[发明专利]使用多层衬底结构的发光传感器

说明书

技术领域

本发明涉及例如发光生物传感器或发光化学传感器等的发光传感器，其包括例如多层线栅的多层衬底结构，并且在例如线栅的所述多层衬底结构的特定位置处提供结合位置。本发明还涉及一种用于制造这样的发光传感器的方法。根据本发明的发光传感器显示出高灵敏性。

背景技术

传感器广泛应用于测量物理属性或物理事件。例如，传感器输出如电信号、光信号或声信号的测量的功能读数，并且可输出数字信号。这样的信号是可通过其它装置转换成有用信息的数据。传感器的一个特别的例子是生物传感器。生物传感器是检测目标实体的存在(即定性的)或者测量一定量(即定量的)的目标实体的装置，所述目标实体是例如血液、血清、血浆、唾液等的流体内的例如分子、蛋白质、病毒、细菌、原生动物、细胞成分、细胞膜、孢子、例如DNA、RNA等的核苷酸，但不限于这些。该目标分子也被称为“分析物”。在几乎所有情况下，生物传感器使用包括用于捕获分析物的特定识别元素的表面。因此，可通过将特定分子附着于传感器装置的表面而改良传感器装置的表面，该特定分子适合于结合存在于该流体内的目标分子。

对于分析物和特定分子的最佳结合效率而言，大表面面积和短扩散长度是非常有利的。因此，人们曾提议用微米或纳米多孔衬底(膜)作为结合大面积和快速结合动力学的生物传感器衬底。特别地，当分析物浓度低(例如低于1nM，或者低于1pM)时，扩散动力学对生物传感器化验的总性能起着重要作用。

通过荧光可检测结合分析物的数量。在此情况下，该分析物自身可带有荧光标记，或者可利用经荧光标记的第二识别元素进行另外的培养(incubation)。

例如散射、发光体变白(bleaching)、衬底的本底荧光和激发光的不完全去除等几种因素可阻碍结合分析物的量的检测。而且，为了能够辨别结合标记和溶液内的标记，需要执行一个(或多个)清洗步骤以去除未结合的标记。

在操作在流体内的具有亚波长空间分辨率的发光传感器内，光在亚波长孔口或缝隙上反射，因为这些孔口或缝隙小到光无法检测。这在孔口或缝隙内产生隐失场，该隐失场用于激发存在于该处的发光体。用来自传感器的第一侧的激发辐射照射发光传感器。所产生的冷光可从在相对于第一侧即相对于该传感器被照射的侧的一侧的传感器的孔口或缝隙发出，并在该处检测冷光，以这种方式分离激发辐射和发光辐射。该(反射)效应还抑制了在孔口或缝隙的激发侧上产生的本底发光。

然而，包括缝隙或孔口的发光传感器可能具有确定发光体应当优选与表面结合的特定位置的问题。换句话说，难以在激发和检测的结合效率最高的位置处定位或提供优选的结合位置，因此难以获得高灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光输出的例如发光生物传感器或发光化学传感器的改良的发光传感器，以及一种用于制造这样的发光传感器的方法。本发明的优点是具有高灵敏性的发光传感器。

通过根据本发明的方法和装置实现上述目的。

在所附的独立权利要求和从属权利要求中说明了本发明的特定的和优选的方面。可将从属权利要求的特征与独立权利要求的特征结合，并且与其它的从属权利要求的合适的而不仅仅是该权利要求内明确陈述的特征结合。

本发明提供一种发光传感器，例如发光生物传感器或发光化学传感器，其包括具有诸如孔、针孔、间隙、缝隙或者其它形成在衬底内的开口等的小孔的第一多孔多层衬底结构，在该发光传感器中多层衬底结构包括至少一个由第一材料所形成的第一层和至少一个由第二材料所形成的第二层，其中第一材料对存在于孔口内的发光体显示出第一结合力，而第二材料对存在于孔口内的发光体(例如荧光团)显示出第二结合力，第一结合力高于第二结合力。

根据本发明的传感器的优点是在激发和检测的结合效率是最高的位置处提供优选结合位置，从而显示高效率。

可优选在照射传感器的且被设置在传感器的第一侧的激发辐射源的最近处设置例如荧光团的发光体，因为激发效率在该位置处是最高的。在根据本发明的优选实施例中，可在相对于第一侧的传感器的第二侧处执行对发光辐射的检测。然而，在其它优先性较低的实施例中，还可在该传感器的相同的第一侧执行对发光辐射的检测。

根据本发明的一个实施例，多层衬底结构可包括缝隙以及一个第一层和一个第二层。

在本发明的其它实施例中，多层衬底结构可包括针孔以及一个第一层和一个第二层。

根据本发明的实施例，第一层可设置在第二层之上，并且可使其最接近传感器的设有用于照射传感器的激发辐射源的一侧。