[发明专利]衍射生物传感器

说明书

公开了一种用于选择性指示生物分子的衍射生物传感器，所述衍射生物传感器具有衬底（S）和布置在所述衬底（S）上的生物光栅（BG），其中所述生物光栅（BG）具有用于所述生物分子的周期性布置的受体，而且其中入射光（L）的衍射效率以及借此抵达探测器（D）的测量光束（ML）的强度取决于所要指示的生物分子对所述生物光栅（BG）的质量占用率。所述生物传感器具有用于产生对准所述探测器（D）的参考光束（RL）的装置（RG、ST1），利用所述参考光束能确定抵达所述探测器（D）的散射光的相位。

技术领域

本发明涉及一种衍射生物传感器。这种传感器基于所要探测的生物分子在用于使光衍射的衍射光栅上的吸附。光电探测器的针对衍射光的信号用作生物分子对生物传感器的质量占用率的量度。

背景技术

从光学系统中公知布置在衬底上的平面波导，所述平面波导具有用于将光耦合输入或输出的光栅。这样的光栅例如是被蚀刻到衬底中或被蚀刻到波导中的结构，因此所述结构由该衬底或该波导的材料组成。所需的光栅周期取决于所使用的光的波长和该波导的折射率。取决于耦合角，该光栅周期处在光在该波导中的有效波长的范围内。该光栅周期通常约为光的真空波长的一半。

在生物传感器领域，也公知用于将光耦合输入和输出的光栅，所述光栅由生物物质组成并且充当所要检查的生物分子的受体。如果这种生物分子积聚在结构化成该光栅的受体上，则这些生物分子形成光学上起作用的光栅。这种结构化成该光栅的有或者没有生物分子吸附的受体在下文被称作生物光栅。由于这样的生物光栅的衍射效率取决于这些生物分子对光栅的质量占用率，所以依据借助于探测器所测量的衍射光的强度可以做出关于该质量占用率的定量说明。

从WO2015004264A1公知一种衍射生物传感器，其中发散光经过衬底落到用于将光耦合输入到波导中的光栅上。接着，在该波导中传播的光射到生物光栅上，该生物光栅充当耦合输出光栅。耦合输出的光穿过衬底被聚焦到探测器上。在探测器中测量的光强度是所要检查的生物分子对耦合输出光栅的占用的量度。不过，由于双重弱耦合，使用两个生物光栅意味着信号非常微小。由于所希望的测量光还被不符合期望的散射光叠加，该不符合期望的散射光此外还与测量光有固定的相位关系并且可以与该测量光发生干涉，所以无法获得最佳测量信号。

在US7008794B2中也描述了一种衍射生物传感器。这里提出：从测量信号中减去背景衍射图案，以便突出实际希望的信号。不过，这里也忽略了散射光与测量光的固定的相位关系。

EP2618130A1、EP2757374A1和EP2929326B1也描述了其它生物传感器。

发明内容

因而，本发明的任务是：说明一种衍射生物传感器和一种用于应用该衍射生物传感器的方法，尽管生物光栅的衍射效率比较低并且有散射光干扰，利用该衍射生物传感器和方法仍实现了通过减少散射光的影响对测量精度的提高。

该任务通过按照权利要求1所述的设备来被解决。有利的细节也从从属权利要求中得到。

公开了一种用于选择性指示生物分子的衍射生物传感器，该衍射生物传感器具有衬底和布置在该衬底上的生物光栅，其中生物光栅具有用于生物分子的周期性布置的受体，而且其中入射光的衍射效率以及借此抵达探测器的测量光束的强度取决于所要指示的生物分子对生物光栅的质量占用率。该生物传感器具有用于产生对准探测器的参考光束的装置，利用该参考光束能确定抵达探测器的散射光相对于测量光束的相位。

如果知道该相位，则可以在测量信号中消除散射光的负面作用。

在用相干光照射散射表面时，出现所谓的斑点。在此涉及如下散射光，该散射光以随机的相位与自己发生干涉并且这样产生随机的相位和幅值分布。该现象也出现在衍射生物传感器中（例如如在上文引用的现有技术中），并且损害测量精度。衍射测量场被杂散场相干叠加并且由于该杂散场而失真。这两个电场按照如下公式来相干叠加：