技术领域
[0001] 本
发明涉及在检测体积中检测
发光团存在的领域。
背景技术
[0002] US2005244863公开了一种利用隐失波来激发发光团的配置。隐失波为快速衰减的电
磁场，由于亚波长孔口，所以其不能传播。在此公开内容中，提供激发
辐射以作为隐失波穿透包含
生物分子的混合物。隐失波由具有亚波长孔口的结构产生。但是，该孔口仅允许透射所产生的辐射中的一小部分。这使得有限量的发光用于检测目的。
发明内容
[0003] 因而存在对于增加发光辐射量的需要。因此，在本发明的一个方面，提供一种在检测体积中检测发光团存在的方法，该方法包括：在所述检测体积中提供激发辐射；在所述检测体积中提供位于介质中的发光团，该发光团可由激发辐射来激发以发出发光辐射；以及，由检测器来检测穿过所述检测体积的孔口的所述发光辐射的至少一偏振分量，所述孔口具有平面内最小尺寸；其中，所述发光团被选择成在所述介质中发出在所述介质中的波长大于所述最小尺寸两倍的发光辐射；以及，其中，所述发光团被选择成由在所述介质中的波长小于所述最小尺寸两倍的激发辐射来激发。
[0004] 在本发明的另一方面，提供一种用于在检测体积中检测发光团存在的装置，包括：检测体积；该检测体积包括具有平面内最小尺寸的孔口且被布置成在介质中包括所述发光团；辐射源，其用于在所述检测体积中提供激发辐射，该发光团可由所述激发辐射来激发以发出发光辐射；以及，检测器，其被布置和构造成检测所述发光辐射的至少一偏振分量，所述检测器被选择成检测在所述介质中的波长大于所述最小尺寸两倍的发光辐射；以及，其中所述辐射源被选择成提供在所述介质中的波长小于所述最小尺寸两倍的激发辐射。
[0005] 在本发明的一个方面，该孔口限定其中可激发发光团的平面内界面。作为使用激发光的隐失尾部来限制激发体积的替代，此处可通过检测形成于孔口界面上的
荧光来限制检测体积。因此，可改进激发效率，同时保持有限的检测体积。参看下文描述的
实施例，本发明的这些和其它方面将会显然且被阐明。
附图说明
[0006] 图1说明了根据本发明的一方面的基本实施例；
[0007] 图2说明了激发和荧光检测效率的组合效果；
[0008] 图3说明了根据本发明的一方面的发光辐射的透射检测；
[0009] 图4说明了使用狭缝的根据本发明的一个方面的替代实施例；以及[0010] 图5说明了示出图4所说明的实施例的检测效率的示意曲线图。
具体实施方式
[0011] 在本技术中，使用孔口生物
传感器来检测诸如荧光团的发光团以确定被研究的生物分子的具体类型。一般而言，这些孔口使用针孔或狭缝概念来允许激发光作为进入检测体积内的隐失辐射。但是，对于孔口
生物传感器，激发和荧光检测效率的组合效果显著地减小了生物传感器的总效率。另一问题在于在针孔生物传感器处于透射模式的特定情况下，在生物传感器的整个深度上的总效率相同。优选地，总效率在某些部分较高，因为这将有效地得到更小的激发/检测体积。在一个方面，本发明提出一种亚波长孔口来仅限制检测体积。这可通过与孔口(生物)传感器组合地使用在激发与荧光之间具有非常大的波长差(
斯托克斯位移)的发光团来实现。以此方式，激发光可基本上不受阻碍地穿过检测体积的孔口1进入，显著地增加了激发效
力。所述发光团被选择成发出具有一定波长的发光辐射使得发光辐射在孔口内产生隐失场。因此，除了存在于孔口1界面20上的部分之外，发光辐射被阻挡避免从孔口1逸出，使得检测体积101保持较小以减小背景荧光的效果(effect of background fluorescent)，并因此通过改进生物传感器的
信噪比来增加检测的选择性。在本发明的另一方面，为了改进激发和检测效率，可使用狭缝来代替孔。使用狭缝的优点在于抑制变成依赖偏振，且因此，所产生的荧光的50％可不受抑制地离开狭缝。
[0012] 在本发明的一方面，孔口的最小尺寸经选择大于所述介质中激发光波长的一半；且小于即将由激发光所激发的发光团所发出的发光在所述介质中的波长的一半。在此方面，所使用的发光团类型被选择成可由在所述介质中波长基本上小于最小孔口尺寸两倍的辐射来激发；而所发出的发光基本上大于最小孔口尺寸的两倍，使得除了基本上形成于孔口界面20上的发光之外，发光辐射被捕获于孔口内。具体而言，当在荧光4的行进方向观察时，由孔口1所限定的外平面形成界面20。
[0013] 因此，在一个方面，本发明的提出了使用在激发与荧光之间具有(非常)大波长差(斯托克斯位移)的发光团。为此目的，可使用诸如
量子点的发光团(参考“Quantum Dots Lend Simplicity”，B.D.Butkus，Biophotonics International，第34-40页，2004年5月)。举例而言，可利用330nm的波长来照射这种量子点且其可得到610nm的发射荧光。但是，这种发射荧光也可改变以允许利用不同的荧光发射波长来进行复用(例如，在330nm激发和在510、555、590和610nm发射，允许同时测量4种分析物)。具有大斯托克斯位移的发光团的另一实例为LaF3:Nd
纳米粒子。这些纳米粒子包括氟化镧(LaF3)晶体，其中大约5％的镧离子(La3+)被钕离子(Nd3+)置换。这些纳米粒子具有6nm的典型直径且防止激发态结束。每个纳米粒子由60个钕离子、1200个镧离子和3780个氟离子(F-)组成。以大约
575nm的波长抽运(pump)导致以大约880nm、1050nm和1330nm波长的发射。
[0014] 在图1中，概述了根据本发明的基本实施例，示出在材料2内的孔口1。在图中，孔口1将垂直于纸张的、限定检测体积101下侧的界面平面20的宽度102定义为平面内最小尺寸。检测体积101进一步由孔口宽度102界定。孔口1的大小足够大以允许激发辐射3基本上不被抑制地穿过孔口行进。特别地，发光团5被选择成可由在所述介质中的波长小于所述孔口宽度102两倍的激发辐射3激发。但是，由荧光团5和6所产生的荧光4被抑制，因为荧光波长基本上大于孔口宽度102。因此，限制了检测体积101，至少对于在横向于孔口宽度102的方向中偏振的荧光4而言。由位于界面20附近的(不依赖于偏振)荧光团5所产生的荧光4可离开孔口1且到达检测器(未图示)。例如，由荧光团6进一步产生的进入孔口1内的荧光4在其可到达孔口1的出口之前被抑制，因为荧光团6被选择成发出在所述介质中波长大于所述最小尺寸两倍的发光辐射。这是有利的，因为例如在生物传感器测定中，
信号荧光团一定会在检测体积101中俘获探针，使得荧光团6为背景粒子，而发光团5为信号粒子。可提供
滤波器(未图示)，其阻挡激发并透射荧光辐射4，从而可防止激发辐射3由检测器检测到。
[0015] 在优选实施例中，设置孔口1的最小尺寸的宽度102，使得：
[0016] 激发光3能(基本上)不受抑制地穿过孔口1行进；
[0017] 荧光4在穿过孔口1行进时基本上至少在由孔口宽度102所限定的尺寸中受到抑制。
[0018] 当孔口大小大于激发辐射在所述介质中的衍射极限时并且当该大小同时小于荧光辐射在所述介质中的衍射极限时，可满足上述条件(应当指出的是这种衍射极限取决于填充孔口的介质的折射率)。
[0019] 在一个实例中，激发波长为575nm且所产生的荧光为880nm；孔口被折射率为1.3的
水填充。使用最小尺寸为250nm和深度为400nm的孔口来计算可示出这样的结果：当行进穿过整个孔口时可导致激发光大约84.4％的透射率和荧光大约0.7％的透射率。
[0020] 图2针对如图1的典型配置，示出了激发与荧光检测效率的组合效果；即，激发光行进到孔口1内。X轴以任意单位示出孔口1的深度参数，其中激发辐射3的效率被示出在穿过孔口1行进时大体上不受阻碍，得出激发效率随着距离略微减小；典型效率自1降低到0.8。但是，波长通常大于孔口1的荧光4相应地受到孔口1的强烈抑制，且因此靠近孔口的出口的检测效率增加。应当指出的是，在此情况下，在透射模式下使用孔口。当组合时，总效率仍高，基本上仅受到荧光检测效率的限制。当从孔口出口(即，在被检测之前发光辐射逸出所经过的端部)观察时，荧光检测随着距离减小，提供小检测体积，该小检测体积基本上由孔口出口前方附近的孔口之间的体积形成，且因此仅包括有限数目的发光团。
[0021] 在本发明的实施例中，如在这个附图中可以看出，激发/检测体积受到检测体积限制，因为只有靠近出口的荧光4可离开孔口1。
[0022] 图3示出一种实施例，其中诸如玻璃板的衬底7
定位于孔口1的界面20处。因此，玻璃板7的顶层形成界面20，其防止荧光团5、6存在于检测体积101与检测器10之间的体积中。因此，在检测体积101与检测器10之间的体积中的激发辐射3不能促成荧光团激发，因为在检测器与孔口的界面20(在检测器侧部)之间不存在荧光团。以此方式，防止激发束不经意地照射荧光团，这种不经意地照射可能会促成背景荧
光信号。因此，在本发明的优选实施例中，使用玻璃板7作为孔口的衬底(作为图5所示在孔口下方不使用衬底的实施例的替代)。这在图3中示出，其示出在孔口下方的衬底7。该图还示出透镜8，使用透镜8来将荧光聚焦到检测器10上。使用检测滤波器9来阻挡其余的激发辐射。
[0023] 衬底7的额外的优点在于荧光团可结合到孔口内的玻璃表面上，将荧光团定位于具有最高的激发+检测总效率的
位置。
[0024] 尽管图3的实施例在透射模式下使用，替代地，在另一实施例中，孔口1可用于反射模式。对于这种情况，激发和检测的组合效率可类似于参考图2所讨论的透射模式实施例。在这种反射实施例中，激发束可穿过玻璃板7来照射孔口。
[0025] 而且，除了上文在图1和图3中所公开的针孔实施例之外，可使用由狭缝47来提供孔口的实施例，如图4所示。虽然在图4的实施例中，防止具有平行于狭缝方向的偏振分量的(背景)荧光42逸出狭缝47，但在此实施例中，具有沿着所述最小尺寸的偏振的荧光42(其为
电场的方向)可穿过由狭缝47所形成的孔口朝向检测器46行进。为了区分在狭缝中任何地方所产生的背景荧光与在狭缝端部所产生的荧光，可使用偏振滤波器5来选择仅在狭缝端部所产生的荧光分量。这个实施例的优点在于能在大检测体积与小检测体积之间进行切换。图4示出这种情况的实施例且图5示出可如何使用在检测器前方的偏振器来在大检测体积与小检测体积之间进行切换。在图4中激发光束(41)照射狭缝(47)(例如，线栅偏振器)。激发辐射可基本上不受抑制地穿过狭缝行进，因为(TE偏振)激发波长太短而不会受到线栅的抑制，或者因为激发束为TM偏振，使得其不受线栅抑制。置于线栅后方的透镜(43)用于收集所发出的荧光(42)并将荧光(42)聚焦到检测器(46)上。在透镜与检测器之间放置检测滤波器(44)(其阻挡激发光)和偏振器(45)(应当指出的是43、44和
45的次序可混合)。优选地，偏振器(45)可旋转，或者可容易地将其移除。
[0026] 图5示出移除线栅的后面的偏振器(45)的效果。顶图示出线栅后面有偏振器的情况下检测+激发的组合效率，偏振器被放置成使得其阻挡那些通常不受抑制地穿过线栅的偏振。在此情况下，最大检测效率为50％，因为偏振器将抑制至少50％的荧光。如在图中可看出，检测体积受到荧光抑制的限制，得到小检测体积。
[0027] 若需要，可通过移除偏振器来增加检测体积。这导致如5中的下图所示的效率，其中能够看出总效率在整个距离范围内总效率都是高的。作为移除的替代，也能将偏振器旋转90度，但在此情况下总效率大致降低50％。或者，可选择连续地旋转偏振器以利用两种状态。
[0028] 如果图4的实施例仅用于实现小检测体积，那么能完全移除检测滤波器(44)，因为在此情况下偏振器45将阻挡所有被偏振使得其可不受抑制地穿过狭缝行进的光(且此可包括激发光)。
[0029] 应当指出的是，对于此实施例，优选地在狭缝的检测侧上设有玻璃板(未图示)以防止在孔口出口与检测器之间产生背景信号。
[0030] 虽然在附图和前文的描述中详细地说明和描述了本发明，但这些说明和描述被认为是说明性或示范性的且并非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。
[0031] 举例而言，能在其中荧光用作用于生物医学目的的标记或示踪剂的实施例中操作本发明。
[0032] 通过学习附图、公开内容和所附
权利要求书，可由本领域技术人员在实践所要求保护的本发明中理解和实行对所公开的实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”并不排除为多个。单个处理器或其它单元可实现在权利要求书中所叙述的若干条目的功能。在彼此不同的权利要求中叙述某些措施的简单事实并不表明不可利用这些措施的组合来取得有益结果。电脑程序可存储/分布于合适的媒体上，诸如与其它
硬件一起供应或作为其它硬件的一部分的光学储存媒体或固态媒体，但也可以其它形式分布，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。在权利要求书中的任何附图标记不应认为限制范畴。
