Способ и устройство для определения поверхностного плазмонного резонанса

 

Изобретение может быть использовано в биологических, биохимических и химических исследованиях, таких как измерение незначительных конформационных изменений в молекулах и в реакциях переноса электронов. Свет от светового источника (14) фокусируется призмой на тонкую металлическую пленку (15), на которой адсорбированы детектируемые молекулы. Полное внутреннее отражение лазерного падающего луча собирается не одноэлементными или матричными фотодетекторами, которые широко использовались в предшествующих работах, а дифференциальным позиционно-чувствительным или чувствительным к интенсивности фотодетектирующим устройством (12). Отношение дифференциального сигнала к суммарному сигналу от указанного дифференциального позиционно-чувствительного или чувствительного к интенсивности фотодетектирующего устройства позволяет точно измерить сдвиг угла поверхностного плазмонного резонанса, вызываемый адсорбцией молекул на металлических пленках (15) или конформационными изменениями в указанных адсорбированных молекулах. Изобретение не требует численной аппроксимации для определения угла резонанса, а указанное устройство является компактным и нечувствительным к фоновому излучению. 5 с. и 34 з.п. ф-лы, 10 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Способ определения поверхностного плазмонного резонанса, включающий стадии, при которых осуществляют

(a) фокусирование луча электромагнитного излучения на слой металлического материала, на котором находится, но необязательно, материал образца;

(b) определение указанного луча электромагнитного излучения, отраженного от слоя из металлического материала дифференциальным позиционно-фотодетектирующим устройством;

(c) регистрируют интенсивность первого сигнала положения А и интенсивность первого сигнала положения В, генерированных указанным дифференциальным позиционно-фотодетектирующим устройством; осуществляют

(d) позиционирование указанного дифференциального позиционно-фотодетектирующего устройства так, чтобы минимум интенсивности поверхностного плазмонного резонанса находился возле центра указанного дифференциального позиционно-фотодетектирующего устройства, и так, чтобы разница указанного сигнала положения А и сигнала положения В была равна нулю, и

(е) определяют последующие изменения в распределении интенсивности, обусловленные угловым сдвигом поверхностного плазмонного резонанса.

2. Способ определения поверхностного плазмонного резонанса по п.1, где указанное дифференциальное позиционно-фотодетектирующее устройство представляет собой двухэлементное фотодетектирующее устройство, где один элемент продуцирует сигнал положения А, а другой элемент продуцирует указанный сигнал положения В.

3. Способ по п.1, который, кроме того, включает стадию, при которой осуществляют усиление дифференциального сигнала, полученного от дифференциального позиционно-фотодетектирующего устройства.

4. Способ по п.3, где указанное усиление дифференциального сигнала корректируется путем увеличения интенсивности сигнала.

5. Способ по п.3, который, кроме того, включает стадию, при которой осуществляют определение указанного дифференциального сигнала, суммарного сигнала и отношения указанного дифференциального сигнала к указанному суммарному сигналу.

6. Способ по п.5, где указанное усиление дифференциального сигнала и определение указанного дифференциального сигнала, суммарного сигнала и отношения указанного дифференциального сигнала к указанному суммарному сигналу достигают с помощью компьютера или микропроцессора.

7. Способ по п.5, который, кроме того, включает стадию, при которой осуществляют модуляцию или контроль электрохимического потенциала слоя металлического материала.

8. Способ по п.7, где указанную модуляцию электрохимического потенциала слоя металлического материала осуществляют с помощью, по крайней мере, одного контрольного электрода и, по крайней мере, одного противоэлектрода.

9. Способ по п.8, где указанный контрольный(е) электрод(ы) и противоэлектрод(ы) представляют собой элементы устройства для введения анализируемого образца на указанный слой металлического материала.

10. Способ по п.3, где указанное усиление дифференциального сигнала может быть осуществлено до той степени, при которой, в основном, отсутствуют проблемы насыщения.

11. Способ по п.7, который, кроме того, включает стадию, при которой осуществляют определение угла ППР и электрохимического тока.

12. Способ по п.11, где указанное определение угла ППР и электрохимического тока осуществляют с помощью, по крайней мере, одного синхронного усилителя.

13. Способ по п.7, где указанное определение угла ППР и электрохимического тока осуществляют одновременно с модуляцией электрохимического потенциала слоя металлического материала.

14. Способ по п.1, который, кроме того, включает стадию, при которой определяют межфазную емкость.

15. Способ по п.14, где указанное определение межфазной емкости состоит из одновременной регистрации DC- и АС-составляющих электрохимического тока.

16. Способ по п.14, который, кроме того, включает стадию одновременной регистрации амплитуды и фазы дифференциального сигнала.

17. Датчик, включающий:

(а) тело датчика, изготовленное из материала, прозрачного для электромагнитного излучения;

(b) слой металлического материала, расположенный, по крайней мере, над частью первой поверхности указанного тела датчика;

(c) средство для введения анализируемого образца на указанный слой металлического материала;

(d) источник луча электромагнитного излучения, сфокусированного на указанном слое металлического материала, и

(e) дифференциальное позиционно-фотодетектирующее устройство для отражения указанного луча электромагнитного излучения от указанного слоя металлического материала, где указанное дифференциальное позиционно-фотодетектирующее устройство позиционировано с возможностью приема указанного луча.

18. Датчик по п.17, где указанное дифференциальное позиционно-фотодетектирующее устройство состоит, по крайней мере, из двух фотоэлементов.

19. Датчик по п.17, где указанное средство для введения анализируемого образца на указанный слой металлического материала представляет собой ячейку для образца, включающую:

(a) тело ячейки для образца, изготовленное из материала, который изолирует указанный образец от окружающего воздуха;

(b) окно в указанном теле ячейки для образца, которое является прозрачным для электромагнитного излучения, и

(c) по меньшей мере, одно отверстие для введения и удаления указанного образца.

20. Датчик по п.17, который, кроме того, содержит средство для усиления дифференциального сигнала, принимаемого от указанного дифференциального позиционно-фотодетектирующего устройства.

21. Датчик по п.20, где указанное средство для усиления дифференциального сигнала выполнено с возможностью корректировки путем увеличения интенсивности сигнала.

22. Датчик по п.20, который, кроме того, содержит средство для определения дифференциального сигнала, суммарного сигнала и отношения указанного дифференциального сигнала к указанному суммарному сигналу.

23. Датчик по п.22, где указанным средством для усиления дифференциального сигнала и средством для определения указанного дифференциального сигнала, суммарного сигнала и отношения указанного дифференциального сигнала к указанному суммарному сигналу является компьютер или микропроцессор.

24. Датчик по п.22, который, кроме того, включает средство для модуляции или контроля электрохимического потенциала слоя металлического материала.

25. Датчик по п.24, где указанное средство для модуляции электрохимического потенциала слоя металлического материала состоит, по крайней мере, из одного контрольного электрода и, по меньшей мере, из одного противоэлектрода.

26. Датчик по п.25, где указанным средством для нанесения анализируемого образца на указанный слой металлического материала являются указанный(е) контрольный(е) электрод(ы) и противоэлектрод(ы).

27. Датчик по п.20, который, кроме того, включает средство для доведения, перед измерением, указанного дифференциального сигнала почти до нуля с возможностью усиления указанного дифференциального сигнала до той степени, при которой, в основном, отсутствуют проблемы насыщения.

28. Датчик по п.27, где указанное средство для доведения, перед измерением, указанного дифференциального сигнала почти до нуля предусматривает монтирование указанного дифференциального позиционно-фотодетектирующего устройства на подвижной части, которая выполнена с возможностью перемещения так, чтобы указанный дифференциальный сигнал, детектируемый указанным дифференциальным позиционно-фотодетектирующим устройством, был почти равным нулю перед измерением.

29. Датчик по п.17, который, кроме того, содержит средство для определения угла ППР и электрохимического тока.

30. Датчик по п.29, где указанное средство для определения угла ППР и электрохимического тока состоит, по меньшей мере, из одного синхронного усилителя.

31. Датчик по п.24, где указанное средство для определения угла ППР и электрохимического тока выполнено с возможностью функционирования одновременно с модуляцией электрохимического потенциала слоя металлического материала.

32. Датчик по п.17, который, кроме того, включает средство для определения межфазной емкости.

33. Датчик по п.32, где указанное средство для определения межфазной емкости состоит из средства для одновременной регистрации DC- и АС-составляющих электрохимического тока.

34. Датчик по п.31, который, кроме того, включает средство для одновременной регистрации амплитуды и фазы дифференциального сигнала.

35. Датчик по пп.17-34, который имеет менее 5 см в одном измерении.

36. Датчик по пп.17-35, который выполнен с возможностью использования в биологических, биохимических или химических тестах.

37. Способ определения угла поверхностного плазмонного резонанса с использованием датчика по пп.17-35, включающий стадии, при которых осуществляют

(a) определение дифференциального сигнала;

(b) определение суммарного сигнала;

(c) определение отношения дифференциального сигнала к суммарному и

(d) определяют угол ППР из отношения дифференциального сигнала к суммарному сигналу.

38. Способ определения поверхностного плазмонного резонанса, включающий стадии, при которых осуществляют

(a) фокусирование луча электромагнитного излучения на слой металлического материала, на котором находится, но необязательно, материал образца;

(b) определение указанного луча электромагнитного излучения, отраженного от слоя из металлического материала дифференциальным, чувствительным к интенсивности, фотодетектирующим устройством;

(c) регистрируют интенсивность сигнала, генерированного чувствительным к интенсивности, фотодетектирующим устройством;

(d) осуществляют позиционирование указанного чувствительного к интенсивности фотодетектирующего устройства так, чтобы минимум интенсивности поверхностного плазмонного резонанса находился возле центра указанного чувствительного к интенсивности фотодетектирующего устройства, и так, чтобы указанная разница интенсивности сигнала равна нулю; и

(e) определяют последующие изменения в распределении интенсивности, обусловленные угловым сдвигом поверхностного плазмонного резонанса.

39. Датчик, включающий:

(a) тело датчика, изготовленное из материала, прозрачного для электромагнитного излучения;

(b) слой металлического материала, расположенный, по крайней мере, над частью первой поверхности указанного тела датчика;

(c) средство для введения анализируемого образца на указанный слой металлического материала;

(d) источник луча электромагнитного излучения, сфокусированного на указанном слое металлического материала, и

(e) чувствительное к интенсивности фотодетектирующее устройство для отражения указанного луча электромагнитного излучения от указанного слоя металлического материала, где указанное чувствительное к интенсивности фотодетектирующее устройство позиционировано с возможностью приема указанного луча.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38