用於分析生化試樣的裝置的製作方法

2023-10-28 14:12:42

專利名稱：用於分析生化試樣的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於分析生化試樣的裝置，具有一個試樣載體、一個具有與分析電路相連的光敏層的影像檢測裝置和一個用於試樣的照明裝置。
背景技術：
在生物分子層與試劑之間確定反應的情況下，生物分子層內部產生可作為顏色驟變識別的光吸收的光譜變化或者相應做標記的生物分子通過採用光的激發例如發出螢光輻射，這種情況可以用於利用影像檢測裝置對這些試樣在吸收狀況的光譜變化或者螢光輻射的發射方面進行檢查。為此目的公開的有(DE 101 46 902 A1)影像檢測裝置具有以矩陣設置的光敏元件的層，該設置與試樣在載體上的設置相應，從而可以將從被照明的試樣通過光學透鏡系統由單個光敏元件接收的光分配給單個試樣並分析處理。作為光敏元件使用薄膜技術的發光二極體或者發光電晶體，可以將其單個讀出到分析電路內。用於分析處理生物試樣的這種公開裝置中的缺點主要在於與影像檢測裝置相關的開支，不僅涉及影像檢測裝置的設計結構，而且也涉及試樣載體與影像檢測裝置之間的光學透鏡系統以及試樣載體相對於透鏡系統或影像檢測裝置的精確定向。

發明內容
本發明的目的因此在於，對開頭所述類型用於分析處理生物試樣的裝置這樣構成，使其可以利用結構簡單的裝置保證可靠的試樣分析處理。
本發明的目的由此得以實現，即影像檢測裝置試樣載體上的光敏層在兩個電極層之間包括一個基於有機半導體的感光層，其中感光層與試樣之間的電極層至少部分透光構成。
由於使用一種基於有機半導體的感光層而產生比較簡單的結構條件，它源於有機半導體材料在傳統溶劑中的可溶解性。這一點意味著，基於有機半導體的影像檢測裝置與基於無機半導體的發光二極體或者發光電晶體相比可以較少的開支塗覆在生物試樣的載體上，這樣可以將光敏層直接分配給試樣，優點是可以取消光學透鏡系統。這一點不僅適用於檢測單個試樣，而且也適用於分析處理塗覆在一個載體上的大量試樣，為這些光敏元件必須分配與試樣設置相應的矩陣設置。
由於與無機半導體相比基於有機半導體的光敏層載流子的可移動性較低，所以為彼此隔開各個光敏區無需採取特殊措施。為此目的用於感光層的兩個電極層僅需由相互交叉的導軌構成，它們在交叉區域內限制感光層上的光敏元件，因為比較小的電荷可運動性將電荷遷移基本限制在導軌的交叉區域上，而且感光層內部導軌相鄰交叉區之間電荷運動的影響總體上可以忽略不計。
在此方面，在試樣載體背對試樣的面上或者在試樣載體與試樣之間可以具有光敏層。在兩種實施可能性中，來自試樣的光直接通過感光層檢測而無需光學透鏡系統。但試樣載體遠離試樣面上的感光層需要試樣載體至少部分的透光性。
如果監測由於試樣與試劑反應光吸收產生的光譜變化，那麼可以對試樣從背對感光層的面上進行照明，以檢測透射光並因此檢測光吸收。然而，如果為此利用試樣上的光反射，則不需要這種外部的試樣照明。相同情況也適用於分析處理通過光激發的輻射，例如螢光輻射。在這種情況下，反射所需的光或用於激發相應做標記的生物分子的輻射所需的光由光敏層遠離試樣面上的一個發光層發射，該層為此目的透光構成，這樣在考慮到為感光層使用有機半導體的情況下絕不會造成困難。在光敏層遠離試樣的面上具有發光層使該裝置與外部的照明條件無關，從而擴大了應用的可能性並確保操作簡單。
發光層可以由電致發光二極體以薄膜技術構成。但特別具有優點的結構條件由此產生，即發光層在兩個電極層之間具有一個基於有機半導體的感光層，其中電極層在感光層與光敏層之間至少部分透光。為發光層因此可以在結構和控制方面利用與光敏元件的層上類似的優點，特別是在發光層的感光層的兩個電極層具有相互交叉的導軌情況下，這些導軌在交叉區域內限制感光層上的發光元件。
如果為光敏和發光層各使用一個感光層，那麼兩個感光層彼此相對面上的電極層可以通過一個絕緣層彼此隔開。但也可以為光敏層的感光層和發光層的感光層在兩個位置之間具有一個共用的電極層，這樣本身使結構得到簡化。
因為基於有機半導體的感光層既可以作為光敏也可以作為發光層使用，所以感光層所選擇的區域通過兩個電極層的所屬導軌為發光施加電壓的話，則不需要單獨的發光層。通過這些發光的區域可以向所要檢查的試樣施加光，以便可以或者檢測由試樣反射的光或者檢測通過發射區所發射的光激發的輻射相鄰的光敏區域。
在低激發能情況下一方面對高度光靈敏性和另一方面對良好光效率的要求，需要在感光層的結構方面整體上採取不同的措施。出於這一原因，感光層在發光元件的區域內具有與光敏元件的區域不同的結構。這樣可以為感光層的光敏區域使用兩種分子成分，即一種作為電子施主的共軛聚合物成分和一種作為電子受主的填充物成分，而為發光元件僅使用一種共軛的聚合物。通過缺少一種電子受主，在向該聚合物區施加電壓時可以發光。
光敏元件的輸出信號可以依賴於各個激發的發光元件的局部層而讀出到分析電路內。在這種情況下，試樣可以依賴於發光元件的激發而單個或者按組分析處理，這樣限制可供發光元件使用的激發能，這些元件可以任意順序依次進行激發。此外，光敏元件的輸出信號也可以在時間上依賴於發光元件的激發而進行。通過這種措施可以確保用於激發螢光輻射發射的光不影響螢光輻射的檢測。


附圖中舉例示出本發明的主題。其中圖1以簡化橫剖面圖示出一種用於分析處理生物試樣依據本發明的裝置；圖2示出依據本發明的裝置結構方案與圖1相應的視圖；圖3以橫剖面圖示出光敏元件層的基本結構；圖4以部分分解俯視圖示出圖3光敏元件的層；圖5以示意橫剖面圖示出依據本發明裝置的另一種實施方式，該裝置在光敏元件層的旁邊具有發光元件的層；圖6和7示出與圖5相應裝置的不同實施方式；圖8以部分分解俯視圖示出發光元件的層；以及圖9以部分分解俯視圖示出既作為光敏也作為發光元件構成的感光層。
具體實施例方式
依據圖1，所要分析處理的試樣1塗覆在透光的試樣載體2上，確切地說或者以連續層或者以彼此隔開區域的方式。在透光試樣載體2背對試樣1的面上，具有光敏層3，利用其可以確定試樣與試劑相應反應時通過檢測透射光產生的光輻射吸收的光譜變化或者與做標記的生物分子相應利用光激發的螢光輻射。如從圖2可看到的那樣，光敏層3也可以設置在試樣1與試樣載體2之間，從而試樣1需要時在一個中間絕緣層的中間連接下塗覆在光敏層3上。在這種情況下，試樣載體2無需透光構成。
光敏層3按照圖3和4在由相互交叉的導軌7、8組成的兩個相鄰的電極層5、6之間具有一個感光層4。感光層4基於有機半導體構成，其與層面平行的電荷可運動性比較小，從而在導軌7、8的交叉區域內產生彼此基本上隔開的光敏元件9。雖然感光層4可以不同構成，但在光敏元件的構成方面產生特別有利的關係是，感光層4由兩種有機分子成分組成，即一種作為電子施主的共軛聚合物成分和一種作為電子受主的填充物成分。光敏元件9通過導軌7、8連接在一個分析電路10上，這一點正如圖4中方框所示。層3的光敏元件9的輸出信號因此可以任意的順序讀出到用於分析處理試樣1的分析電路10內。因為由試樣1接收的光輻射必須穿過試樣1與感光層4之間的電極層6，所以電極層6應至少部分透光構成。
試樣1的照明可以從外部進行，也就是從試樣1背對光敏層3的面進行。但更為有利的結構關係由此產生，即為照明試樣1具有一個分配給試樣載體2的發光層11，這一點如圖5、6和7中所示。按照圖5的裝置從圖1光敏層3的設置出發，在光敏層3遠離試樣載體2的面上形成發光層11。這一點意味著，不僅感光層4，而且還有相鄰的電極層5和6必須至少部分透光構成。圖6和7的裝置從與圖2相應的光敏層3的設置出發，其中，按照圖6在試樣載體2與光敏層3之間具有發光層11。與此的區別在於，按照圖7發光層11處於試樣載體2背對光敏層3的面上，該試樣載體在這種情況下至少部分透光。
發光層11具有優點地可以與光敏層3相應在兩個電極層13與14之間具有基於有機半導體的感光層12，這一點如圖8所示。這些電極層13和14也可以包括相互交叉的導軌15、16，在其交叉區域內產生可單個控制的發光元件17。各個導軌15和16可以通過一個控制裝置18施加電壓，以便為發出光輻射激發各自激發的元件17，該輻射穿過光敏元件層3的感光層4並在需要時穿過試樣載體2，以便在相應的標記上發出輻射而激發試樣1，該輻射再由層3的光敏元件9檢測並在分析電路10內進行分析處理。為讀出光敏元件9的輸出信號，可以利用與發光元件17的位置依賴關係和時間依賴關係，以便從該途徑出發進行檢測，即除了由試樣1接收的光外，附加考慮通過層11所發射光產生的光敏元件的基本負荷，儘管這種檢測是同樣可行的。
由於感光層基於有機半導體構成，導軌交叉區域內產生的這種感光層的區域根據加載既可以作為發光元件也可以作為光敏元件使用。因此在感光層4在導軌7和8預先規定的交叉區域內形成發光元件17的情況下，無需發光元件的單獨層11。圖9示出具有附加發光元件17的這種層3。為此目的，光敏元件9和發光元件17的感光層4可以具有不同的結構。在發光元件17的局部區域內，感光層4最好僅由一種共軛聚合物組成，而其它區域內的感光層則由兩種有機分子成分組成，即一種作為電子施主的共軛聚合物成分和一種作為電子受主的填充物成分。圖9中示出元件9和17這些不同的區域，其中，光敏元件9通過導軌7、8連接在分析電路10上，而發光元件17則通過一個控制裝置18進行控制，該裝置與發光元件17的區域內相互交叉的導軌7、8連接。
權利要求
1.用於分析生化試樣的裝置，具有試樣載體、具有與分析電路相連的光敏層的影像檢測裝置和用於試樣的照明裝置，其特徵在於，影像檢測裝置在試樣載體(2)上的光敏層(3)在兩個電極層(5、6)之間包括基於有機半導體的感光層(4)，其中感光層(4)與試樣(1)之間的電極層(6)至少部分透光。
2.按權利要求1所述的裝置，其中，用於感光層(4)的兩個電極層(5、6)由相互交叉的導軌(7、8)構成，它們在交叉區域內限制感光層(4)上的光敏元件(9)。
3.按權利要求1或2所述的裝置，其中，在至少部分透光的試樣載體(2)的背對試樣(1)的面上具有光敏層(3)。
4.按權利要求1或2所述的裝置，其中，在試樣載體(2)與試樣(1)之間具有光敏層(3)。
5.按權利要求1-4之一所述的裝置，其中，照明裝置在至少部分透光的光敏層(3)遠離試樣(1)的面上具有發光層(11)。
6.按權利要求5所述的裝置，其中，發光層(11)在兩個電極層(13、14)之間具有基於有機半導體的感光層(12)，其中電極層(14)在感光層(12)與光敏層(3)之間至少部分透光。
7.按權利要求6所述的裝置，其中，用於發光層(11)感光層(12)的兩個電極層(13、14)具有相互交叉的導軌(15、16)，它們在交叉區域內限制感光層(12)上的光敏元件(17)。
8.按權利要求1-5和權利要求6或7之一所述的裝置，其中，光敏層(3)的感光層(4)和發光層(11)的感光層(12)之間具有一個共用的電極層。
9.按權利要求2-4之一所述的裝置，其中，光敏元件(9)旁邊的感光層(4)在兩個電極層(5、6)導軌(7、8)的所選擇交叉區域內形成發光元件(17)。
10.按權利要求9所述的裝置，其中，發光元件(17)的區域內的感光層(4)具有與光敏元件(9)的區域不同的結構。
11.按權利要求5-10之一所述的裝置，其中，光敏元件(9)的輸出信號可依賴於各自激發的發光元件(17)的局部位置而讀出到分析電路(10)內。
12.按權利要求5-11之一所述的裝置，其中，光敏元件(9)的輸出信號可在時間上依賴於發光元件(17)的激發而讀出到分析電路(10)內。
全文摘要
本發明涉及一種用於分析生化試樣(1)的裝置，具有試樣載體(2)、具有連接在分析電路(10)上的光敏層(3)的影像檢測裝置和用於試樣(1)的照明裝置。為提供簡單的結構條件，提出在試樣載體(2)上的影像檢測裝置光敏層(3)在兩個電極層(5、6)之間包括基於有機半導體的感光層(4)，其中感光層(4)與試樣(1)之間的電極層(6)至少部分透光。
文檔編號G01N21/78GK101014849SQ200580030205
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月24日 優先權日2004年9月8日
發明者弗蘭茨·帕丁格, 克勞斯·G·施勒特爾 申請人:納米識別技術股份公司