[发明专利]超灵敏传感器

说明书

交叉引用

本申请要求2012年4月10日提交的美国临时申请序列号61/622,226的权益，该临时申请出于所有目的以引用的方式并入本文。

关于联邦政府赞助研究的声明

本发明在美国政府支持下进行，由国防高等研究计划局(DARPA)授予的批准号为FA9550-08-1-0222，美国政府享有本发明的某些权力。

背景

存在对增强生物和化学测定的冷光信号(例如，荧光信号)和检测灵敏度的巨大需要。本申请涉及微观/纳米结构和分子层以及用于实现增强(即冷光的放大和检测灵敏度的提高)、其制造和应用的方法。

概述

本公开尤其提供一种纳米传感器，其包括基底和一个或多个从所述基底表面延伸的立柱，所述立柱具有在立柱侧壁上的金属点结构、在所述立柱顶部的金属盘以及覆盖所述立柱底部附近较大区域的金属底板。所述纳米传感器进一步包括覆盖所述金属点结构和/或金属盘和/或金属底板的至少一部分并且结合捕获剂的分子粘附层。所述纳米传感器用特异性捕获目标分析物(例如，可为蛋白质或核酸的分子)的捕获剂涂覆。所述分析物可为直接或间接光学标记的。在间接标记中，具有光标签的第二捕获剂(即，标记的检测剂)用于结合捕获的分析物并因此确定捕获的分析物的存在。当分析物结合捕获剂时，纳米传感器放大来自分析物的光信号。

附图简述

熟练技术人员将理解，以下所述附图仅出于说明目的。附图不旨在以任何方式限制本教导的范围。一些附图并未按比例绘制。

图1图A和图B示意性示出主题纳米装置的实施方案的一些特征。图C示意性示出其中可制造主题纳米装置的一种方式。

图2示意性示出一种示例性系统。

图3示意性示出一种示例性自组装单层。

图4示意性示出一种示例性抗体检测测定。

图5示意性示出一种示例性核酸检测测定。

图6示意性示出另一种核酸检测测定实施方案。

图7盘连接立柱点天线阵列(D2PA)板和免疫测定。(a)没有免疫测定D2PA板的示意图(整体图和横截面图)。D2PA具有其中带有密集等离子体振子纳米点的密集三维(3D)共振腔纳米天线(由周期性非金属立柱顶部的金盘和立柱足上的金底板形成)，并且将金属部件连接至纳米间隙。(b)D2PA上的免疫测定的示意图，其由粘附层的自组装单层(SAM)、蛋白质-A(作为捕获层)和用IRDye-800cw预标记的人-IgG(作为预标记的生物标志物)组成。(c)具有200nm周期的D2PA的扫描电子显微照片(SEM)(整体图和横截面图)。清楚地观察到静置于硅石纳米立柱侧壁上的金纳米点。

图8在免疫测定沉积(蓝线)和不沉积(红线)的情况下的D2PA的测量的吸收光谱。在进行和不进行免疫测定的情况下，峰吸光度分别为98％和97％并且共振峰宽为165nm和145nm。免疫测定的沉积从795nm至788nm稍微蓝色偏移吸收峰并且增宽吸收波长范围

图9分别用通过D2PA(红线)和玻璃板(蓝线，放大1000倍以在给定标度下为可见的)上的测定捕获的IRDyeg00CW标记的人-IgG的测量的面积平均荧光强度光谱。与玻璃板上的测定相比，平均荧光增强(虚线)在荧光峰波长(800nm)下为7,440倍并且当平均值超过FWHM荧光时为7,220倍。等离子体振子荧光增强因子(EF)光谱具有比荧光光谱宽得多的FWHM，这与观察到的D2PA等离子体振子共振光谱相一致(图5)。

图10在大面积上的荧光增强的测量的均匀度。(a)在D2PA的总计5mm×5mm区域上的测量的免疫测定荧光增强(因子)图。所述图具有总计2,500个方块(50×50)，通过使用100μm×100μm的每个方块面积(即激光探测面积)和100μm的分步重复距离来测量。(b)测量的增强因子的对应直方图给出±9％的高斯分布变化。

图11蛋白质A和IgG的模型直接测定。荧光强度对比D2PA(方块)和玻璃板参考(圆圈)上的IgG浓度。方块和圆圈为测量的数据，并且曲线为使用五参数逻辑回归模型以允许推断测量的数据点之间的数据点的拟合曲线。发现D2PA和玻璃板的检测限(LoD)分别为0.3fM和0.9nM，得到3,000,000倍的LoD增强。D2PA上的免疫测定的示意图，其由粘附层的自组装单层(SAM)、蛋白质-A(作为捕获层)和用IRDye-800cw预标记的人-IgG(作为预标记的生物标志物)组成。