[发明专利]改进的传感器测量方法

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及光学传感器测量的领域，且特别是涉及确定结合到光学传感器表面或从光学传感器表面释放的光学探针物种的数量的方法以及用于光学传感器的校准方法。

背景技术

化学传感器和生物传感器的使用是已被接受的。这样的传感器通常由两个可区别的元件组成。一个元件提供传感器的化学或生物化学选择性；这个元件通常由附到固体表面的选择性层组成。该选择性可通过例如选择性地吸收的基质、螯合剂、抗体、选择性地结合的蛋白质、核酸链或受体来提供。样本中所关注的分析物的确定通常涉及分析物或影响一些其它物种的结合或释放的分析物分别到选择性层的结合或从选择性层的释放。第二元件提供物种分别结合到传感器表面或从传感器表面释放的监测。

一种重要类别的传感器基于结合事件的光学监测；这样的传感器称为光学传感器。光学读出机制可基于在例如吸光度、荧光性或折射率中的变化。许多这样的传感器基于内反射的现象；例如，这样的传感器可基于表面等离子体共振（SPR）、受抑全内反射、光波导、临界角量测折射术、干涉折射法、双偏振干涉测量法和其它方法。下面的讨论主要集中于SPR传感器，但是，正如对于技术人员明显的，本讨论的许多方面通常也适用于其它种类的光学传感器，且特别是基于内反射的传感器。

另外，有两种主要类别的SPR传感器。一种基于对应于在规定的波长处的谐振的特定角度的读出；另一种基于对应于在规定的角度处的谐振的特定波长的读出。也存在混合变体，其中角度和波长都被改变。下面的讨论集中于具有角读出的SPR传感器。此外，为简单起见，本讨论集中于所谓的Kretschmann SPR配置，但本讨论也可适用于其它配置，例如Otto配置以及涉及光栅和波导的不同的配置。

SPR传感器的使用是已被接受的（参见例如L.M Lechuga，“Biosensorsand Modern Biospecific Analytical Techniques”中的第五章”OpticalBiosensors”，L.Gorton（ed.），Elsevier，Amsterdam，2005；J.Homola，Chem.Rev.2008，108，462）。通常，不同的物种可被实时地分析，且无需使用贴到分析物的任何标签。灵敏度对许多目的是足够的，且因此是可靠的。但是，也公知SPR传感器在某些应用中的使用是有问题的，且SPR传感器的性能对于一些目的可能是不足够的。例如，SPR传感器的灵敏度是有限的，并可能对小分子的分析是不够的。另一问题可能是当不使用标记时读出的普遍性质；SPR没有用于区分开分析物的结合和任何其它物种的结合的固有机制。特别有问题的是与生物化学起源的样本有关的蛋白质和其它或多或少定义明确的物种的所谓的“非特异性结合”。第三个问题是许多噪声源例如与传感器表面接触的介质的组分的温度变化、机械振动以及虚假变化的影响。作为这些问题的结果，对于SPR传感器，定量分析和传感器校准可能显示不足够的准确度和精密度。

SPR传感器通常用于测量样本介质的折射率，即，复折射率的实部。然而，公知SPR传感器也可用来间接测量吸光度（更正确的术语是消光系数，但是，本文中使用术语“吸光度”，因为它更容易理解），即，复折射率的虚部，因为光吸收影响SPR曲线的形状。另外，传感器表面上的吸附物的厚度可从SPR测量结果中减去。例如H.Kano和S.Kawata（Appl.Opt.1994，33，5166）、S.R.Karlsen等人（Sens.Actuators B 1995，24-25，747）、Z.Salamon等人（Biochim.Biophys.Acta 1997，1331，117）、A.A.kolomenskii等人（Appl.Opt.2000，39，3314）、S.Wang等人（Rev.Sci.Instr.2001，72，3055）以及S.Ekgasit等人（Sens.Actuators B 2005，105，532）讨论了这三个参数的测量。

SPR传感器也已被应用于监测显色反应，即，伴随有颜色变化的化学反应。一些实例是由Y.Hur等人（Anal.Chim.Acta 2002，460，133）报告的银离子探测，以及由P.Uznanski和J.Pecherz（Appl.Pol.Sci.2002，86，1459）报告的氢离子探测。然而，显色反应代表了一种特殊情况，因为化学物种到固体表面的简单的结合通常本身不伴随有颜色变化。