Детектор на ефекті поверхневого плазмонного резонансу

Реферат: Винахід належить до приладобудування, а саме до дослідження біологічних речовин та об'єктів, і може бути застосований для якісного та кількісного аналізу в біохімії, імунології та біотехнології. Детектор на ефекті поверхневого плазмонного резонансу функціонує в оптичній схемі Кречмана з підсиленням електромагнітного поля світлової хвилі в області розташування шару молекул, що осідають на поверхні золота, за рахунок введення в систему скло-плівка золота шару з оксиду ніобію з високим показником заломлення. Технічним результатом винаходу є захист поверхні призми плівкою оксиду ніобію, а також збільшення чутливості пристрою до товщини шару молекул, що осідають в процесі аналізу на поверхні сенсора. UA 108682 C2 (12) UA 108682 C2 UA 108682 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до оптоелектронної техніки і може бути використаний при створенні приладів для вимірювань показника заломлення рідин та при біохімічних дослідженнях на основі методу поверхневого плазмонного резонансу. Для забезпечення аналітичних досліджень в біохімії, вірусології, фармакології та при вирішенні практичних задач в області біотехнологій використовуються прилади на основі поверхневого плазмонного резонансу, що при проведенні специфічних реакцій здатні швидко і надійно визначати наявність молекул досліджуваної речовини у складі аналіту та реєструвати проходження біохімічних реакцій. Принцип дії приладу на основі поверхневого плазмонного резонансу полягає у реєстрації монохромного потоку світла, відбитого під певним кутом від поверхні плівки золота, яку нанесено на одну з граней скляної призми. Освітлення плівки золота проводиться з боку призми. На поверхні плівки золота проводиться осадження досліджуваних речовин, яке супроводжується зміною кутової залежності інтенсивності відбитого світла. Реєстрація зміни кутової залежності (зсуву кута мінімуму кривої відбиття) дає можливість робити висновки щодо зміни показника заломлення речовини, або зміни товщини шару молекул на поверхні плівки золота. Плівка золота використовується у сенсорах на основі поверхневого плазмонного резонансу через наявність у ній чітко вираженого поверхневого плазмонного резонансу та її хімічну стійкість. Вищезгадана оптична конфігурація приладів на основі поверхневого плазмонного резонансу на протязі останніх десятиріч є сталою і являє собою реалізацію схеми Кречмана. Для того, щоб подовжити строк експлуатації призми сенсора на основі поверхневого плазмонного резонансу, напилення плівки золота проводиться на скляну пластину товщиною близько 1 мм, яка має такий самий показник заломлення, як і призма, і встановлюється на призму через імерсійну рідину. Таким чином, створюється змінний сенсорний чип, який при роботі з поверхневим плазмонним резонансом замінюється при кожному новому циклі вимірювань. Огляд основних приладів на основі поверхневого плазмонного резонансу, що серійно випускаються в Україні та за кордоном, показує їх тотожність, щодо використовуваних сенсорних чипів. Це завжди скляна пластина з напиленою плівкою золота. Відмінність полягає лише в тому, що деякі фірми-виробники поставляють змінні чипи з нанесеним на плівку золота шаром органічної сполуки, що забезпечує адгезію наступного біошару до поверхні сенсорного чипу. Відомий пристрій (Деклараційний патент України на винахід № 63781 А, Пристрій для експресного аналізу бімолекулярних середовищ на основі ефекту поверхневого плазмонного резонансу, бюл. № 1, 15.01.04), який прийнято нами за аналог. Пристрій-аналог реалізує оптичну схему Кречмана зі скануванням внутрішньої сторони чипу на поверхні призми, при цьому зовнішня сторона плівки золота контактує з досліджуваною пробою. Спільними рисами аналогу та пропонованого пристрою є скляна призма та чип з нанесеним шаром золота. Недоліком аналогу є обмеження чутливості до товщини шару молекул, що висідають на поверхні чипу, яке складає 0,19 град/нм для суцільного шару з показником заломлення 1,5, характерним для біошарів, і притаманне всім приладам, що використовують плівки золота. Відомий детектор на основі поверхневого плазмонного резонансу [United States Patent 5 561 069, Surface plasmon resonance detector having collector for eluted ligate. Banham-Burke, October, 1, 1996, G01N 033/543], що містить оптичну призму з металевим шаром та плівку з похідних органічної речовини - декстрану. Спільними ознаками аналога та пристрою, що заявляється є: прозора скляна призма внутрішнього відбиття променю світла з металевим шаром. Недоліком аналогу є незначна глибина проникнення хвилі світла в досліджуване середовище на поверхні детектора. Відомий пристрій (Деклараційний патент України на корисну модель № 18099 U, Пристрій для експрес-діагностики інфекційних захворювань, бюл. № 10, 16.0.04), який вибрано нами як прототип. Пристрій для експрес-діагностики містить призму, на поверхню якої напилено плівку золота. Спільними рисами прототипу та пропонованого пристрою є призма з нанесеним шаром золота. Недоліком пристрою-прототипу, що заважає досягненню очікуваного результату, є те, що в пристрої-прототипі досліджуваний зразок, який, як правило, є рідиною, розміщується на поверхні металевої плівки, що нанесена на поверхню полімерної призми і робить її чутливою. На золотій плівці, нанесеній на призму, можна виконати обмежену кількість аналізів, тому, що 1 UA 108682 C2 5 10 15 20 25 30 після кожного аналізу необхідно ретельно промивати плівку спеціальним розчином. Це пошкоджує нанесену плівку та поверхню призми. В основу винаходу поставлена задача збільшення кількості аналізів, які можливо робити на пристрої без заміни призми, та підвищення чутливості пристрою. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що, згідно з винаходом, на призмі перед нанесенням шару золота формується шар оксиду ніобію товщиною 100 нм. Цей шар має підвищену механічну та хімічну стійкість, а також завдяки високому показнику заломлення оксиду ніобію, підвищує чутливість пристрою до товщини шару молекул, що висідають на поверхні чипу, згідно запропонованого винаходу складає 0,26 град/нм для суцільного шару з показником заломлення 1,5. Відмінними ознаками запропонованого пристрою є наявність шару оксиду ніобію. Введення в пристрій додаткового шару оксиду ніобію дозволяє виконувати більшу кількість аналізів без заміни призми або сенсорного чипу та підвищити чутливість пристрою. На кресленні зображено схему пропонованого пристрою, який містить скляну призму або пластину сенсорного чипу 1, сформовану плівку оксиду ніобію 2 та плівку золота 3. Робота пристрою основана на ефекті поверхневого плазмонного резонансу з підсиленням електромагнітного поля світлової хвилі в області розташування шару молекул, що осідають на поверхні золота, за рахунок введення додаткового шару з оксиду ніобію з високим показником заломлення. Двошарова структура на поверхні скляної призми чи пластини формується наступним чином. Спочатку методом магнетронного розпилення проводиться напилення плівки ніобію товщиною 40 нм. Потім рідинним анодуванням в розчині щавлевої або лимонної кислоти проводиться перетворення плівки ніобію в плівку оксиду ніобію, товщина якої за рахунок коефіцієнту об'ємного розширення збільшиться до 100 нм. Після чого на поверхню плівки оксиду ніобію проводиться напилення плівки золота товщиною 50 нм. Сучасний рівень тонкоплівкової технології дозволяє розробити та побудувати детектор на основі поверхневого плазмонного резонансу з підшаром оксиду ніобію, для потреб аналітичних досліджень нанобіотехнології. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Детектор на ефекті поверхневого плазмонного резонансу, який містить скляну призму з нанесеним шаром золота, який відрізняється тим, що в нього додатково введено підшар з оксиду ніобію, розташований між скляною призмою і шаром золота. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2