专利名称：基于多孔介质中体积全息照相的全息传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于全息照相敏感元件的传感器。
背景技术：
WO-A-9526499公开了一种基于体积全息照相的全息传感器。这种传感器包括一种分析物敏感的基质，所述基质具有一种设置在其整个体积中的光学转换结构。由于这种转换结构的物理排列，使所述传感器产生的光学信号对于在所述分析物敏感基质中由于与分析物的相互作用或反应而发生的体积变化或结构重排是非常敏感的。
在WO-A-9963408中公开了一种用于生产全息传感器的替代方法。采用一种顺次处理技术，其中首先制备聚合物薄膜，随后添加感光卤化银颗粒。这些颗粒通过将可溶性盐分散到聚合物基质中而引入，在所述基质中这些颗粒反应形成不溶性感光沉积物。然后记录全息图案。
发明内容
本发明的一个方面是一种用于检测分析物的传感器，它包括一种全息元件。所述元件包括设置在整个载体介质体积中的全息照相，其中所述全息照相的光学特性随着在整个介质体积内发生的物理性质变化而变化。所述介质可通过现场形成得到，优选地通过在成孔剂存在下由单体聚合反应得到。尽管在所述聚合反应中所述试剂存在且是活性的，但这种试剂不存在于所述传感器中和/或不与分析物或传感器反应。所述试剂可以为气体、液体或固体；固体可被拉出以产生孔隙。
在所述基质中形成附加和/或更大的孔隙可允许所述分析物在整个载体介质中有更大的扩散，从而使所述传感器对于分析物浓度变化更为灵敏。
具体实施例方式
全息传感器通常包括全息载体介质和设置在整个介质体积中的全息照相。所述载体介质与分析物相互作用，导致所述介质物理性质发生变化。这种变化会引起所述全息元件光学特性的变化，例如其极化率、反射率、折射率或吸光率。如果有变化发生，同时所述全息照相正在被入射宽带、非离子化电磁辐射所重放，就会观察到颜色或强度变化。
存在着大量改变物理性质从而改变光学特性的基本方法。可以改变的物理性质优选是所述全息元件的尺寸。这可通过将特定基团引入到所述载体基质中而实现，其中这些基团在与分析物相互作用时会发生构象变化，并引起所述载体介质膨胀或收缩。这种基团优选为分析物物种的特定结合共轭物。其它方法可以是改变所述载体介质的活性水含量。
通过简单地改变载体介质的组成，全息传感器就可用来检测各种不同的分析物。所述介质优选包括一种聚合物基质，但必须对其组成进行优化，才能获得高质量薄膜，即具有均匀的其中可以形成全息条纹的基质的薄膜。所述基质优选由(甲基)丙烯酰胺和/或(甲基)丙烯酸酯衍生单体的共聚反应形成，而且可以交联。特别地，单体HEMA(甲基丙烯酸羟乙基酯)是易于聚合和交联的。聚HEMA由于其可膨胀、亲水且广泛生物相容而是一种通用的载体材料。
全息载体介质的其它实例有明胶、K-carageenan、琼脂、琼脂糖、聚乙烯醇(PVA)、溶胶-凝胶(一般分类)、水凝胶(一般分类)和丙烯酸酯。其它材料是多糖、蛋白质和含蛋白质的材料、寡核苷酸、RNA、DNA、纤维素、纤维素醋酸酯、硅氧烷、聚酰胺、聚酰亚胺和聚丙烯酰胺。明胶是一种用于负载感光物种如卤化银颗粒的标准基质材料。明胶也可在凝胶束上的羧基间通过铬III离子光致交联。
当所述分析物相对于所述聚合物基质的孔隙尺寸相对较大和/或所述聚合物具有很少或没有相关孔隙度时，所述分析物扩散到并遍及整个基质中受到抑制。这样，传感器对分析物浓度变化的响应就会变得更慢。
本发明的传感器包括一种全息载体介质，所述载体介质可在一种能够产生多孔聚合物基质的试剂存在下通过单体或共聚单体的聚合而形成。为了产生具有特定尺寸的孔隙，可以对所述试剂进行优化选择。当所述分析物的位阻体积庞大时，例如大的生物分子如血红蛋白，这一点是非常重要的。
所述成孔剂或致孔剂可为液体、气体或固体，例如碳酸氢盐、碳酸盐或PVC的颗粒。当使用固体颗粒时，它们优选不溶于所述聚合反应混合物，从而在聚合反应后它们仍存在于所述基质中，随后它们可通过反应(例如酸)、溶解或清洗而从中除去。当所述试剂是气体时，它们可鼓泡通过聚合反应混合物。
成孔剂的一种实例是水。通过向单体混合物如HEMA单体中引入水，可在聚合反应过程中产生小的空穴，从而导致孔隙更多的聚合物基质。
例如所述试剂可为所述聚合物的非溶剂。另外一种实例是一种盐，这种盐在聚合反应过程中能以高浓度存在。可以采用金属藻酸盐，它可通过采用EDTA/酸洗涤(以取出所述金属)而被除去，然后溶解。蛋白质或液体可通过酶作用方式被除去。所述试剂也可通过物理方法被除去，例如激光照射或消融。利用局部温差，可局部加热UV吸收剂以引起孔隙形成。
所述试剂可为能够现场产生的气体。电解或物理迁移可模拟在合适体系中气体的形成。如果所述基质结合了一种被气体饱和的溶剂，则除去所述溶剂将产生气泡。气泡的形成可利用表面活性剂如Pluronic进行稳定。
下述实例描述本发明。
实例1通过HEMA单体在水和4％甲醇(w/v)中聚合反应形成聚合物基质。作为参比，通过HEMA单体在异丙醇中的聚合反应制成另一种聚合物。一旦形成，将每种聚合物在50mg/ml血红蛋白中浸泡2小时，并检测各自的吸收光谱，如
图1所示。其中还给出了0.25mg/ml血红蛋白参比液的吸收光谱，用于比较。
在聚合混合物中存在水导致孔隙更多的聚合物基质。由吸收光谱可以看出，所述基质的孔隙度增可允许相对较大的血红蛋白分子更好地扩散，从而得到与血红蛋白溶液的吸收更相关的吸收。
实例2制备一对全息聚合物基质，每一种的单体组成均为70％ HEMA、20％二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)和10％甲基丙烯酸(MAA)。其中一种聚合物是通过单体在丙醇中的聚合制得的；另一种是在水和8％甲醇(w/v)中制得的。然后在每种载体上设置全息记录材料，并记录全息照相。
将显影的全息照相浸在分析物样品中。对于提高的分析物浓度的响应时间如图2所示。在所述聚合反应混合物中存在水产生了一种微孔聚合物结构，从而形成了更为灵敏的全息传感器。
权利要求
1.一种用于检测分析物的传感器，它包括全息元件，所述元件包括介质和设置在整个介质体积中的全息照相，其中所述全息照相的光学特性随着在整个介质体积中发生的物理性质变化而变化，其中所述介质可通过在成孔剂存在下现场形成，其中所述试剂不存在于所述传感器中或不与分析物和传感器反应。
2.权利要求1的传感器，其中所述物理性质是所述介质的尺寸。
3.权利要求1或2的传感器，其中所述光学特性是所述全息元件的反射率、折射率或吸光率。
4.前述权利要求任一项的传感器，其中所述试剂是气体。
5.权利要求1-3任一项的传感器，其中所述试剂是液体。
6.前述权利要求任一项的传感器，其中所述试剂是水。
7.权利要求1-3任一项的传感器，其中所述试剂是可在形成后通过挤出所述试剂得到的固体。
8.前述权利要求任一项的传感器，其中所述介质是可通过现场单体聚合得到的聚合物。
9.权利要求8的传感器，其中所述单体包括甲基丙烯酸羟乙酯。
全文摘要
一种用于检测分析物的传感器，它包括全息元件，所述元件包括介质和设置在整个介质体积中的全息照相，其中所述全息照相的光学特性随着在整个介质体积中发生的物理性质变化而变化，其中所述介质可通过在成孔剂存在下现场形成，其中所述试剂不存在于所述传感器中或不与分析物和传感器反应。
文档编号G02B5/32GK1659430SQ03812953
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年4月5日
发明者C·R·洛维, C·A·B·戴维森, J·布莱斯, S·卡比兰, A·J·马沙尔, B·马德里加尔宫扎勒兹, A·P·詹姆斯 申请人:斯玛特全息摄影有限公司