產生衍射圖案的生物傳感裝置的製作方法

2023-05-23 03:23:26 1

專利名稱：產生衍射圖案的生物傳感裝置的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及檢測介質中的分析物，更具體地說，本發明涉及分析物特異性受體在金屬化塑料薄膜上的微接觸印製，以提供指示介質中分析物存在的單一用途的一次性傳感器(sensor)。
背景技術：
已有許多系統和裝置可檢測不同介質中的多種分析物。這些系統和裝置大多相對昂貴，並且需要受過訓練的技術人員來完成測試。在許多情況下，能夠在大量樣本中確定某種分析物是否存在是有利的。這種需求的一個好的例子是食品包裝。目前，對食物樣品是用常規檢測技術隨機檢查微生物汙染情況的。雖然這一取樣方法在大量樣品中可以指示汙染趨勢，但它不能對群體中的每個樣品都進行測試。人們需要的是一種廉價而精確地檢測每個樣品的方法。
Sandstrom等人(應用光學，24，472，1985)描述了一種矽光學基質的應用，該光學基質具有一層一氧化矽和一層矽，形成電介質薄膜。他們指出，薄膜厚度的變化可以改變光學基質的特性，從而產生與薄膜厚度相關的不同的顏色。薄膜的厚度與觀察到的顏色有關，在光學基質上放置一塊薄膜可產生可見的顏色變化。作者指出可用一個數學模型來定量說明顏色的改變，並且「用計算機模型進行計算顯示使用多層結構並不能使光學性能得到改善…但是表面上的生物層對這樣的結構的反射能力影響很小，因為光學特性主要是由多層結構內部的界面決定的。檢測生物層的最靈敏的系統是單層敷層，而在多數其它應用中可採用附加的電介質層。」Sandstrom等進一步指出，位於金屬上的由金屬氧化物形成的滑片(slide)具有某些缺點，在許多生化應用中，金屬離子的存在也是有害的。他們指出，理想的頂部電介質薄膜是2-3納米厚的二氧化矽，它是一氧化矽層在環境大氣下沉積時自發形成的。在玻璃或塑料基質上，可以採用位於40-60納米厚的一氧化矽層上的70-95納米厚的二氧化矽層。他們還描述了通過選擇性蝕刻一氧化矽，用二氯二甲基矽烷處理二氧化矽表面，以及應用抗原和抗體生物層而形成一氧化矽楔形物(wedge)。他們能夠由該楔形物構件通過橢圓計確定薄膜的厚度，並註明「在大約65納米的區域出現最大的對比度，幹涉色由紫色變為藍色」。他們指出，該系統的靈敏度很高，可以用固定化抗體檢測蛋白抗原。他們的結論是「所作的設計對廣泛的應用來說是足夠靈敏的。所用的材料，即玻璃、矽和氧化矽，是化學惰性的，不會影響所研究的生化反應。根據上面的計算，可以設計出適於不同應用的滑片。可用工業方法製造出合格的滑片。有兩種設計已是商業可獲得的。
Bogart等的美國專利5,482,830號描述了一種裝置，它包括具有一個光學活性表面的基質。當用光照射時，該表面會顯示出第一種顏色。該第一種顏色是由發射光的光譜分布決定的。基質也顯示與第一種顏色不同的第二種顏色(通過用與第一種顏色中的組合不同的光的波長組合，或用不同的光譜分布，或所用的不同波長中的一種或幾種的強度與第一種顏色中的不同)。當表面上存在分析物時，用相同的光照射，會顯示第二種顏色。從一種顏色到另一種顏色的轉變可用儀器或肉眼來測量。這種靈敏的檢測比上文所述Sandstrom和Nygren的裝置要先進，並且可使用商業上可獲得的裝置。
但是，Bogart等人的專利所描述的方法和裝置有一些缺點。其中一個缺點是裝置的價格昂貴。裝置的另一個問題是難以控制晶片上的不同層，使得難以獲得可靠的讀數。人們需要的是容易操作且廉價，並且能夠可靠而靈敏地檢測待測分析物的生物傳感裝置。
發明概述本發明提供了一種用於檢測和量化介質中的分析物的，廉價而靈敏的裝置和方法。所述裝置包括金屬化的薄膜，該薄膜上印有分析物特異性受體的特異性的、預定的圖案。通過使能夠散射光的靶分析物與印有受體的塑料薄膜的選定區域結合，由分析物的物理大小和確定的精確位置產生透射和/或反射光的衍射。所產生的衍射圖案可被眼睛或任選地被感受裝置容易地看到。
本發明利用了鏈烷硫醇鹽、羧酸、異羥肟酸、膦酸的圖案化的自組裝單層(self-assembling monolayer)在金屬化熱塑性薄膜上的接觸印製方法，由該方法得到的組合物，以及這些組合物的應用。自組裝單層具有與其結合的感受性材料。該感受性材料依賴於所用的受體對某種或某類分析物有特異性。圖案化的自組裝單層的接觸印製方法在美國專利申請08/707，456號和08/768，449號中全部公開，上述兩篇文獻全部在此引入作為參考。
利用分析物特異性受體的圖案，可以在圖案化的自組裝單層上可控制地放置分析物。由此製得的本發明的生物傳感裝置是這樣使用的首先將生物傳感裝置與含有特定分析物的介質接觸，經過適當的溫育之後，使光(例如雷射)透過薄膜。如果分析物在介質中存在，並與圖案化的自組裝單層上的受體結合，則光被衍射，形成可見的圖象。換句話說，與分析物結合的圖案化的自組裝單層可產生光學衍射圖案，該圖案隨自組裝單層上的受體與待測分析物的反應的不同而不同。光可以是可見光，既可以由薄膜反射，也可以透過薄膜。分析物可以是與自組裝單層反應的任意化合物或顆粒。光可以是白光或可見區域內的單色電磁輻射。本發明還提供了在金或其它適宜金屬或合金上的自組裝單層的柔性支持物。
本發明包括在金或其它適宜金屬上的自組裝單層的支持物，它不需要用於形成排列有序的自組裝單層所需的粘附促進劑。本發明還提供了適於連續印製而非批量印製的在金或其它材料上的自組裝單層的支持物。此外，本發明提供了廉價的，可以大量生產的一次性生物傳感器。本發明的生物傳感器可被製成用於檢測分析物的單一測試裝置或多重測試裝置。本發明的生物傳感器可用於檢測織物(garment)，例如尿布(diaper)中的汙染，以及檢測微生物汙染。
在本發明的另一實施方案中，可將某類特定微生物的營養成分摻入自組裝單層中。這樣可以檢測很低濃度的微生物，方法是先將其與本發明的摻有營養成分的生物傳感器接觸，然後在適於微生物生長的條件下溫育生物傳感器。使微生物生長到足以形成衍射圖案。
本發明也可用於接觸透鏡、眼鏡、窗格玻璃、藥瓶、溶劑容器、水瓶、bandaid等的汙染檢測。
在閱讀下面公開的實施方案的詳細說明之後，本發明的這些和其它特性及優點將是顯而易見的。
附圖簡述

圖1顯示了能夠同時測量介質中幾種不同分析物的生物傳感器。
圖2是自組裝單層的接觸印製的圖示。在含預定圖案的聚矽氧烷母體上聚合聚二甲基矽氧烷(PDMS；聚矽氧烷彈性體184；Dow Corning公司，Midland，MI)。所述圖案具有接近1微米大小的象素點，能顯示簡單全息圖(simple hologram)的衍射圖象。將PDMS從母體上剝離，然後暴露在含HS(CH2)15CH3的溶液中。然後將鏈烷硫醇包被的印模印製在金包被的基質上。再將基質表面暴露於含另一種鏈烷硫醇，例如HS(CH2)11OH的溶液中。
圖3是在MYLAR(購自Courtaulds Performance Films公司，CanogaPark，CA)上蒸鍍的金的原子力顯微圖象。金層的平均粗糙度是3-4納米，最大粗糙度是9納米。
圖4a、4b和4c是實施例1所述的16巰基十六烷酸親水自組裝單層圓環的原子力顯微圖象。圖4a是形貌圖(topography image)，圖4b是側向力圖象，圖4c是三維的形貌圖。
圖5是下文實施例1所述的，通過16-巰基十六烷酸印製形成的親水自組裝單層的10微米直徑圓環的場發射二次電子顯微圖象。
圖6a是下文實施例1所述的，通過16-巰基十六烷酸印製形成的，經過高表面能量照射、固化、光學粘附後的親水自組裝單層的10微米直徑圓環的300倍放大率的光學顯微圖象。所述粘附是用紫外照射固化的。
圖6b是由可見光透過圖5a所述自組裝單層圖案所形成的衍射圖案的照片。
圖7是通過在親水自組裝單層上印製自組裝光固化聚合物，並暴露於高表面能量，紫外固化粘附所形成的10微米直徑圓環的場發射二次電子顯微圖象。
圖8是實施例1所述的印製在金包被的MYLAR上的自組裝單層的1.5微米直徑圓環的場發射二次電子顯微圖象。
圖9a和9b是基於自組裝單層接觸印製的用於釀酒酵母的衍射生物傳感器。
圖10a顯示作為一種表面修飾功能的熱帶假絲酵母的粘附。在這些圖象中，環形物是HS-(CH2)15-CH3，記作CH3，周圍區域是HS-(CH2)15COOH，記作COOH。圖10b是圖10a所示圖案的衍射圖案的照片。
圖11a和11b顯示作為一種表面修飾功能的熱帶假絲酵母的粘附。在這些圖象中，環形物是HS-(CH)2)15-COOH，記作COOH，周圍區域是HS-(CH2)15-CH3，記作CH3。圖11a是顯微照片。圖11b是圖11a中生成圖案的衍射圖案的照片。
圖12顯示進行有絲分裂的釀酒酵母細胞。
圖13顯示帶有L-巖藻糖末端基團的10微米圓環上的釀酒酵母。
圖14a和14b顯示氨基修飾的聚苯乙烯顆粒與巰基十六烷酸包被的圓環的結合。圖14b是圖14a所示樣本的高倍放大圖。
圖15a和15b顯示與糖修飾的自組裝單層連接的用20微米金顆粒標記的伴刀豆球蛋白A的場發射二次電子顯微圖象。伴刀豆球蛋白A上的20微米金產生高影像對比度。圖15a是圖15b中金顆粒的高倍放大圖。
發明詳述本發明涉及用於檢測或定量測定介質中待測分析物的改進的生物傳感裝置和應用該生物傳感裝置的方法。可根據本發明檢測的分析物包括但不限於微生物，例如細菌、酵母、真菌和病毒。與現有技術中的裝置相反，本發明的裝置可以在持續僅幾分鐘的快速測定中檢測介質中的非常少量的分析物。此外，本發明的生物傳感裝置不需要讀取信號或相關的電子部件。
本發明包括將分析物特異性受體微接觸印製在金屬化塑料薄膜上，這使得能夠製備基於光衍射的，單一用途的一次性生物傳感器，以指示分析物的存在。通過將靶分析物與包含受體的塑料薄膜的特定區域接觸，由分析物的物理大小和其已被確定的精確位置產生透射和/或反射光的衍射。例如，酵母、真菌或細菌是足夠大的，當在表面上被放置成有組織的圖案時，可以作為可見光的衍射元件。除產生簡單的衍射圖案外，分析物的圖案還可例如產生全息圖象，和/或改變可見的顏色。因此，全息圖的出現或已存在的全息圖的改變指示了陽性響應。透射光的衍射產生的圖案可以是任意形狀的，包括但不限於通過將分析物與感受性材料接觸而使一種圖案轉變成另一種圖案。在特別優選的實施方案中，將分析物與本發明的生物傳感裝置接觸不到一小時之後便可識別出衍射圖案。
通過與分析物反應而產生光衍射的衍射光柵必須具有1/2光波長的最小周期數(periodicity)，並且與周圍介質的折射率不同。非常小的分析物，例如病毒或分子，可通過使用對這些小分析物有特異性的較大的顆粒而間接地進行檢測。在一個實施方案中，可以這樣檢測小分析物，即用特異性結合待測分析物的感受性材料包被顆粒(例如膠乳珠)。可用在本發明中的顆粒包括但不限於玻璃、纖維素、合成的聚合物或塑料、膠乳、聚苯乙烯、聚碳酸酯、蛋白、細菌或真菌細胞等。顆粒優選是球形的，但顆粒的結構和空間構型對本發明不重要。例如，顆粒可以是薄片、橢球體、立方體等。所需的顆粒大小範圍是直徑為大約0.2微米至50.0微米，優選大約0.4微米至1微米。顆粒的組成對本發明也不重要。
金屬化薄膜上的自組裝單層含有一種感受性材料，例如抗體。該感受性材料可以特異性地結合分析物上的表位，所述表位與結合顆粒所用的表位不同。因此，為了檢測含有小分析物(例如病毒顆粒)的介質，首先將介質與結合了病毒顆粒的膠乳顆粒接觸。然後任意地清洗膠乳顆粒，並使它與金屬化薄膜接觸，所述金屬化薄膜具有包含病毒特異性抗體的自組裝單層。抗體隨後與膠乳珠上的病毒顆粒結合，由此使膠乳珠以與單層相同的圖案固定化在薄膜上。因為所結合的膠乳珠會引起可見光衍射，所以產生了衍射圖案，從而指示液體中病毒顆粒的存在。其它應用顆粒的組合是本領域普通技術人員熟知的。
本發明所要檢測的分析物包括但不限於細菌、酵母、真菌、病毒、風溼性因子、抗體(包括但不限於IgG，IgM，IgA和IgE抗體)、癌胚抗原、鏈球菌A群抗原、病毒抗原、自體免疫病相關抗原、變應原、腫瘤抗原、鏈球菌B群抗原、HIV I或HIV II抗原、這些或其它病毒的宿主應答物(抗體)、特異性針對RSV或病毒的宿主應答物(抗體)的抗原、抗體、抗原、酶、激素、多糖、蛋白、脂類、碳水化合物、藥物(drug)或核酸、沙門氏菌、假絲酵母(包括但不限於白假絲酵母和熱帶假絲酵母)、沙門氏菌、腦膜炎奈瑟氏菌A，B，C，Y和W群135亞群、肺炎鏈球菌、大腸桿菌K1、B型流感嗜血菌、來源於微生物的抗原、半抗原、濫用的藥物、治療性藥物、環境因子、肝炎特異性抗原。
在本發明的另一實施方案中，可將某類特定微生物的營養成分摻入自組裝單層中。這樣可以檢測濃度非常低的微生物，方法是將其與摻入了營養成分的本發明的生物傳感器接觸，然後將生物傳感器在適於微生物生長的條件下溫育。使微生物生長直至有足夠的微生物形成衍射圖案。當然，在某些情況下，微生物可以在沒有營養成分存在的條件下在圖案化的單層上充分增殖，形成衍射圖案。
本發明的一個組成部分是一種感受性材料，它可被微印製在金屬化薄膜上，並與待測分析物特異性結合。由此，感受性材料被定義為某種特異性結合配對物的一部分，所述配對物包括但不限於抗原/抗體、酶/底物、寡核苷酸/DNA、螯合劑/金屬、酶/抑制劑、細菌/受體、病毒/受體、激素/受體、DNA/RNA、RNA/RNA、寡核苷酸/RNA、這些物類與任意其它物類的結合、這些物類與無機物類之間的相互作用。
與連接層結合的感受性材料的特徵在於它能特異性地結合待測分析物。可以用作受體材料的不同材料僅由與第二配對物(partner)選擇性結合(對於任意選定的樣品)的材料的類型決定。可以包括在感受性材料總類中的材料的小類包括毒素、抗體、抗原、激素受體、寄生物、細胞、半抗原、代謝物(metabolize)、變應原、核酸、細胞核物質、自身抗體、血蛋白、細胞碎片、酶、組織蛋白、酶底物、輔酶、神經遞質、病毒、病毒顆粒、微生物、蛋白、多糖、螯合劑、藥物、特定結合配對物的任意其它成員。上面只列出了可包被在連接層上以生成薄膜測試系統的眾多不同材料中的一些。無論待測分析物是什麼，所選用的感受性材料都與其特異性結合。
含有待測分析物的基質可以是流體、固體、氣體，或者體液，例如粘液、唾液、尿、排洩物、組織液、骨髓、腦脊液、血清、血漿、全血、痰、緩衝液、提取液、精液、陰道分泌物、心包、胃、腹膜、胸膜等的洗出液等。待測分析物可以是抗原、抗體、酶、DNA片段、完整基因、RNA片段、小分子、金屬、毒素、環境因子、核酸、細胞質成分、菌毛或鞭毛成分、蛋白、多糖、藥物，或任意其它材料，如表A中列出的那些。例如，用於細菌的感受性材料可特異性地結合表面膜成分、蛋白或脂類、多糖、核酸或酶。特異性針對細菌的分析物可以是多糖、酶、核酸、膜成分、或宿主應答細菌而產生的抗體。分析物的存在可指示傳染病(細菌性或病毒性)、癌，或其它代謝失調或疾病。分析物的存在可作為食品中毒或其它有毒接觸的指徵。分析物可指示藥品濫用或監測治療藥劑的濃度。
這一技術最普遍的應用方案之一是用於免疫測試。然而，一般考慮用於核酸探針、酶/底物、其它配體/受體測試。在免疫測試中，抗體可作為感受性材料，或者是待測分析物。感受性材料，例如抗體或抗原，必須在測試裝置的連接層上形成穩定而緻密的反應層。如果待測的是抗原，而以抗體作為感受性材料，則抗體必須對待測抗原有特異性。抗體(感受性材料)必須以充分的親和力與抗原(分析物)結合，使得抗原能夠保留在測試表面上。在某些情況下，分析物不能簡單地與感受性材料結合，但是會引起感受性材料可檢測地改性。這種相互作用可能引起測試表面上的質量增加，或測試表面上的感受性材料的量減少。後一種情況的一個實例是降解性的酶或其它材料與特異性的固定化底物的相互作用。在這一情形中，人們會在待測分析物發生反應之前看到衍射圖案，但如果待測分析物存在，衍射圖案將會消失。分析物與感受性材料結合、雜交或相互作用的特殊機理對本發明而言並不重要，但可能會影響最終測試方案中所用到的反應條件。
一般來說，感受性材料可以被動地粘附在連接層上。如果需要的話，由連接層引入到測試表面上的游離官能基團可被用於將感受性材料共價連接到測試表面上。可用於連接感受性材料的化學物質是本領域技術人員熟知的。
可用多種技術將感受性材料粘附到連接層上。可通過下列方法將測試表面用感受性材料包被在溶液中完全浸沒一段時間；使用分散陣列或圖案形式的溶液；噴霧、噴墨或其它印製方法；或由適當的溶劑系統進行旋轉塗敷。所選擇的技術應當使塗敷在大量測試表面上所需的感受性材料的量最小，同時在使用時維持感受性材料的穩定性/功能性。該技術也必須能以非常均勻和可再現的方式將感受性材料施加或粘附到連接層上。
受體層是由選自下列的材料形成的抗原、抗體、寡核苷酸、螯合劑、酶、細菌、菌毛、細菌鞭毛物質、核酸、多糖、脂類、蛋白、碳水化合物、金屬、病毒、激素和所述材料的受體。在優選實施方案中，生物傳感裝置被設置成當待測分析物夾在感受性材料和另一種結合劑之間時，用多色光透射時能夠產生肉眼可見的圖案。
可能存在分析物的介質可以是固體、凝膠類、液體或氣體。為了檢測體液中的分析物，可選用尿、血清、血漿、脊液、痰、全血、唾液、泌尿生殖系統分泌物、排洩物、心包、胃、腹膜、胸膜洗出液、陰道分泌物、咽喉拭出物。所用的方法任選包括用分光光度計測量折射圖案。本發明的生物傳感裝置中最常用的氣體是空氣。
本發明的生物傳感裝置利用了鏈烷硫醇鹽、羧酸、異羥肟酸和膦酸在金屬化聚合物薄膜(優選熱塑性聚合物薄膜)上的圖案化自組裝單層的接觸印製方法，由此產生的組合物，以及這些組合物的應用。可能含有分析物受體的其上的圖案化自組裝單層使得流體受控制地分布。本文所用術語「其上的圖案化自組裝單層」是指金屬化聚合物薄膜上的任意圖案的自組裝單層，包括固體圖案。
當其上帶有自組裝單層的薄膜與一種能夠同自組裝單層反應的分析物接觸時，薄膜能夠產生光學衍射圖案，該圖案依自組裝單層與待測分析物的反應的不同而不同。液體可以是高表面張力的流體，例如水。光可以在可見光譜範圍內，既可以被薄膜反射，也可透過薄膜。分析物可以是與自組裝單層反應的任意化合物。
在優選的實施方案中，該方法包括將基質與可能含有分析物的測試樣品接觸，所用的條件使得基質能引起單層的折射率發生變化。當光透過帶有自組裝單層的金屬化熱塑性聚合物時，形成可見的圖案，可通過將光導向表面，或直接透過基質看而見到。
在一個實施方案中，本發明要求保護的是一種浸條(dipstick)，其中微接觸印製的金屬化薄膜安裝在浸條的末端。使用時，將浸條浸入可能含有分析物的液體中，並保持幾分鐘。然後移開浸條，將光投射穿過金屬化薄膜，或者利用薄膜後面的光來觀察薄膜。如果觀察到圖案，則表明液體中存在分析物。
在本發明的另一實施方案中，可在同一支持物上進行多分析物測試。如圖1所示，由幾種微接觸印製的金屬化薄膜20、25、30和35形成條形物10，各薄膜上印有自組裝單層圖案40。微接觸印製的金屬化薄膜15、20、25和30各自具有針對不同分析物的不同的感受性材料。可以看出，本發明可被設置成任意的多種微接觸印製的金屬化薄膜陣列，由此使得本發明的生物傳感器的使用者可以通過一次測試來檢測介質中多種分析物的存在。
在本發明的另一實施方案中，生物傳感器可附著於有粘性背面的粘貼物或印花(decal)，再被置於硬表面或容器壁上。生物傳感器可被置於容器(例如食品包裝物或玻璃瓶)的內表面。生物傳感器隨後經目測檢驗，以確定是否有微生物汙染。
金屬化薄膜上的自組裝單層在無機或金屬表面上的有機化合物的自組裝單層是本發明的一個重要方面。雖然有基於不同有機組分和支持物的許多不同的自組裝單層系統，但優選的系統是金薄膜上的鏈烷硫醇鹽，HS(CH2)nR。典型地，5至2000納米厚的金薄膜是用鍍鈦(titanium-primed)的Si/SiO2晶片或玻璃片支持的。鈦被用作金和支持物之間的粘附促進劑。將金薄膜浸入溶液中，使金的表面化學吸收鏈烷硫醇，鏈烷硫醇脫去氫而形成被吸附的鏈烷硫醇鹽。吸附也可用蒸汽產生。由結構為X(CH2)nY-(CH2)mS的長鏈鏈烷硫醇鹽在金表面上形成的自組裝單層是高度有序的，可被認為是晶體或準晶體分子陣列。多種不同的有機官能基團(X，Y)可被引入單層的表面或內部。
因此，製成的自組裝單層可提供多種不同的材料特性可溼性，以及抵抗與微接觸印製特別相關的由化學蝕刻產生的腐蝕。
圖2描述了微接觸印製過程。用彈性印模將鏈烷硫醇「油墨」通過接觸轉移到金表面上；如果印模是圖案化的，就會形成圖案化的自組裝單層。印模是通過將聚二甲基矽氧烷(PDMS)注入具有所需圖案的母體而製成的。母體是用標準的光學平版印製技術製成的，或用具有微觀表面特性的現有材料製成。
在一個典型的實驗過程中，用光學平版印製技術製成的母體被置於玻璃或塑料的陪替氏培養皿(Petri dish)中，用SYLGARD矽氧烷彈性體184和SYLGARD矽氧烷彈性體184固化劑(Dow Corning公司)的10∶1(重量比或體積比)混合物浸沒所述母體。將彈性體在室溫下靜置大約30分鐘並減壓脫氣，然後在60℃下固化1-2小時，然後小心地從母體上剝離。對彈性體印模的「上墨」過程是這樣進行的使印模與鏈烷硫醇在無水乙醇中的0.1至1.0mM溶液接觸，方法是令該溶液流過印模表面，或用浸透上墨溶液的Q-tip小心地塗擦印模。在環境條件下或通過暴露在氮氣流中使印模乾燥，直至印模表面沒有肉眼可見的液體(一般約需60秒)。上墨後，(一般用手)將印模施加到金表面上。非常輕地用手施壓，以使印模和表面完全接觸。然後小心地從表面剝離印模。除去印模後，用大量的硫醇清洗表面，用化學蝕刻劑(見下文)處理圖案化的金表面，以選擇性地除去金表面(以及下面的支持物，如果需要的話)上的未處理(underivatized)區域。此外，可用第二印模或用不同的鏈烷硫醇清洗整個表面來進一步處理(derivatization)沒有被印上的區域。
印模的彈性對成功地實施這一方法是重要的。聚二甲基矽氧烷(PDMS)在固化之後具有充分的彈性，使得印模和表面之間產生良好的均勻接觸，即使對有明顯凸凹花紋的表面也是如此。這樣的接觸對於有效地將鏈烷硫醇「油墨」接觸轉移到金薄膜上是重要的。當從母體上除去印模時，PDMS的彈性也是重要的。如果印模是堅硬的(母體也是)，則很難在固化後將印模與母體分離，而不損傷兩者之一。PDMS也必須足夠堅硬，以維持它的形狀，甚至亞微米大小的特徵我們已成功地產生了線寬低至200納米的圖案。PDMS表面具有低的界面自由能(y＝22.1達因/釐米)，並且印模不粘附在金膜上。印模是耐用的，同一印模可在幾個月內使用多達100次，而性能沒有明顯降低。PDMS的聚合物特性在上墨過程中也起到重要作用，它使得印模通過膨脹而吸收鏈烷硫醇油墨。將印模製成印花輥可進行連續的印製操作。
在金表面上的微接觸印製可用不同的鏈烷硫醇「油墨」進行。需要用(在施加到金膜之後)不產生活性擴散的鏈烷硫醇來產生高解析度的小的特徵。為了在空氣中壓印，可採用自憎鏈烷硫醇，例如十六烷硫醇。其它非自憎鏈烷硫醇(例如HS(CH2)15COOH)的微接觸印製，可通過在液體(例如水)中壓印而完成。在金上的鏈烷硫醇的圖案化自組裝單層能對大量的溼化學蝕刻劑提供優良的抗性。
在本發明的一個實施方案中，自組裝單層是這樣形成的用圖案化的彈性印模將羧基末端化的鏈烷硫醇壓印在表面是金的熱塑性薄膜(例如MYLAR)上。將鏈烷硫醇以其乙醇溶液形式上墨、乾燥、與金的表面接觸。鏈烷硫醇僅在印模與表面相接觸的區域被轉移到表面上，產生自組裝單層的圖案，該圖案是由印模的圖案確定的。任選地，與壓印區域相鄰的金表面未改性區域可通過與甲基末端化的鏈烷硫醇反應而被賦予疏水性。
本發明的方法和組合物的進一步詳細描述在下文中給出。所有引述的出版物被完整地引入本文作為參考。
可使金屬基質沉積於其上的任意熱塑性薄膜對本發明都是適合的。它們包括但不限於這樣一些聚合物，例如聚對苯二酸乙二醇酯(MYLAR)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、賽璐玢、纖維素例如乙基纖維素、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙酸纖維素、三乙酸纖維素、三乙酸纖維素的聚合物、聚乙烯、聚乙烯-乙酸乙烯酯(vinyl acetate)共聚物、離子交聯聚合物(乙烯聚合物)、聚乙烯-尼龍共聚物、聚丙烯、甲基戊烯聚合物、聚氟乙烯和芳族聚碸類。優選地，塑料薄膜具有大於80％的透光率。其它適宜的熱塑性材料和供應商可在例如《現代塑料百科全書》(Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill出版公司，紐約，1923-1996)中找到。
在本發明的一個實施方案中，帶有金屬鍍層的熱塑性薄膜的透光率在大約5％至95％之間。本發明所用的熱塑性薄膜的透光率更優選在大約20％至80％之間。在本發明的一個優選實施方案中，熱塑性薄膜具有至少大約80％的透光率，金屬鍍層的厚度能使透光率維持在大約20％以上，使得衍射圖案既可由反射光產生，也可由透射光產生。相應的金屬鍍層的厚度是大約20納米。然而，在本發明的其它實施方案中，金的厚度可以在大約1納米和1000納米之間。
沉積在薄膜上的金屬優選是金。也可用銀、鋁、鉻、銅、鐵、鋯、鉑和鎳，以及這些金屬的氧化物。氧化鉻和氧化金可用於製備自組裝單層。
原則上，具有適當大小的起伏的任意表面都可被用作母體。微接觸印製過程起始於適當的凸凹花紋結構，由該結構注塑成彈性印模。該「母體」模板可用光學平版印製或其它方法(例如市售的衍射光柵)產生。在一個實施方案中，印模可用聚二甲基矽氧烷製成。
在另一實施方案中，本發明涉及一種光學測試裝置，它具有光學活性感受性表面，該表面被成形(configure)和設置(arrange)成能同時測試一種待測分析物的多個樣品，所述裝置還具有自動液體處理器械(如移液管)，該器械被成形和設置成將樣品和試劑溶液散布到表面上。
下面提供構建本發明的光學測試表面的最優材料和方法的說明。一般說來，本發明包括用於直接檢測分析物的新的光學活性測試表面。這些測試表面具有通過連接層與其結合的特異性感受性材料。因此，本發明提供了這樣一種檢測方法，包括選擇一種光學基質，將特異性針對待測分析物的感受性材料結合到基質的上層上，使感受性材料與含有待測分析物的樣品流體接觸，然後通過觀察是否形成衍射圖案來檢查在被包被表面形成的透射光衍射的改變。
本發明具有廣泛的用途，並可用於多種特異性結合成對物測試方法。例如，本發明的裝置可在用於抗原或抗體檢測的免疫測試方法中使用。該裝置可被改進，使其可以在直接、間接或競爭性檢測方案中使用，以確定酶的活性，檢測小的有機分子(例如濫用的藥物、治療性藥物、環境因子)，以及檢測核酸。
在本發明的一個實施方案中，自組裝單層具有下列通式X-R-YX與金屬或金屬氧化物有反應性。例如，X可以是不對稱或對稱的二硫化物(-R′SSY′，-RSSY)、硫化物(-R′SY′，-RSY)、二硒化物(-R′Se-SeY′)、硒化物(-R′SeY′，-RSeY)、硫醇(-SH)、腈(-CN)、異腈、硝基(-NO2)、硒醇(-SeH)、三價磷化合物、異硫氰酸化物、黃原酸化物、硫代氨基甲酸酯、膦、硫代酸或二硫代酸、羧酸、羥酸、異羥肟酸。
R和R′是可任意被雜原子間隔的碳氫鏈，並且優選地不含支鏈以獲得最適的緊密堆積(dense packing)。在室溫下，R的長度大於或等於7個碳原子，以克服自組裝單層的天然無序化。在較低的溫度下，R可以較短。在一個實施方案中，R是-(CH2)n-，其中n在10至12之間，包括10和12。碳鏈可任選地被全氟化。應當理解，碳鏈可以是任意長度。
Y和Y′可具有任意所需的表面性質。例如，Y和Y′可以是液相層析技術中用於固定化的大量基團中的任意基團，例如羥基、羧基、氨基、醛、醯肼、羰基、環氧或乙烯基團。傳感層材料的實例見Milan Mrksich和George M.Whitesides的「用微印製使自組裝單層圖案化一種新的生物傳感器技術？」TIBTECH，1995年6月(第13卷)第228-235頁，在此引入作為參考。
烷基膦酸、異羥肟酸和羧酸的自組裝單層也可用於本發明的方法和組合物。由於鏈烷硫醇不能吸附在多種金屬氧化物表面上，因此對於這些金屬氧化物，X優選羧酸、膦酸和異羥肟酸，見J.P Folkers，G.M.Whitesides等，Langmuir，1995，第11卷，第813-824頁。
R也可以是(CH2)a-Z-(CH2)b形式，其中a≥0，B≥7，Z是所需的任意化學官能團(functionality)，例如碸、脲、內醯胺等。
印模可以在空氣中應用，或在流體例如水中應用以防止鏈烷硫醇的過量擴散。對大量或連續的印製方法，優選在空氣中印製，因為這些方法需要較短的接觸時間。
在本發明的一個實施方案中，圖案是在具有自組裝單層的金屬化熱塑性聚合物上形成的。在本發明的另一實施方案中，圖案的凸凹花紋是用自組裝單層形成的。在壓印過程之後，塑料上的金屬化區域被任選地例如用甲基末端化的自組裝單層(例如十六烷硫醇)鈍化。
下面的實施例進一步闡明了本發明，這些實施例不應被視為對本發明的範圍構成限制。相反，應清楚地理解，在閱讀了本發明的說明書後，本領域的技術人員在不背離本發明的實質的情況下，可以想到本發明的多種其它實施方案、改進和等價方案。
實施例1帶有16-巰基十六烷酸和十六烷硫醇圖案的金包被的MYLAR(聚對苯二酸乙二醇酯)的壓印下文描述用16-巰基十六烷酸和十六烷硫醇的圖案印製金包被的MYLAR(聚對苯二酸乙二醇酯)的圖案，如圖2所示。
用等離子沉積的金頂層(topcoat)改性的MYLAR薄膜由CourtauldsPerformance Films(Canoga Park，CA 91304)得到。此MYLAR薄膜的原子力顯微圖象如圖3所示。聚合物薄膜的厚度在2至7密爾之間，金頂層的表面電阻是65歐姆每平方釐米，可見光透光率是20％-65％。
通過下述方法用16-巰基十六烷酸將親水的羧基末端化的鏈烷硫醇的圖案壓印在金包被的薄膜上。以在矽晶片上的直徑10微米圓環的經過曝光和顯影的光刻膠圖案作為母體。圖案的結構特徵的間距大約小於10微米，優選1-5微米。聚二甲基矽氧烷(PDMS，矽氧烷彈性體184，Dow Corning公司，Midland，MI)在母體上聚合，以產生帶有直徑10微米的圓環的印模，圓環的間距為5微米。使印模與16-巰基十六烷酸溶液(1-10mM的乙醇溶液)接觸，再在空氣中乾燥而給印模上墨。基質與印模接觸50秒，再用十六烷硫醇(1-10mM的乙醇溶液)清洗2-4秒。基質最後在乙醇中清洗10秒，在氮氣流中乾燥。羧酸末端化的自組裝單層的10微米直徑圓環的印製結果在圖4a至c和圖5中給出。
在這些親水性自組裝單層圓環上可以選擇性地放置高表面張力流體，例如水、三甘醇或可紫外固化的尿烷丙烯酸粘合劑。這些液體可含有能與靶分析物進行化學或物理反應的溶解或懸浮的試劑，由此使被包被的塑料薄膜上匯集適宜用作廉價的一次性化學傳感器的10微米微反應器。這樣的裝置的一個實例如圖6a和6b、圖7、圖8a和8b給出。
用這些組合可以顯示可見光的衍射。當用5mW、670nm的雷射照射時，反射和透射衍射圖案都能被觀察到。圖6b是透過圖6a的自組裝單層圖案的可見光形成的衍射圖案的照片。用白光進行透射觀察到彩虹樣衍射色彩。
實施例2用六聚物糖硫代結構(hexamer sugar thiostructure)檢測釀酒酵母的實驗方法。用piranha溶液清潔金屬化MYLAR薄膜20分鐘。然後用微孔純化的水清洗薄膜，直至水為中性。然後用紫外-臭氧清潔表面30分鐘。用Q-tip將CH3(CH2)15-SH(1mM乙醇溶液)施加到印模表面。然後將印模壓在MYLAR薄膜的金表面上20秒。施印後形成相反的圓環結構。用乙醇清洗印製後的薄膜，並在氮氣中乾燥。
未被壓印的表面用六聚物糖硫醇包被，方法是將40微升的0.5mM糖溶液滴加到所述表面上。20秒之後，洗掉過量的糖硫醇溶液。將晶片倒懸於酵母懸液(30毫升等滲NaCl溶液中5克酵母)。40分鐘後，用乙醇清洗表面。用氦/氖雷射束(λ＝832.8nm)產生衍射圖案。
實施例3在金屬化MYLAR上用與鏈烷硫醇的末端相連的六葡萄糖分子平均寡聚物產生親水自組裝單層的圖案(見實施例2)。用間距5微米的10微米直徑圓環產生能夠結合靶生物體的平板。透過與甲基末端化的鏈烷硫醇反應而使未被壓印的區域具有疏水性。這樣製成的樣品是不產生衍射的。將此樣品的一平方釐米大小的一塊與含有1克麵包酵母和0.9重量％鹽的30毫升水溶液接觸40分鐘，然後用等量的水清洗。圖9a和9b分別顯示了樣品的顯微照片和用氦氖雷射照射樣品產生的衍射圖象。不含糖的對照樣品不產生衍射，也不附著顆粒。由圖9a可以看出，酵母附著到糖硫醇的10微米圓環上，但不附著在疏水性的甲基末端化自組裝單層上。明顯地，附著酵母的圓環在一個優選方向上有些匯合。圖9b顯示由附著的酵母產生的632nm光衍射。衍射可作為檢測酵母細胞是否存在的基礎。
實施例4釀酒酵母的檢測用piranha溶液將待印製的金屬化MYLAR薄膜清洗20分鐘。用微孔純化的水清洗薄膜直至水為中性，再用紫外-臭氧清潔30分鐘。CH3(CH2)15-SH(1mm乙醇溶液)疏水層的微印製是用q-tip在印模表面進行的。將印模壓在MYLAR薄膜的金表面上20秒。施印後形成相反的圓環結構。用乙醇清洗印製後的薄膜，並在氮氣中乾燥。
未被壓印的表面用六聚物糖硫醇包被，方法是將40微升的0.5mM糖溶液滴加到所述表面上。20秒之後，洗掉過量的糖硫醇溶液。將晶片倒懸於酵母懸液(30毫升等滲NaCl溶液中5克酵母)。40分鐘後，用乙醇清洗表面。用氦/氖雷射束(λ＝832.8nm)產生衍射圖案。
實施例5特異性針對熱帶假絲酵母的生物傳感器用原始熱帶假絲酵母(DSM 1348)的一個克隆接種瓊脂平板(通用的酵母培養基)。25℃下培養2天後，收集細胞，用酵母培養基稀釋。然後用超聲波處理懸液以分離細胞團塊。
微接觸印製的實驗性方法與實施例2的相同。實驗中所用的硫醇是HS-(CH2)15-CH3，記作CH3，HS-(CH2)15COOH，記作COOH。
金-水在細胞溶液中的溫育時間在1夜和3天之間。溫育後不洗去樣品。下列組合由指定的數字代表。
3)圓環是CH3-周圍區域是過夜溫育的COOH(圖10a是表面的顯微照片，圖10b是由圖10a的圖案化表面產生的衍射圖案)。
2)圓環是COOH-周圍區域是過夜溫育的CH3(圖11a是表面的顯微照片，圖11b是由圖11a的圖案化表面產生的衍射圖案)。
實施例6用包被了巰基十六烷酸的乙醇溶液的10微米圓環印模接觸印製金/MYLAR基質。然後用十六烷硫醇的乙醇溶液填充圓環周圍的區域。用碳二亞胺偶聯法以L-巖藻糖酯化酸末端基團。此方法包括將接觸印製的金/MYLAR置於41mM二環己基碳二亞胺(DCC)的吡啶溶液中5-6分鐘，然後立即轉移至含有L-巖藻糖的3.3mM吡啶溶液的瓶中。2.5小時後，移出金/MYLAR樣品，先用蒸餾水再用乙醇充分清洗，然後乾燥。
將此樣品與0.5克麵包酵母(釀酒酵母)在15毫升0.9％氯化鈉水溶液中形成的懸液接觸。8天後，用蒸餾水短暫地清洗樣品，將其在氮氣流中乾燥。當用氦/氖雷射束(λ＝832.8nm)照射時，該樣品會使光衍射。掃描電子顯微照片(SEM)顯示10微米圓環中酵母的存在(見圖13)。圖12顯示了一個正在進行有絲分裂的酵母細胞。圖13表明即使與圓環結合之後，酵母細胞仍然是活的。
實施例7用包被了巰基十六烷酸的乙醇溶液的10微米圓環印模接觸印製金/MYLAR基質。然後用十六烷硫醇的乙醇溶液填充圓環周圍的區域。
然後將該樣品與131納米氨基修飾的聚苯乙烯顆粒(Seradyn公司目錄號F103092)的大約1010顆粒/毫升的水懸液接觸。2天後，移出樣品，小心地用乙醇清洗以除去未結合的顆粒。樣品的一部分使雷射衍射，SEM分析表明顆粒傾向於在圓環周圍聚集(見圖14a和14b)。圖14b是圖14a所示樣品的高倍放大圖。
實施例8用包被了巰基十六烷酸的乙醇溶液的10微米圓環印模接觸印製金/矽基質。用碳二亞胺偶聯法以L-甘露糖酯化酸末端基團。此方法包括將接觸印製的金/矽置於41mM的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(FDAC)的水溶液中5-8分鐘，然後立即轉移至含有D-甘露糖的9.9mM水溶液的瓶中。3.5小時後，移出金/矽樣品，先用蒸餾水再用乙醇充分清洗，然後乾燥。
用幾滴磷酸緩衝液(20mM磷酸，80mM氯化鈉，pH7.4)覆蓋樣品，然後向緩衝液滴加入20微升用20納米膠體金(Sigma化學公司，St.Louis，MO)標記的伴刀豆球蛋白A。30分鐘後，樣品在緩衝液中充分清洗，然後用蒸餾水進行更多的清洗，再在氮氣流下乾燥。SEM分析顯示與圓環結合的20nm大小的金顆粒的存在(見圖15)。因為伴刀豆球蛋白A特異性地與甘露糖結合，此測試證實了10微米圓環中甘露糖的存在。
本領域的技術人員現在可以看出，根據給出的實施例，不背離本發明實質的條件下，可對本發明進行某些改進。由於上文已依據優選實施方案對本發明進行了描述，應理解本發明適應於多種重新安排、改進和變更，所有這些重新安排、改進和變更都應屬於本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種生物傳感器，其包括包被了金屬的聚合物薄膜；和印製在聚合物薄膜上的自組裝單層，其中自組裝單層上具有特異性針對分析物的感受性材料。
2.權利要求1的生物傳感器，其中自組裝單層被印製成一種圖案，使得當生物傳感器與分析物結合時，生物傳感器衍射透射光，形成衍射圖案。
3.權利要求2的生物傳感器，其中衍射圖案是可見的。
4.權利要求1的生物傳感器，其中金屬選自金、銀、鉻、鎳、鉑、鋁、鐵、銅、氧化金、氧化鉻或鋯。
5.權利要求1的生物傳感器，其中金屬是金。
6.權利要求5的生物傳感器，其中金包被層的厚度是大約1納米至1000納米之間。
7.權利要求1的生物傳感器，其中聚合物薄膜是聚對苯二酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、賽璐玢、纖維素例如乙基纖維素、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙酸纖維素、三乙酸纖維素、三乙酸纖維素的聚合物、聚乙烯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子交聯聚合物(乙烯聚合物)、聚乙烯-尼龍共聚物、聚丙烯、甲基戊烯聚合物、聚氟乙烯和芳族聚碸類。
8.權利要求7的生物傳感器，其中聚合物薄膜是聚對苯二酸乙二醇酯。
9.權利要求1的生物傳感器，其中熱塑性薄膜是光學透明的。
10.權利要求1的生物傳感器，其中熱塑性薄膜的光學透明度在5％至95％之間。
11.權利要求1的生物傳感器，其中熱塑性薄膜的光學透明度在大約20％至80％之間。
12.權利要求1的生物傳感器，其中自組裝單層是由下列通式的化合物形成的X-R-Y其中X與在聚合物薄膜上的金屬或金屬氧化物有反應性；R是碳氫鏈；Y是具有任意所需特性的化合物。
13.權利要求12的生物傳感器，其中X是不對稱或對稱的二硫化物(-SSY′，-SSY)、硫化物(-′SY′，-SY)、二硒化物(-′Se-SeY′)、硒化物(-SeY′，-SeY)、硫醇(-SH)、腈(-CN)、異腈、硝基(-NO2)、硒醇(-SeH)、三價磷化合物、異硫氰酸化物、黃原酸化物、硫代氨基甲酸酯、膦、硫代酸或二硫代酸、羧酸、羥酸、異羥肟酸；R和R′是可任選被雜原子間隔，可任選被全氟化的碳氫鏈，並且優選是不分支的；Y和Y′是羥基、羧基、氨基、醛、醯肼、羰基、環氧或乙烯基團。
14.權利要求12的生物傳感器，其中R的長度大於7個碳原子。
15.權利要求12的生物傳感器，其中R是式(CH2)a-Z-(CH2)b化合物，其中a≥0，b≥7，Z是所需的任意化學官能團。
16.權利要求15的生物傳感器，其中Z選自碸、內醯胺和脲。
17.權利要求1的生物傳感器，其中有兩個或多個具有不同化學特性的自組裝單層。
18.權利要求1的生物傳感器，其中第一自組裝單層是疏水性的，第二自組裝單層是親水性的。
19.權利要求1的生物傳感器，其中分析物是細菌、酵母、真菌、病毒、風溼性因子、IgG、IgM、IgA和IgE抗體、癌胚抗原、鏈球菌A群抗原、病毒抗原、自體免疫病相關抗原、變應原、腫瘤抗原、鏈球菌B群抗原、HIVI或HIVII抗原、抗體病毒、特異性針對RSV的抗原、抗體、抗原、酶、激素、多糖、蛋白、脂類、碳水化合物、藥物或核酸、腦膜炎奈瑟氏菌A，B，C，Y和W群135亞群、肺炎鏈球菌、大腸桿菌K1、B型流感嗜血菌、來源於微生物的抗原、半抗原、濫用的藥物、治療性藥物、環境因子或肝炎特異性抗原。
20.權利要求19的生物傳感器，其中分析物是細菌、酵母、真菌或病毒。
21.權利要求1的生物傳感器，其中感受性材料是抗原、抗體、寡核苷酸、螯合劑、酶、細菌、酵母、真菌、病毒、菌毛、細菌鞭毛物質、核酸、多糖、脂類、蛋白、碳水化合物、金屬、激素和所述材料的受體。
22.權利要求20的生物傳感器，其中真菌是假絲酵母。
23.權利要求1的生物傳感器，其中生物傳感器附著於一種容器的內壁。
24.權利要求23的生物傳感器，其中容器是小瓶。
25.權利要求1的生物傳感器，其中容器是食品容器。
26.權利要求1的生物傳感器，其中生物傳感器附著於織物的內壁。
27.權利要求26的生物傳感器，其中織物是尿布。
28.一種製備生物傳感器的方法，其包括用感受性材料將自組裝單層的圖案印製在包被了金屬的聚合物薄膜上。
29.權利要求28的方法，其中自組裝單層被印製成一種圖案，使得當生物傳感器與分析物結合時，生物傳感器衍射透射光，形成衍射圖案。
30.權利要求28的方法，其中金屬選自金、銀、鉻、鎳、鉑、鋁、鐵、銅、氧化金、氧化鉻或鋯。
31.權利要求30的方法，其中金屬是金。
32.權利要求31的方法，其中金包被層的厚度是大約1納米至1000納米之間。
33.權利要求28的方法，其中聚合物薄膜是聚對苯二酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、賽璐玢、纖維素例如乙基纖維素、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙酸纖維素、三乙酸纖維素、三乙酸纖維素的聚合物、聚乙烯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子交聯聚合物(乙烯聚合物)、聚乙烯-尼龍共聚物、聚丙烯、甲基戊烯聚合物、聚氟乙烯和芳族聚碸類。
34.權利要求28的方法，其中聚合物薄膜是聚對苯二酸乙二醇酯。
35.權利要求28的方法，其中聚合物薄膜是光學透明的。
36.權利要求28的方法，其中聚合物薄膜的光學透明度在5％至95％之間。
37.權利要求28的方法，其中聚合物薄膜的光學透明度在大約20％至80％之間。
38.權利要求28的方法，其中自組裝單層是由下列通式的化合物形成的X-R-Y其中X與在聚合物薄膜上的金屬或金屬氧化物有反應性；R是碳氫鏈；Y是具有任意所需特性的化合物。
39.權利要求38的方法，其中X是不對稱或對稱的二硫化物(-R′SSY′，-RSSY)、硫化物(-R′SY′，-RSY)、二硒化物(-R′Se-SeY′)、硒化物(-R′SeY′，-RSeY)、硫醇(-SH)、腈(-CN)、異腈、硝基(-NO2)、硒醇(-SeH)、三價磷化合物、異硫氰酸化物、黃原酸化物、硫代氨基甲酸酯、膦、硫代酸或二硫代酸、羧酸、羥酸、異羥肟酸；R和R′是可任選被雜原子間隔，可任選被全氟化的碳氫鏈，並且優選是不分支的；Y和Y′是羥基、羧基、氨基、醛、醯肼、羰基、環氧或乙烯基團。
40.權利要求38的方法，R的長度大於7個碳原子。
41.權利要求38的方法，其中R是式(CH2)a-Z-(CH2)b化合物，其中a≥0，b≥7，Z是所需的任意化學官能團。
42.權利要求38的方法，其中Z選自碸、內醯胺和脲。
43.權利要求28的方法，其中有兩個或多個具有不同化學特性的自組裝單層。
44.權利要求28的方法，其中第一自組裝單層是疏水性的，第二自組裝單層是親水性的。
45.權利要求28的方法，其中分析物是細菌、酵母、真菌、病毒、風溼性因子、IgG、IgM、IgA和IgE抗體、癌胚抗原、鏈球菌A群抗原、病毒抗原、自體免疫病相關抗原、變應原、腫瘤抗原、鏈球菌B群抗原、HIV I或HIV II抗原、抗體病毒、特異性針對RSV的抗原、抗體、抗原、酶、激素、多糖、蛋白、脂類、碳水化合物、藥物或核酸、腦膜炎奈瑟氏菌A，B，C，Y和W群135亞群、肺炎鏈球菌、大腸桿菌K1、B型流感嗜血菌、來源於微生物的抗原、半抗原、濫用的藥物、治療性藥物、環境因子或肝炎特異性抗原。
46.權利要求45的方法，其中分析物是細菌、酵母、真菌或病毒。
47.權利要求28的方法，其中感受性材料是抗原、抗體、寡核苷酸、螯合劑、酶、細菌、酵母、真菌、病毒、菌毛、細菌鞭毛物質、核酸、多糖、脂類、蛋白、碳水化合物、金屬、激素和所述材料的受體。
48.一種在介質中檢測分析物的方法，其包括將懷疑含有分析物的介質與生物傳感裝置接觸，所述生物傳感裝置包括包被了金屬的聚合物薄膜；和印製在聚合物薄膜上的自組裝單層，其中自組裝單層上具有特異性針對分析物的感受性材料；使光透過聚合物薄膜；通過檢測透射光衍射形成的圖案來檢測與感受性材料結合的分析物的存在。
49.權利要求20的生物傳感器，其中細菌是沙門氏菌。
全文摘要
本發明提供了用於檢測和量化介質中的分析物的廉價而靈敏的裝置和方法。所述裝置包括金屬化的薄膜,該薄膜上印有分析物特異性受體的特異性的、預定的圖案。通過使靶分析物與印有受體的塑料薄膜的選定區域結合,由分析物的物理大小和確定的精確位置產生透射和/或反射光的衍射。所產生的衍射圖案可被眼睛或任選地被感受裝置容易地看到。
文檔編號G01N21/77GK1246179SQ97181803
公開日2000年3月1日 申請日期1997年12月17日 優先權日1996年12月18日
發明者D·S·埃韋哈特, R·M·凱勒, M·格魯澤, F·K·D·莫哈特 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司