统中使用的表面施加导电金属材料，其中表面包括玻璃、石英或聚合材料，其中表面具有第一和第二端，其中第一和第二端以及至少某些金属材料与第一和第二电极通讯性连接，在它们之间放置电流测量装置；导入含有至少一种生物分子的极性溶液，用于置于导电金属表面附近，其中生物分子能够激发以产生偶极矩或发射荧光；使用电磁源激发生物分子以产生偶极矩或发射荧光，并通过这种激发在金属材料中诱导偶极子，以产生等离激元电流；使用电流读取装置例如安培计(ampmeter)测量等离激元电流。优选，电极相隔足够距离以提供最佳电流读数，其中相隔约5nm至lOOnm。另一方面，本专利技术提供了不使用光检测器即可检测样品中靶病原体的方法，所述方法包含提供一种系统，该系统包含固定化金属材料，其位于极性溶液中的表面基片上， 其中基片具有第一和第二端并且基片的第一和第二端包括电极，或至少某些金属材料与第一和第二电极通讯性连接，其中固定化金属材料上附有与靶病原体的已知DNA序列互补的固定化捕获DNA序列探针；以及与靶病原体的已知DNA序列互补的游离捕获DNA序列探针， 其中游离捕获DNA序列探针上附有荧光团；将样品与固定化捕获DNA序列探针相接触，其中靶病原体的任何DNA序列与固定化捕获DNA序列探针结合；将结合的靶病原体DNA序列与游离捕获DNA序列探针相接触，其中游离捕获DNA 序列探针与靶病原体DNA序列的结合导致荧光团定位于距固定化金属材料足够的距离处， 以在金属材料中诱导偶极子；使用UV至顶范围内的电磁能来辐照系统，以激发位于距金属材料预定距离处的荧光团；并且使用位于电极之间的电流检测器测量等离激元电流，其中电流与荧光团的量成比例。优选，导电金属材料采取金属粒子例如纳米结构、岛、胶体、多孔基质或半连续金属表面的形式。金属元素可以包括任何形式的金属，例如银、金、钼、锌、铝、铟、钯、铑、铁、镍和铜，更优选金属材料是银，例如低密度银。基片可以包括玻璃、石英和/或聚合材料。优选，金属材料是粒子的形式并相隔一定距离以提供最佳电流，并且其中电阻高于连续金属薄膜的电阻。优选，每个金属粒子的至少一部分与极性溶剂或具有偶极矩并且可诱导的偶极非质子溶剂例如水、其他极性溶剂包括甲醇或乙酸、离子性盐溶液和/或丙酮、乙二醇二乙酸酯相接触。能够发射荧光和/或在被电磁能激发后表现出偶极矩的分子，包括但不限于荧光团、发色团、发光团或包含外来发光活性的生物分子。一方面，本专利技术涉及生物分析系统，其包含金属表面，用于增强位于金属表面附近的基于化学发光的反应的效果，其中金属表面等离激元被化学发光物质的化学诱导的电子激发态所激发，并且来自化学发光反应的能量的转移在金属结构中诱导了可以使用电流装置测量的等离激元电流。另一方面，本专利技术涉及分析方法，所述方法包含提供至少一个容器或器皿，其中第一和第二电极被置于容器内或与其通讯性连接；在容器中导入金属纳米结构，其中容器包含极性溶液，其中金属纳米结构可以游本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于产生电流的系统，所述系统包含：基片，包括位于该基片上的金属材料，一组导电电极，与位于其上的至少两个金属粒子通讯性接触；固有或外来荧光团，位于所述金属材料附近，其中因电磁能量的所述荧光团的激发在所述金属材料中诱导镜像偶极子，产生等离激元电流以供储存或导向电流读取装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯·D·戈德斯，
申请(专利权)人：马里兰大学，巴尔的摩县，
类型：发明
国别省市：US