专利名称：表面胞质团谐振的制作方法
技术领域：
本发明广泛涉及到分析物的表面胞质团(surface plasmon)谐振检测。本发明还进一步涉及到使用这种装置的方法。
背景技术：
用于从溶液中检测微小可溶性分析物(analytas)的表面胞质团谐振(SPR)的应用是众所周知的(例如见“Advance in Biosensors-AResearch Annual Vol 1.1991”Ed.A P F Turner，Pub.Jai PressLtd，London)。
CB 2 271 886(Secretary of State for Defence)，其可作为参考，公开了SPR装置，其包括用于产生偏振光的光源，其外部有金属涂层并且可以与样品溶液接触的传感器，以及一种用于检测从内部传感器表面内反射的光的装置。
在没有粘合的(bound)分析物情况下，光以一个入射角全内反射，该入射角表示传感器和样品溶液的折射率(RI)的特征。在特定入射角(SPR角)，金属与由偏振光内反射建立的瞬逝波之间的相互作用会引起反射光强度下降。用光探测器可以观察到这一下降。
在瞬逝波区域内，分析物粘合到传感器表面会改变传感器上范围的RI，这会扰动SPR角。这种扰动可以用光传感器观测到，并且与分析物表面浓度有关。
文献中的SPR检测一般都限于使用可溶性分子大小分析物，例如诸如蛋白质和核酸等生物分子，它们是使用适当配位体(liganda)在瞬逝区域内被专门粘接的。
发明内容
根据本发明第一方面，用于检测可溶性和/或特定分析物的表面胞质团谐振装置，其特征包括(a)一个传感器，提供具有粘合分析物能力的金属化传感器表面；(b)一个光源激励光束，用于指向传感器表面；(c)至少一个探测器，它能够检测从传感器表面内反射的光束的光，以及
(d)光束修改装置，由此激励光束以可控方式被影响，由此从传感器表面发射光的水平被基本上增强。
光束修改装置是可以操作的，以便相对于传感器表面，把激励光束移位过一个角范围。
可替换地，光束修改装置可以操作以便调节激励光束的波长。
根据本发明第二方面，一种检测在样品中分析物的方法包括暴露所述样品于一个金属化传感器表面，并且翻译从传感器表面发射的光信号。
可能的分析物可以包括这些特定的或不可溶分析物，其含有例如细菌或其它细胞，孢子，病毒体等的生物分子或由其组成，或者生物分子本身，如蛋白质和聚核苷酸等。
可能的靶子包括隐孢子虫属(cryptosporidium)，E.coli，沙门氏菌属(salmonella)等等。
激励位移装置可以包括光束反射镜，和用来振动该镜子的装置。激励光束可以包括线光束，扇形光束或者是楔形光束。
位移的激励角可以根据在SPR信号中检测到的变化自动调节，从而保持装置“在谐振状态”。考虑到矩阵化的传感器表面的不同区域，可能需要进一步的调节。
提供用于监视在谐振和光散射发射中变化的装置以便维持优选入射角是有利的。
自动扫描是优选的，由此在传感器表面任何给定位置，谐振所需条件和因此基本上最大散射的发射将得以实现。
用适当控制的软件，可以获得最大表面发射条件，由此，例如，在每个单角度扫描过程中，矩阵化的表面的每个限定区域，扫描发生在小于1.0秒的时间周期内。
根据本发明的第三方面包括一个结合如上所述检测装置的显微镜。
根据本发明的实施例装置目前将仅由举例的方式加以描述，参考附图，其中
图1是一个示意图，和图2到7是用来说明其修改的进一步示意图。
在附图中，相同的参考数字应用于相同的特征和元件。
参见
图1，用于检测可溶性和/或微粒的分析物的表面胞质团谐振装置1包括一个棱镜传感器2，它提供金属化(金层)传感器表面3，其能够粘合分析物，并且(在本例中)，激光器10提供导向传感器表面3的光源激励光束4。提供探测器5，它能够检测来自光束4的光6的能力，该光束从传感器表面3被内反射，位移装置7包括振动器8和镜子9，可操作的，由此，激励光束4相对于传感器表面3移动过一个角范围A。
位移装置7可控方式操作来以影响激励光束4，由此，由传感器表面3反射及由探测器5检测到的光水平基本上增强并且提高了分析灵敏度。
将分析物样品15置于金属的传感器表面3上，由此，它暴露于所述表面。探测器5被用来翻译从传感器表面3内反射的光信号6以便对样品15进行分析。
视频摄象系统16，它包括镜子17，显微物镜16和CCD(电荷耦合器件)阵列19，用来检测来自传感器表面的上表面发射的散射光。
图2说明一种改进型，其中表面胞质团装置51被提供了一个反馈系统。
装置51与
图1所示的装置1具有基本相同的形式。然而，装置51包括一个提供金层传感器表面53的棱镜传感器52，和一个提供光源激励光束54用于指向传感器表面53的激光器60。提供两个探测器55a，55b用来检测从传感器表面53反射的内反射光56a，56b，以及包括振动器58和镜子59的位移装置57，操作来移动激励光束54(在被光束分束器62分离成两分量之后)，相对于传感器表面53，越过一个角范围B。
在工作中，在撞击到金属化表面3之前，激励光束54被光束分束器62分束，然后在内反射之后，到一对探测器55a，55b上。探测器55a对应着
图1的探测器5，而探测器55b构成反馈环63的一部分，作为一个最深的SPR最小探测器，反馈给位移或扫描装置57。这种反馈能够优化系统，以确保振动镜子59能够定位在最深的SPR最小处。
这样，就象
图1所示布局说明的情况一样，从传感器表面53发射并且被摄象系统16检测到的光的水平被基本上提高，并且改进了分析灵敏度，而探测器55a提供常规的SPR扫描数据。
图3说明修改的系统101，其中一个半球状传感器块102用来提供一个金属化(黄金)层传感器表面103。
带聚焦透镜110a的(激光)光源110提供一个导向传感器表面103的激励光束104。
从传感器表面103反射的光106通过透镜170并随后被传感器105来检测。
以可控方式操作激光器110，以便使其绕着与光束104吻合的轴线110h旋转，从而用光束扫描一个角θ。
当最大谐振出现时，在角θ处，从传感器层103发射并且被探测器105检测的散射光106可以被测量。可以从光散射最大值或者是最深SPR最小值之间的角度或时间来测量SPR。
和以前一样，通过激励光束104的转动，散射光被基本上增强，并且提高了分析灵敏度。
图4说明图3所示装置的一种改型，其中为了控制光束104的角位置而提供了反馈。
图4说明的装置201有一个光束分束器262，一对探测器205a和205b，用于转动激光器110的步进电机控制器280，以及一个反馈环281。
提供了光束分束器262，以便分离一对光束104a，104b。
装置201能够为最大谐振设置角度θ，然后使用从SPR探测器209b的读出，增量地调节以维持谐振最大值。
图5说明装置301，其中，替代或使用SPR信号，并且用它调节图4所示的角θ，用散射光信号来设置最大谐振的角。
当达到最大光时，使用视频摄像系统16沿着信号线285向步进电机控制280发送一个反馈信号，它接着沿信号线281发送反馈信号到激光器110。
图5还说明了如何通过确定角位置θ的变化从散射光来监视SPR。
图6说明装置401。这里维持角θ，并且用包括控制单元390的光束修改装置来自动扫描和调节激励光束104的波长。
这里可以用激励光束104的可调节波长来测量SPR。可以在探测器105和控制单元390之间提供反馈线391，由此根据沿着线391发射的反馈信号，探测器可以用来扫描和调节激励光束104。
图7说明装置501，它是图5所示布局的一种变形，但是它通过改进角度分辨率和控制而提供了增强的分辨率。
图7表示(激光)光源510的应用，它从视频摄像系统16中接收反馈控制信号590，因此楔形的大固定角度激励光束592由第二光源591和小角度光束593同时提供。光束593可以调节，从而它可以“调谐”到最佳散射光。
本发明也在于结合上述检测装置的显微镜。
本发明可用于分析物，包括微粒，或，含有生物分子、孢子或病毒体，或由其构成的不可溶性分析物。替换物可以包括细菌和光学标记，例如金凝胶(gold gel)，乳胶珠(latex bead)或荧光标记(florescentmarker)。
在此处所公开的任何特征，在可行时，可以加入或替代在这里所公开的任何其它特征。
权利要求
1.用于检测可溶性和/或微粒分析物表面的胞质团谐振装置，其特征为，如果包括(a)一个传感器(2)，提供具有粘合分析物(15)的能力的金属化传感器表面(3)；(b)一个光源激励光束(4)，用于指向传感器表面(3)；(c)至少一个探测器(5)，它具有检测来自从传感器表面被发射出光束(4)的光(6)的能力；以及(d)修改装置(7)，由此激励光束(4)以可控的方式被影响，由此从传感器表面(3)被发射出的光的水平被基本上增强。
2.权利要求1中的装置，其中光束修改装置(7)是可操作的使得激励光束(4)相对于传感器表面(3)移动过一个角范围(A)。
3.权利要求2中的装置，其中激励位移装置(7)包括一个光束反射镜(9)。
4.权利要求2或3中所要求的装置，其中激励光束(4)是线性形式。
5.权利要求2或3中的装置，其中激励光束(4)是扇形。
6.权利要求2或3中的装置，其中激励光束(4)是楔形。
7.权利要求1到6任一中的装置，其中位移(A)的激励角可以根据在SPR信号中检测到的变化自动调节(63)，从而维持装置“在谐振状态”。
8.权利要求7中的装置，进一步调节以便考虑到矩阵化传感器表面的不同区域。
9.权利要求1到8任一的装置，提供用于监视谐振和光散射发射变化的装置(205b)，以便维持优选入射角。
10.权利要求1中的装置，其中光束修改装置(390)是可操作的以便调节激励光束(4)的波长。
11.权利要求10中的装置，其中所述调节是可以用所述光探测器(105)发射出的反馈信号(391)来自动调节。
12.权利要求1到11任一的装置，提供有一个CCD(电荷耦合器件)阵列(19)用于检测从所述传感器表面(3)外部发射出的散射光。
13.权利要求12中的装置，其中由所述CCD阵列(19)提供的反馈信号被用于(281)操作所述光源激励光束(104a)。
14.权利要求1到13任一中的装置，其中光束分束装置(62)被提供来把激励光束分成两个分量，并且提供一对检测器(55a，55b)，一个用于每一个光束分量。
15.一种检测样品中分析物的方法，包括暴露所述样品于一个金属化传感器表面(3)并且翻译从传感器表面发射出的光信号。
16.权利要求15中的方法，其中所述分析物包括微粒或不溶性分析物，所述不溶性分析物包含生物分子、孢子或病毒体或者由其组成。
17.权利要求15中的方法，其中所述分析物包括细菌。
18.权利要求15中的方法，其中所述分析物包括光学标记，例如金凝胶，乳胶珠或荧光标记。
19.权利要求15到18任一权利要求，使用权利要求1到14任一的装置来执行。
20.基本上如参考附图中的
图1所前述的表面胞质团谐振装置。
21.基本上如参考附图中的图2所前述的表面胞质团谐振装置。
22.基本上如参考附图中的图3所前述的表面胞质团谐振装置。
23.基本上如参考附图中的图4所前述的表面胞质团谐振装置。
24.基本上如参考附图中的图5所前述的表面胞质团谐振装置。
25.基本上如参考附图中的图6所前述的表面胞质团谐振装置。
26.基本上如参考附图中的图7所前述的表面胞质团谐振装置。
27.权利要求1到24任一的结合探测器装置的显微镜。
28.基本上如参考附图中的
图1-7所前述的权利要求15到19任一的方法。
全文摘要
用于检测可溶性和/或微粒状分析物的表面胞质团谐振装置(1)包括棱镜传感器(2)，它提供具有粘接分析物的能力的金属化传感器表面(3)，以及激光器(10)，它提供导向传感器表面(3)的光束。提供探测器(5)，它具有检测从传感器表面(3)内反射的光(6)的能力。包括振动器(8)和镜子(9)的位移装置(7)是可操作的，由此激励光束(4)相对于传感器表面(3)移动过一个角范围(A)。分析物样品(15)置于金属的传感器(3)上。探测器(5)用于翻译从传感器表面(3)内反射的光信号(6)，以便对样品(15)进行分析。一个包括镜子(17)，显微物镜(18)和CCD(电荷耦合器件)阵列(19)的视频摄象系统(16)用来检测从传感器表面(3)的顶面上发射的散射光。
文档编号C12Q1/00GK1433516SQ00818859
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月7日 优先权日1999年12月7日
发明者E·A·佩尔金斯, D·J·斯奎雷尔 申请人:英国国防部