[發(fā)明專利]使用道威棱鏡的高分辨率表面等離子體共振儀器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980147745.8
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102227626A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 瓊-弗朗索瓦.馬森;奧利維爾.博爾達克
• 申請（專利權）人: 蒙特利爾大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/75;G02B17/08;G01N21/21
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳艷

技術領域

本發(fā)明涉及表面等離子體共振(SPR)儀器。

背景技術

SPR感測已成為廣泛應用的、用于生物分子交互作用的測量、蛋白質的量化、和DNA的測量的技術。簡要地說，SPR依賴于在薄金屬膜與介電材料之間的界面處存在的電荷密度振蕩(charge-density?oscillation)的光激發(fā)。當光在與表面等離子體(SP)的波矢量匹配的波長-角度耦合下處于全內反射時實現(xiàn)共振條件。多種光學構造可能激發(fā)SP。

一種普遍的構造采用單色光來調節(jié)與SP共振的角度，通常被稱為克萊舒曼(Kretschmann)構造。許多商業(yè)上成功的SPR儀器是基于這種克萊舒曼光學構造的。然而，此技術有在生物醫(yī)學應用中使用受限的缺點：這種SPR儀器通常實施起來昂貴，由于光路的尺寸限制，它們不能布署在現(xiàn)場中，并且它們與生物學樣本不兼容。因此，盡管克萊舒曼SPR儀器的普遍性，但是仍有需要開發(fā)一種將高分辨率的角度調節(jié)構造與便宜且便攜的儀器的優(yōu)點相結合的SPR儀器。

作為角度調節(jié)SPR構造的替代，人們已對基于不同構造的SPR儀器做了研究。在它們之中，一種使用光纖作為感測元件的SPR儀器是成本有效的、對研究級儀器的替代；它們是便攜式的且能適用于各種應用，例如鹽度(salinity)傳感器、用于傷口愈合的生物傳感器、用于心臟病標志物(cardiac?marker)的生物傳感器、和用于葡萄球菌腸毒素B(staphylococcal?enterotoxin?B)的生物傳感器。利用位于光纖的尖端(tip)的微棱鏡的近紅外激發(fā)能改善光纖SPR的靈敏度(sensitivity)。然而，利用光纖SPR實現(xiàn)的分辨率受到實現(xiàn)光纖SPR所要求的光纖的數(shù)值孔徑(NA)的限制。大數(shù)值孔徑(NA＝0.39)光纖用于傳播SPR-有效的(SPR-active)波長-角度耦合。然而，由于大量的波長-角度耦合在光纖中傳播并且與SPR表面進入共振，所以SPR光譜變寬從而導致此構造的有限的分辨率特性。為最小化此影像，低數(shù)值孔徑(NA＝0.12)光纖可以更改成在光纖遠端處具有微棱鏡來改善SPR光譜和增大折射率的可達范圍。使用該光纖SPR構造，分辨率限制在近似1.4×10^-6RIU(折射率單元)。光纖的數(shù)值孔徑的進一步減小能實現(xiàn)與角度調節(jié)SPR構造相似的分辨率(近似5×10^-7RIU)。然而，當前的制造技術無法實現(xiàn)這樣的低數(shù)值孔徑。

一種對于角度調節(jié)SPR或光纖SPR的替代是采用多波長激發(fā)。此構造組合了光纖SPR儀器與角度調節(jié)SPR的元件。在多波長激發(fā)方案(scheme)中，來自激發(fā)光纖的準直白光以單角度反射，并且對所反射的光利用使用采集光纖的分光光度計進行分析。除了其它因素以外，多波長SPR的分辨率受到分光光度計的光譜分辨率的限制，所述分光光度計的光譜分辨率是光柵密度(grating?density)的函數(shù)。具有高光譜分辨率的小型分光光度計的最近發(fā)展有可能使得能夠以較小的占地面積(footprint)利用SPR以高分辨率實現(xiàn)對折射率的測量。在角度調節(jié)SPR構造情況下，分辨率取決于入射角度的掃描(慢測量和復雜機械設置)，或者取決于將棱鏡與薄金屬膜(例如由Au制得)之間界面處的入射光束聚焦在光電二極管的線性陣列上(為實現(xiàn)高分辨率而需要精確排列和很長的光路)。因而，角度調節(jié)SPR構造不適用于SPR儀器的廉價設計和便攜性。使多波長SPR儀器的使用受限的當前缺點是，光學元件在激發(fā)角度下的精確排列或小感測元件的制造。

對于多分析物的同時檢測，日益需要一種多路復用陣列。空間分辨的SPR測量提供一種用于監(jiān)測在表面上的折射率的局部變化的技術。這樣，用于多系統(tǒng)/復制(replicate)的生物分子交互作用的檢測可能在空間分辨的感測陣列上進行。SPR成像，也稱為SPR顯微鏡，已應用于生物分子綁定活動(binding?event)的高處理能力(throughput)分析。SPR成像方法近來也通過改善分辨率、光學耦合、和蛋白質陣列構成而得以優(yōu)化。然而，沒有SPR測量具有對表面的SPR圖像和傳統(tǒng)SPR響應進行測量的雙重能力。

附圖說明

在附圖中：

圖1是使用道威棱鏡的SPR儀器的示意圖，其中，激發(fā)光纖與采集光纖之間的單軸光路產生占地面積小(small-footprint)的儀器；

圖2A是一種自動參考的(auto-referenced)或雙通道的SPR儀器的透視圖，所述儀器中，來自道威棱鏡的光束被分束成s偏振參考光束和p偏振檢測光束；而圖2B是圖2A的SPR儀器的示意俯視圖；