ES2610011T3 - Dispositivo para uso en la detección de afinidades de unión - Google Patents

Abstract

Dispositivo para uso en la detección de afinidades de unión, comprendiendo el dispositivo una guía de onda plana (2) dispuesta en un sustrato (3) y comprendiendo además un acoplador óptico (41) que tiene una longitud predeterminada, comprendiendo el acoplador óptico (41) una rejilla óptica definida por las líneas que tienen una longitud, con la longitud predeterminada del acoplador óptico (41) que es la longitud de las líneas que definen la rejilla óptica, para el acoplamiento de la luz coherente (1) de una longitud de onda predeterminada en la guía de onda plana (2) de tal forma que un haz paralelo de luz coherente se propague a través de la guía de onda plana (2) con un campo evanescente (11) de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior (21) de la guía de onda plana (2), comprendiendo la superficie exterior (21) de la guía de onda plana (2) los sitios de unión (5) al respecto capaz de unir las muestras objetivo (6) a los sitios de unión (5) de tal forma que la luz del campo evanescente (11) sea difractada por las muestras objetivo (6) unidad a los sitios de unión (5), donde los sitios de unión (5) están dispuestos a lo largo de una pluralidad de líneas rectas predeterminadas (7) que se ejecutan paralelas una a otra con una distancia constante entre las líneas rectas adyacentes, estando las líneas rectas predeterminadas de la pluralidad de líneas rectas predeterminadas (7) dispuestas en un ángulo (b) con respecto a la dirección de propagación del campo evanescente (11) de tal forma que la luz coherente (12) difractada por las muestras objetivo (6) unidas a los sitios de unión (5) incida bajo un ángulo de difracción (a) con respecto a las líneas rectas predeterminadas sobre un acoplador óptico adicional (8) dispuesto en una porción (10) de la guía de onda plana (2) fuera del haz paralelo de la luz coherente que se propaga a través de la guía de onda plana (2), acoplando el acoplador óptico adicional (8) la luz coherente difractada (12) fuera de la guía de onda plana (2) de tal forma que interfiera en una ubicación de detección predeterminada (9) con una diferencia en la longitud de ruta óptica que es un número entero múltiplo de la longitud de onda predeterminada, donde la distancia constante (d) entre las líneas rectas adyacentes (7) se selecciona de tal forma que cumpla la condición de Bragg 2Ndsin (α) >= kλ donde N es el índice refractivo efectivo del modo guiado en la guía de onda plana, d es la distancia entre las líneas rectas predeterminadas adyacentes, a es el ángulo de difracción, K es el número de la intensidad máxima, y l es la longitud de onda de vacío de la luz de propagación, y donde el acoplador óptico adicional (8) comprende una pluralidad de líneas de rejilla (81), teniendo cada una de la pluralidad de líneas de rejilla (81) una curvatura respectiva y distancia entre líneas de rejilla adyacentes (81) de forma que el acoplador óptico adicional (8) sea capaz de acoplar la luz coherente difractada (12) fuera de la guía de onda plana (2) de tal forma que interfiera en una ubicación de detección predeterminada (9) con una diferencia en la longitud de ruta óptica que es un número entero múltiplo de la longitud de onda predeterminada y donde la pluralidad de líneas de rejilla (81) tiene un eje de simetría que se extiende con respecto a las líneas rectas predeterminadas (7) bajo el ángulo de difracción (a).

Description

DESCRIPCION

Dispositivo para uso en la deteccion de afinidades de union.

5 [0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo para el uso en la deteccion de afinidades de union as!

como un sistema para la deteccion de afinidades de union de acuerdo con la respectiva reivindicacion independiente.

[0002] Tales dispositivos se utilizan, por ejemplo, como biosensores en una amplia variedad de aplicaciones. 10 Una aplicacion particular es la deteccion o el control de procesos o afinidades de union. Por ejemplo, con la ayuda

de tales biosensores, se pueden llevar a cabo diversos ensayos que detectan la union de las muestras objetivo a los sitios de union. De forma caracterlstica, se llevan a cabo grandes cantidades de tales ensayos en un biosensor en lugares que estan dispuestos en una micromatriz (microarray) bidimensional en la superficie del biosensor. El uso de micromatrices proporciona una herramienta para la deteccion simultanea de los procesos o afinidades de union de 15 diferentes muestras objetivo en proyecciones de alto rendimiento, donde un amplio numero de muestras objetivo como moleculas, protelnas o ADN se pueden analizar rapidamente. Para la deteccion de afinidades de muestras objetivo que estan unidas a sitios de union especlficos (p. ej. las afinidades de moleculas seleccionadas para unirse a moleculas de captura diferentes), un gran numero de sitios de union se inmovilizan en la superficie del biosensor en lugares en los cuales se puede aplicar, por ejemplo, por manchado de chorro de tinta o fotolitografla. Cada 20 mancha forma una zona de medicion individual para un tipo predeterminado de moleculas de captura. La afinidad de una muestra objetivo a un tipo especlfico de moleculas de captura se detecta y se utiliza para proporcionar information sobre la afinidad de union de la muestra objetivo.

[0003] Una tecnica conocida para la deteccion de afinidades de union de muestras objetivo utiliza etiquetas 25 que son capaces de emitir luz fluorescente tras el estlmulo. Por ejemplo, las marcas fluorescentes se pueden utilizar

como etiquetas para etiquetar las muestras objetivo. Tras el estlmulo, las marcas fluorescentes ocasionan la emision de luz fluorescente que tiene un espectro de emision caracterlstico. La deteccion de este espectro de emision caracterlstico en una mancha concreta indica que la molecula seleccionada etiquetada se ha unido al tipo concreto de sitios de union presente en la mancha respectiva.

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[0004] Un sensor para la deteccion de muestras objetivo etiquetadas se describe en el artlculo “Micromatrices de protelna de Zeptosens: una plataforma de micromatriz de alto rendimiento innovadora para el analisis de protelna de baja abundancia”, Proteomics 2002, 2, S. 383-393, Wiley-VCH Verlag GmbH, 69451 Weinheim, Alemania. El sensor descrito aqul comprende una gula de onda plana dispuesta en un sustrato y una rejilla para el acoplamiento

35 de luz coherente de una longitud de onda predeterminada en la gula de onda plana. Una rejilla adicional esta dispuesta en ese extremo de la gula de onda plana alejada de la rejilla para el acoplamiento de la luz en la gula de onda. La luz coherente que se ha propagado a traves de la gula de onda plana esta acoplada fuera de la gula de onda por la rejilla adicional. La luz acoplada fuera se utiliza para el ajuste del acoplamiento de la luz coherente de longitud de onda predeterminada dentro de la gula de onda plana. La luz coherente se propaga a traves de la gula 40 de onda plana bajo el reflejo total con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de la superficie externa de la gula de onda plana. La profundidad de penetration del campo evanescente en el medio de Indice de refraction inferior en la superficie exterior de la gula de onda plana es del orden de magnitud de una fraction de la longitud de onda de la luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. El campo evanescente excita las marcas fluorescentes de las muestras objetivo etiquetadas unidas a los sitios de union 45 dispuestos en la superficie de la gula de onda plana. Debido a la penetracion muy reducida del campo evanescente en el medio opticamente mas delgado en la superficie exterior de la gula de onda plana, unicamente se excitan las muestras etiquetadas unidas a los sitios de union inmovilizados en la superficie exterior de la gula de onda plana. La luz fluorescente emitida por estas marcas se detecta entonces con la ayuda de una camara CCD.

50 [0005] Aunque es principalmente posible detectar las afinidades de union mediante el uso de etiquetas

fluorescentes, esta tecnica no es ventajosa en que la serial detectada sea producida por las etiquetas en vez de por los socios de union en si mismos. Ademas, el etiquetado de las muestras objetivo requiere pasos de trabajo adicional. Ademas, las muestras objetivo etiquetadas son comparativamente costosas. Otra desventaja es la falsification de los resultados causada por el impedimento esterico de las etiquetas fluorescentes en la muestra 55 objetivo que podrlan interferir con la union de las muestras objetivo a las moleculas captura. Unas desventajas adicionales son la falsificacion de los resultados debida al fotoblanqueo de las etiquetas o a los efectos de extincion.

[0006] Un biosensor basado en gula de onda sin el requerimiento de etiquetado de moleculas objetivo se

divulga en US 7.505.641 B1. El biosensor utiliza una o mas plantillas de rejilla en la superficie de la gula de onda

para proporcionar una respuesta especlfica de longitud de onda que es detectada con un espectrometro.

[0007] Es un objeto de la presente invention proporcionar un dispositivo para el uso en la detection de afinidades de union de una muestra objetivo as! como un sistema capaz de detectar tales afinidades de union que

5 superen o al menos reduzcan en gran medida las desventajas del sensor de la tecnica anterior descrito mas arriba.

[0008] De acuerdo con la invencion, este objetivo se logra por un dispositivo para el uso en la deteccion de afinidades de union, como se define en la revindication 1. El dispositivo comprende una gula de onda plana dispuesta en un sustrato y comprende ademas un acoplador optico de una longitud predeterminada para el

10 acoplamiento de la luz coherente de una longitud de onda predeterminada en la gula de onda plana de tal forma que un haz paralelo de luz coherente se propague a traves de la gula de onda plana con un campo evanescente de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior de la gula de onda plana. La superficie exterior de la gula de onda plana comprende sitios de union al respecto capaces de unir muestras objetivos a los sitios de union de tal forma que la luz del campo evanescente sea difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union. 15 Los sitios de union estan dispuestos a lo largo de una pluralidad de llneas rectas que se ejecutan paralelas a otras con una distancia constante entre llneas rectas adyacentes. Las llneas rectas predeterminadas estan dispuestas en un angulo b relativo a la direction de propagation del campo evanescente de tal forma que la luz coherente difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union incida bajo un angulo de difraccion a relativo a las llneas rectas sobre un acoplador optico adicional dispuesto en una portion de la gula de onda plana fuera del haz de 20 luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. El acoplador optico adicional acopla la luz coherente difractada fuera de la gula de onda plana de tal forma que interfiera en una ubicacion de deteccion predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada. Tecnicamente, el termino “difractado” describe la interferencia de la luz coherente del campo evanescente que ya ha interactuado con muestras objetivo unidas a los sitios de union. La difraccion da lugar a que 25 la luz coherente se propague a traves de la gula de onda plana con un campo evanescente en la superficie exterior para interferir de manera constructiva en direcciones predeterminadas dentro de la gula de onda plana.

[0009] La deteccion de afinidades de union de acuerdo con la invencion tampoco esta limitada a tipos especlficos de muestras objetivo ni a ningun tipo de sitios de union, sino mas bien las caracterlsticas de union de

30 moleculas, protelnas, ADN, etc. se pueden analizar con respecto a cualquier tipo de sitios de union de la gula de onda plana. La deteccion de afinidades de union se puede lograr de una manera libre de etiquetas. Como alternativa, los intensificadores de difraccion (p. ej. las etiquetas de difraccion) que dispersan considerablemente la luz se pueden utilizar para incrementar la sensibilidad de deteccion. Tales intensificadores de difraccion pueden ser una nanopartlcula (sola o con un agente ligante) o en otro ejemplo una partlcula coloidal. De manera ventajosa, la 35 caracterlstica de union que se va a analizar puede ser de tipo estatico (por ejemplo, se puede analizar si una muestra objetivo ha sido o no ha sido unida a los sitios de union) o de tipo dinamico (por ejemplo, se puede analizar la dinamica del proceso de union a lo largo del tiempo). De acuerdo con la invencion, el dispositivo comprende una gula de onda plana en un sustrato, la gula de onda plana que tiene un Indice refractivo alto relativo al medio en la superficie exterior que forma el lado superior de la gula de onda plana. Por ejemplo, el Indice refractivo de la gula de 40 onda plana puede ser del orden de 1,6 a 2,8, mientras que el Indice refractivo del medio en la superficie de la gula de onda plana es caracterlsticamente del orden de 1 a 1,6, en particular, 1,33 a 1,4 para agua o tampon de ensayo acuoso y 1 para aire. El Indice refractivo efectivo N del modo guiado, el Indice refractivo del medio en la superficie de la gula de onda plana y la longitud de onda predeterminada de la luz determinan la profundidad de penetration (distancia entre la superficie exterior de la gula de onda plana y el descenso de la intensidad 1/e2 del campo 45 evanescente) del campo evanescente dentro del medio en la superficie exterior de la gula de onda plana. La profundidad de penetracion es tal que el campo evanescente que penetra fuera de la superficie exterior de la gula de onda plana se difracta en las muestras objetivo unidas a los sitios de union dispuestos en la superficie exterior. En uso, la luz coherente de una longitud de onda predeterminada (que es preferiblemente monocromatica) esta acoplada a traves de un acoplador optico en la gula de onda plana de tal forma que un haz paralelo de la luz 50 coherente se propague a traves de la gula de onda plana con el campo evanescente propagandose a lo largo de la superficie exterior. El haz paralelo tiene un ancho correspondiente a la longitud predeterminada del acoplador optico. El acoplador optico comprende una rejilla optica para acoplar la luz coherente en la gula de onda plana, definiendo la longitud de las llneas la rejilla optica. La longitud de onda predeterminada no esta limitada a valores especlficos sino que mas bien se prefiere que sea del orden de luz visible. La superficie exterior de la gula de onda plana 55 comprende sitios de union al respecto. Los sitios de union son ubicaciones en la superficie exterior de la gula de onda plana a la cual se puede unir una muestra objetivo. Por ejemplo, los sitios de union pueden comprender moleculas de captura que estan inmovilizadas en la superficie exterior de la gula de onda plana o pueden comprender simplemente las ubicaciones activadas en la superficie exterior de la gula de onda plana que son capaces de unir muestras objetivo a las ubicaciones activadas o que se pueden realizar de cualquier otra manera

adecuada para unir muestras objetivo en las ubicaciones deseadas en la superficie exterior de la gula de onda plana. En principio, los sitios de union son capaces de unir muestras objetivo de tal forma que la luz del campo evanescente sea difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union. De acuerdo con la invention, los sitios de union estan dispuestos a lo largo de una pluralidad de llneas rectas predeterminadas. La disposition de los 5 sitios de union “a lo largo de las llneas rectas predeterminadas” representa el caso optimo en el cual todos los sitios de union estan dispuestos exactamente en las llneas rectas predeterminadas. Tal disposicion optima de los sitios de union resulta en una senal maxima en la ubicacion de detection. Es obvio para la persona experta en la tecnica que en la practica la disposicion de los sitios de union puede desviarse de algun modo de tal disposicion optima sin perder una senal detectable en la ubicacion de deteccion. Por ejemplo, la desviacion puede estar causada por el 10 metodo respectivo de disposicion de los sitios de union en la superficie exterior de la gula de onda plana, como se explicara en detalla a continuation. Las llneas rectas son tales que la luz difractada a ello interfiere de manera constructiva en un maximo de intensidad alta dentro de la gula de onda plana. Las llneas rectas predeterminadas se ejecutan paralelas una a otra con una distancia constante entre las llneas rectas adyacentes. Las distancias constantes preferidas entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes son del orden de mas de 100 nm. Para la 15 distancia entre las llneas predeterminadas adyacentes, se prefiere un rango de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 1.000 nm, en particular entre 300 nm a 600 nm. Los rangos mencionados permiten el uso de luz UV suave y casi infrarroja visible de los cuales la longitud de onda oscila entre 350 nm y 1.500 nm de forma que la luz difractada pueda ser detectada por medio opticos estandar. Las llneas rectas predeterminadas estan dispuestas en un angulo b en el rango de 10° a 70° con respecto a la direction de propagation del campo evanescente. La 20 direccion de propagacion se define como empezando a partir del acoplador optico y se extiende en la direccion en la cual la luz coherente esta acoplada en la gula de onda plana que usualmente esta cerca de la position perpendicular a las llneas de la rejilla optica que forman el acoplador optico. La luz coherente difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union incide sobre el acoplador optico adicional bajo el angulo de difraccion a relativo a las llneas rectas. El angulo de difraccion bajo el cual la luz interfiere de manera constructiva por un 25 numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada depende de la distancia constante entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes tomando en cuenta la longitud de onda predeterminada y los Indices refractivos del sustrato, la gula de onda plana y del medio en la superficie exterior de la gula de onda en esta longitud de onda. Dado que la luz del campo evanescente que se propaga a lo largo de la superficie exterior de la gula de onda plana es coherente como es la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana, la luz coherente del campo 30 evanescente es difractada coherentemente por los centros de difraccion formados por las muestras objetivo unidas a los sitios de union que estan dispuestos en las llneas rectas predeterminadas diferentes. La luz difractada en cualquier ubicacion se puede determinar anadiendo las contribuciones de cada uno de los centros de difraccion individuales. De manera ventajosa, la difraccion interna de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana es de una eficiencia superior comparada a la difraccion de la luz guiada fuera de la gula de onda plana. Dado que la 35 difraccion en las muestras objetivo unidas a sitios de union es usualmente bastante debil, la difraccion dentro del plano de la gula de onda plana proporciona una sensibilidad de deteccion mejorada que permite incluso detectar de manera comparativa los numeros reducidos de centros de difraccion. El acoplador optico adicional sobre el cual incide la luz difractada puede ser una rejilla flsica adecuada para acoplar la luz fuera de la gula de onda plana. Un punto crucial adicional de la invencion es que el acoplador optico adicional esta dispuesto en una portion de la gula 40 de onda plana fuera del haz de luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. Esto permite detectar la senal de la luz difractada sin un fondo desde el haz de la luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. Debido a que la senal detectada en la ubicacion de deteccion tiene menos senal de fondo, una mejor sensibilidad de deteccion se logra la cual permite detectar una senal causada por menos centros de difraccion. Un maximo de la luz difractada se localiza en la ubicacion de deteccion predeterminada porque el acoplador optico 45 adicional esta formado como una rejilla de modo que en la ubicacion de deteccion predeterminada, la longitud de ruta optica de la luz difractada por las diferentes llneas de la rejilla difiera por un numero entero multiplo de la longitud de onda de la luz. Para una senal maxima en la ubicacion de deteccion, la longitud de ruta optica de la luz desde el acoplador optico a las llneas rectas predeterminadas, desde all! al acoplador optico adicional y desde all! a la ubicacion de deteccion predeterminada es tambien un numero entero multiplo de la longitud de onda 50 predeterminada. De este modo, la luz difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union interfiere de manera constructiva en una ubicacion de deteccion predeterminada. El requisito de interferencia constructiva se cumple por parte de la luz difractada que se anade a la senal detectable en la ubicacion de deteccion.

[0010] De acuerdo con un aspecto ventajoso de la invencion, la distancia constante d entre las llneas rectas

55 adyacentes se escoge para cumplir la condition de Bragg 2Ndsin(a)=kA, donde N es el Indice refractivo efectivo del modo guiado en la gula de onda plana, d es la distancia entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes, a es el angulo de difraccion, k es el numero de la intensidad maxima y l es la longitud de onda de vaclo de la luz de propagacion. Es importante destacar que la distancia entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes d en la cual se produce la interferencia constructiva en una ubicacion de deteccion predeterminada depende del Indice

refractivo efectivo N que, a su vez, depende del Indice refractivo del medio en la superficie exterior de la gula de onda. De manera ventajosa, la distancia entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes d se escoge para tener en cuenta el cambio en el Indice refractivo para las diferentes muestras aplicadas a la superficie exterior. Una distancia constante d entre las llneas adyacentes incluye de forma expllcita pequenos cambios en la distancia entre 5 las llneas adyacentes. Tal gradiente en la distancia entre las llneas adyacentes sobre la pluralidad de las llneas predeterminadas permite completar la condition de Bragg en unicamente una fraction de la pluralidad de llneas predeterminadas.

[0011] De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la invention, las llneas rectas predeterminadas estan 10 dispuestas en el angulo b en el rango de 10°-70° con respecto a la direction de propagation del campo

evanescente. La luz coherente difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union incide en el angulo de difraccion a (que es igual a b) con respecto a las llneas rectas sobre el acoplador optico adicional. La disposition de las llneas rectas predeterminadas y el acoplador optico adicional en angulos fijos es beneficioso para la preparation de las llneas rectas predeterminadas en la superficie exterior del dispositivo, que tiene una orientation 15 fijada al respecto.

[0012] De acuerdo con un aspecto ventajoso adicional de la invencion, el acoplador optico adicional comprende una pluralidad de llneas de rejilla. Cada una de la pluralidad de llneas de rejilla tiene una curvatura respectiva y distancia entre llneas de rejilla adyacentes de forma que el acoplador optico adicional sea capaz de

20 acoplar la luz coherente difractada fuera de la gula de onda plana de tal forma que interfiera en una ubicacion de detection predeterminada con una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada. La pluralidad de llneas de rejilla puede tener un eje de simetrla que se extiende con respecto a las llneas rectas predeterminadas bajo el angulo de difraccion a. Esta simetrla persiste en una pluralidad de llneas de rejilla en el acoplador optico adicional con una estructura de tipo rejilla curvada simetrica de 25 una distancia decreciente entre las llneas de rejilla adyacentes de forma que la luz de una longitud de onda predeterminada unica acoplada fuera de la gula de onda plana cumpla la condicion de que la diferencia en la longitud de ruta optica es un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada unica en la ubicacion de deteccion. Disponer el eje de simetrla bajo el angulo de difraccion permite a la ubicacion de deteccion incluir el eje central de la rejilla optica formada circular.

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[0013] De acuerdo con un aspecto aun mas ventajoso de la invencion, la pluralidad de llneas rectas predeterminadas esta dispuesta en una zona efectiva en la gula de onda plana. La zona efectiva tiene un ancho equivalente a la longitud del acoplador optico de forma que la zona efectiva completa este iluminada por el campo evanescente de la luz coherente acoplada en la gula de onda plana por el acoplador optico. El haz que se propaga

35 en la gula de onda tiene un pequeno angulo de divergencia de forma que el incremento del ancho de haz comparado con las otras dimensiones del dispositivo sea insignificante. De este modo, el ancho de la zona efectiva se puede seleccionar generalmente identico a la longitud del acoplador optico para la iluminacion de la zona efectiva completa. En la practica, no obstante, el ancho de la zona efectiva es mas pequeno comparado con la longitud del acoplador optico. Como ejemplo, el ancho de la zona efectiva es 310 pm mientras que la longitud del acoplador 40 optico es 400 pm.

[0014] De acuerdo con otro aspecto ventajoso de la invencion, al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas estan dispuestas en la gula de onda plana, una tras otra en la direccion de propagacion del campo evanescente. Un acoplador optico adicional respectivo esta dispuesto con respecto a cada pluralidad de llneas

45 rectas predeterminadas de tal forma que la luz coherente difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios de union dispuestos a lo largo de las llneas rectas de la respectiva pluralidad de llneas rectas incide en un angulo de difraccion a sobre el acoplador optico adicional respectivo. Mediante la disposicion de las pluralidades de llneas rectas predeterminadas una tras otra en la direccion de propagacion del campo evanescente, el campo evanescente del haz incide en (se difracta en) todas las pluralidades de llneas rectas predeterminadas dispuestas de tal manera 50 que permitan la deteccion simultanea de afinidades de union en una multitud de muestras.

[0015] En un aspecto alternativo preferido de la invencion, al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas tienen cada una la misma distancia constante d entre llneas rectas adyacentes. La misma distancia constante d entre las llneas rectas adyacentes de cada pluralidad de llneas rectas predeterminadas permite una

55 deteccion redundante de afinidades de union en una multitud de muestras.

[0016] En un aspecto alternativo preferido adicional de la invencion, al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas tienen cada una, una distancia constante diferente di...n entre las llneas rectas adyacentes. La distancia constante diferente di.n puede abarcar un rango de distancias constantes que corresponde a un rango

de Indices refractivos detectables en el medio en la superficie exterior de la gula de onda. El rango de los Indices refractivos detectables permite detectar las afinidades de union para muestras en los medios con indices refractivos diferentes o desconocidos. El indice refractivo en las muestras que entran en contacto con la superficie del sensor podrian variar en el rango de unos escasos tanto por ciento debido a la composicion diferente. En un aspecto 5 adicional preferido de la invencion, la distancia constante di...n entre las lineas rectas adyacentes de las pluralidades adyacentes de las lineas rectas predeterminadas difiere, en los pasos de 0,5 a 3 nm. Disponer de pluralidades de lineas rectas predeterminadas con una diferencia en la distancia constante di.n que cambia en pasos iguales permite cuantificar convenientemente las afinidades de union en muestras de indices refractivos diferentes o desconocidos en el rango de los indices refractivos detectables conocidos. La interferencia constructiva en una 10 ubicacion de deteccion predeterminada se produce cuando la distancia d de la pluralidad de lineas rectas predeterminadas se corresponde con la condicion de Bragg para el indice refractivo de la muestra aplicada.

[0017] En un aspecto alternativo aun mas preferido, al menos dos pluralidades de lineas rectas predeterminadas incluye grupos de pluralidades de lineas rectas predeterminadas, teniendo cada grupo una

15 distancia constante igual d entre las lineas rectas adyacentes. Diferentes grupos de pluralidades de lineas rectas predeterminadas tienen una distancia constante diferente di.n entre las lineas rectas adyacentes. Tener grupos de distancia constante igual d entre las lineas rectas adyacentes combina las ventajas tratadas para las otras alternativas con el fin de permitir la deteccion redundante de afinidades de union asi como detectar las afinidades de union para las muestras en los medios con indices refractivos diferentes o desconocidos en el rango de los indices 20 refractivos detectables conocidos.

[0018] En un aspecto aun mas preferido de la invencion, al acoplador optico comprende al menos dos porciones independientes para el acoplamiento de luz coherente de la longitud de onda predeterminada en la guia de onda plana. Cada porcion independiente tiene una longitud predeterminada y esta separada por un espaciado

25 predeterminado hacia la otra porcion independiente de tal forma que al menos dos haces paralelos de luz coherente se propaguen a traves de la guia de onda plana separados por el espaciado predeterminado. Las porciones independientes del acoplador optico permiten disponer una o mas pluralidades de lineas rectas predeterminadas en la direccion de propagacion de cada haz acoplado a traves de la porcion independiente respectiva en la guia de onda plana. Al separar los haces paralelos acoplados a la guia de onda con un espaciado predeterminado en medio 30 da lugar a que una porcion de la guia de onda plana este fuera de los haces paralelos de la luz coherente. El acoplador optico adicional dispuesto en dicha porcion mejora la senal detectada mediante la reduccion de la luz de fondo en la ubicacion de deteccion. En un ejemplo para el acoplador optico adicional que tiene un tamano de 400 pm, el espaciado predeterminado se selecciona para que sea 600 mm.

35 [0019] De acuerdo con un aspecto ventajoso de la invencion, los sitios de union comprenden moleculas de

captura fijadas a la superficie exterior de la guia de onda plana a lo largo de las lineas rectas predeterminadas unicamente. Las moleculas de captura son capaces de unir las muestras objetivo. Dos formas de realizacion estan particularmente concebidas de como los sitios de union pueden estar dispuestos a lo largo de la pluralidad de lineas rectas predeterminadas. De acuerdo con una primera realizacion, los sitios de union comprenden moleculas de 40 captura fijadas a la superficie de la guia de onda plana a lo largo de las lineas predeterminadas unicamente. Estas moleculas de captura son capaces de unir las muestras objetivo y estan inmovilizadas en la superficie exterior de la guia de onda plana (aunque, como se ha mencionado anteriormente, los sitios de union pueden estar formados por la superficie activada de la guia de onda plana en si misma). La inmovilizacion de las moleculas de captura en la superficie exterior de la guia de onda plana a lo largo de las lineas predeterminadas se puede llevar a cabo 45 generalmente por cualquier metodo adecuado, por ejemplo se puede llevar a cabo mediante el uso de metodos fotolitograficos que utilizan una mascara litografica con lineas rectas. Ni que decir tiene que la disposicion de los sitios de union a lo largo de las lineas rectas predeterminadas se debe entender en cualquier realizacion de la invencion en un sentido en que la mayoria de los sitios de union (en la realizacion instantanea las moleculas de captura) estan ubicados a lo largo de las lineas rectas predeterminadas e incluye explicitamente que algunos sitios 50 de union estan dispuestos en ubicaciones diferentes de eso.

[0020] De acuerdo con la segunda realizacion, los sitios de union comprenden moleculas de captura capaces

de unir las muestras objetivo, estando dispuestas las moleculas de captura capaces de unir las muestras objetivo a lo largo de las lineas rectas predeterminadas por inmovilizacion de las moleculas de captura capaces de unir las 55 muestras objetivo sobre la superficie exterior de la guia de onda plana y mediante la desactivacion de esas moleculas de captura que no estan dispuestas a lo largo de las lineas rectas predeterminadas. El termino “desactivacion” se refiere a este respecto a cualquier metodo adecuado para cambiar la capacidad de union de las moleculas de captura antes o despues de su inmovilizacion en la superficie exterior de la guia de onda plana. La desactivacion se puede conseguir, por ejemplo, exponiendo las moleculas de captura a luz UV con el fin de

conseguir que no vuelvan a ser capaces de unir las muestras objetivo. La desactivacion de las moleculas de captura inmovilizadas entre las llneas rectas predeterminadas se puede conseguir, por ejemplo, por una alteracion de la region de union de la molecula de captura. De acuerdo con esta realizacion de la invencion, las moleculas de captura se pueden aplicar uniformemente o estadlsticamente uniformemente sobre la superficie exterior de la gula 5 de onda lana. Despues de la desactivacion de las moleculas de captura que estan dispuestas entre las llneas rectas predeterminadas unicamente las moleculas de captura dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas (estas no se han desactivado) son capaces de unir una muestra objetivo. Sin embargo, las moleculas de captura desactivadas permanecen inmovilizadas en la superficie exterior de la gula de onda plana.

10 [0021] Esta realizacion tiene la ventaja adicional de que la contribucion de la senal generada por la luz

difractada por las moleculas seleccionadas unidas a las moleculas de captura a la senal global en la ubicacion de deteccion aumenta. Generalmente, la diferencia entre las senales de la luz difractada por moleculas seleccionadas pequenas unidas a las moleculas de captura y la luz difractada por las moleculas de captura sin ninguna molecula seleccionada unida a ello es pequena comparada con la luz difractada por las moleculas de captura solas.

15 Suponiendo que las propiedades de difraccion de las moleculas de captura dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas (que no se han desactivado) y de las moleculas de captura desactivadas dispuestas entre las llneas rectas predeterminadas son casi identicas y suponiendo ademas que las moleculas de captura estan distribuidas de forma homogenea sobre la superficie exterior de la gula de onda plana, entonces de manera ideal no se produce ninguna senal en la ubicacion de deteccion despues de que las moleculas de captura se hayan

20 inmovilizado en la superficie exterior de la gula de onda plana y despues de que las moleculas de captura dispuestas entre las llneas rectas predeterminadas hayan sido desactivadas. En la practica, no obstante, la desactivacion de las moleculas de captura cambia ligeramente las propiedades de difraccion de las moleculas de captura, de forma que puede que no sea ideal desactivar todas las moleculas de captura que estan dispuestas entre las llneas rectas predeterminadas. En su lugar, solo la gran mayorla de las moleculas de captura dispuestas entre

25 las llneas rectas predeterminadas se pueden desactivar. La desactivacion de las moleculas de captura se lleva a cabo en cierta medida de tal forma que la senal total en la ubicacion de deteccion producida por esas moleculas de captura dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas y por las desactivadas y las moleculas de captura no desactivadas dispuestas entre las llneas rectas predeterminadas esta en un mlnimo y es preferiblemente cero. Suponiendo que la senal obtenida de este modo en la ubicacion de deteccion se pueda reducir a cero, esto significa

30 que, despues de anadir las muestras objetivo, la senal producida en la ubicacion de deteccion solo resulta de las muestras objetivo unidas a las moleculas de captura. En el caso de que no se unan muestras objetivo a las moleculas de captura, la senal en la ubicacion de deteccion siga siendo cero. Esto incrementa la sensibilidad del detector para la senal generada por la luz difractada por las moleculas objetivo unidas a las moleculas de captura en la ubicacion de deteccion.

35

[0022] Otro aspecto de la invencion se refiere a un sistema para la deteccion de afinidades de union que comprenden un dispositivo de acuerdo con cualquier de las reivindicaciones precedentes y que comprende ademas una fuente de luz para la emision de luz coherente de una longitud de onda predeterminada. La fuente de luz y el dispositivo estan dispuestos uno con respecto al otro de tal forma que la luz coherente emitida por la fuente de luz

40 esta acoplada en la gula de onda plana a traves del acoplamiento optico.

[0023] De acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, la fuente de luz y el dispositivo estan dispuestos ajustables uno con respecto al otro para cambiar el angulo de acoplamiento bajo el cual la luz coherente emitida por la fuente de luz esta acoplada a traves del acoplamiento optico en la gula de onda plana. La fuente de luz emite luz

45 coherente de una longitud de onda predeterminada, preferentemente en lo visible, cerca del rango espectral UV suave o infrarrojo con una longitud de onda (ajustable) en el rango de 350 nm a 1.500 nm.

[0024] De acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, la fuente de luz se puede ajustar para emitir luz

coherente de longitud de onda predeterminada con un rango de ajuste de aproximadamente 1 a 5 nm. El rango de

50 ajuste de la fuente de luz permite disponer la fuente de luz y el dispositivo en un angulo de acoplamiento fijo. La luz emitida por la fuente de luz ajustable esta acoplada a traves de un acoplador optico (p. ej. rejilla optica) en la gula de onda plana cuando la longitud de onda de la luz emitida en el rango de ajuste se corresponde con la longitud de onda en la cual se produce el acoplamiento en el angulo de acoplamiento fijo.

55 [0025] La fuente de luz ajustable se puede utilizar para un segundo modo ventajoso de funcionamiento del

dispositivo en un sistema para la deteccion de afinidades de union. La condicion de Bragg que describe la intensidad maxima de interferencia constructiva se refiere a la distancia entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes, al angulo bajo el cual el campo evanescente se difracta en las muestras objetivo unidas a los sitios de union que estan dispuestos a lo largo de las llneas rectas predeterminadas, a la longitud de onda de la luz que se propaga a traves

de la gula de onda plana y al Indice refractivo efectivo N del modo guiado. Al considerar las muestras de las cuales el Indice refractivo no se conoce exactamente, la fuente de luz ajustable permite variar la longitud de onda en la cual se produce el acoplamiento de tal forma que la condicion de Bragg para la intensidad maxima de interferencia constructiva se cumple (incluso para una distancia fija entre las llneas adyacentes y un angulo de difraccion fijo 5 relativo a las llneas predeterminadas). La variacion de ambos, la longitud de onda de la fuente de luz ajustable y el angulo de acoplamiento (bajo el cual la luz esta acoplada a traves del acoplador optico en la gula de onda) permite ajustar la longitud de onda en la cual se produce el acoplamiento en la gula de onda a la longitud de onda que cumple la condicion de Bragg para una distancia fija entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes.

10 [0026] Aspectos ventajosos adicionales de la invention se haran evidentes a partir de la siguiente description

de realization del dispositivo con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:

La Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de una primera realizacion del dispositivo de acuerdo con la invencion;

15 La Fig. 2 muestra una vista en planta de la gula de onda plana del dispositivo de la Fig. 1 que ilustra diferentes angulos de acuerdo con la invencion:

La Fig. 3 muestra una vista en planta de la gula de onda plana del dispositivo de la Fig. 1 que ilustra la disposition de los sitios de union;

20

La Fig. 4 muestra una vista en planta de la gula de onda plana del dispositivo de la Fig. 1 que lustra una zona efectiva;

La Fig. 5 muestra una vista en planta de la gula de onda plana del dispositivo de la Fig. 1 que ilustra diferentes rutas 25 opticas;

La Fig. 6 muestra una vista en planta de la gula de onda plana del dispositivo de la Fig. 1 que tiene dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas;

30 La Fig. 7 muestra tres pluralidades de llneas predeterminadas que tienen una diferencia en la distancia constante d entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes;

La Fig. 8 muestra una vista en planta de una mascara que se va a utilizar para la preparation de un dispositivo de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion que tiene el patron de 24 pluralidades de llneas rectas 35 predeterminadas al respecto;

La Fig. 9 muestra una vista en planta de un dispositivo no preparado de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion que se va a preparar con la mascara de la Fig. 8;

40 La Fig. 10 muestra una vista en planta del dispositivo preparado de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion que es el dispositivo de la Fig. 9 listo para su uso en la deteccion de las afinidades de union;

La Fig. 11 muestra una ilustracion esquematica que visualiza la diferencia en la longitud de ruta optica para la difraccion de la luz del campo evanescente en las muestras objetivo unidas a los sitios de union dispuestos a lo largo 45 de la pluralidad de llneas rectas predeterminadas;

La Fig. 12 muestra la ilustracion esquematica de la Fig. 11 con los sitios de union que comprenden las moleculas de captura a lo largo de una pluralidad de llneas rectas predeterminadas y entre las moleculas de captura desactivadas para lograr una senal de fondo minima; y 50

La Fig. 13 muestra la ilustracion esquematica de la Fig. 12 con las muestras objetivo aplicadas a las moleculas de captura capaces de la union.

[0027] La Fig. 1 muestra una vista en perspectiva de una realizacion del dispositivo para el uso en la

55 detection de afinidades de union. Estructuralmente, el dispositivo comprende un sustrato 3, una pluralidad de lineas rectas predeterminadas 7 (cada una de las lineas mostradas representa una multiplicidad de lineas) dispuestas en una superficie exterior 21 de una guia de onda plana 2, un acoplamiento optico 41, una ubicacion de deteccion y un acoplador optico adicional 8. Se muestra ademas que de acuerdo con el principio de funcionamiento del dispositivo, la luz coherente 1 esta acoplada en la guia de onda plana 2 de forma que se propague con un campo evanescente

11 (representado por flechas paralelas) que se difracta de modo que la luz coherente difractada 12 (representada por flechas paralelas) se propaga bajo un angulo relativo a las llneas predeterminadas 7 que se va a acoplar fuera de la gula de onda plana 2 de tal forma que la luz acoplada 13 acoplada fuera de la gula de onda plana 2 interfiere en la ubicacion de deteccion 9.

5

[0028] En el ejemplo mostrado, la gula de onda plana 2 esta dispuesta en el sustrato 3 que permiten ambos que la luz coherente visible se propague a traves de los mismos. Dado que la gula de onda plana 2 tiene un grosor en el rango de unas decenas de nanometros a unas centenas de nanometros, se extrae con la llnea de la superficie superior del sustrato 3. La luz coherente 1 proporcionada por una fuente de luz (no mostrada) tiene una longitud de

10 onda predeterminada. En la practica, la longitud de onda predeterminada no esta limitadas a valores especlficos para la longitud de onda sino que mas bien se debe seleccionar entre otros de acuerdo con el Indice refractivo efectivo del modo guiado as! como el tamano, la posicion y geometrla del acoplador optico 41, las llneas predeterminadas 7 y el acoplador optico adicional 8. Para el acoplamiento de la luz coherente 1 de una longitud de onda predeterminada en la gula de onda plana 2, el acoplador optico 41 emplea en el ejemplo mostrado una rejilla 15 con llneas rectas de una longitud predeterminada de forma que se permita el acoplamiento coherente de la luz coherente 1 bajo un angulo de acoplamiento predeterminado en la gula de onda plana 2. Debido a la longitud predeterminada del acoplador 41, un haz paralelo de luz coherente que tiene un ancho de acuerdo con la longitud del acoplador optico 41 se propaga a traves de la gula de onda plana 2. El haz paralelo de luz coherente tiene un campo evanescente 11 de una profundidad de penetracion caracterlstica. La profundidad de penetracion del campo 20 evanescente 11 en el medio en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 (distancia entre la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 y descenso de intensidad de 1/e2 del campo evanescente 11) depende del Indice refractivo efectivo N del modo guiado, en el Indice refractivo del medio en la superficie de la gula de onda plana y en la longitud de onda l de la luz. La luz del campo evanescente 11 es difractada por muestras objetivo (no mostradas en la Fig. 1) unidas a los sitios de union (no mostrados en la Fig. 1). En principio, los sitios de union estan 25 dispuestos a lo largo de la pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7 que se ejecutan paralelas una a otra con una distancia constante entre las llneas rectas adyacentes. Las llneas rectas predeterminadas 7 estan dispuestas en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 en un angulo relativo a la direccion de propagacion del campo evanescente 11. La luz del campo evanescente 11 se difracta de forma que incida en un angulo de difraccion relativo a las llneas rectas sobre un acoplador optico adicional 8 formado en la gula de onda plana 2. La luz 30 difractada interfiere en el acoplador optico adicional 8 con una diferencia en la longitud de ruta optica de un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada. De manera ventajosa, la difraccion interna de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2 es de una eficiencia superior comparada con la difraccion de la luz guiada fuera de la gula de onda plana 2. Esto proporciona una sensibilidad de deteccion suficiente que permite detectar de forma comparativa los numeros pequenos de los centros de difraccion. En teorla. Podrlan existir otros 35 angulos de difraccion relativos a las llneas rectas que tienen una intensidad maxima de la luz difractada de forma que el acoplador optico adicional 8 pueda estar dispuesto en otros angulos de difraccion tambien. Una ventaja adicional de la invencion se puede ver a partir de la Fig. 1 con respecto a la disposicion del acoplador optico adicional 8. El acoplador optico adicional 8 y, de este modo, la ubicacion de deteccion 9 estan dispuestos en la gula de onda plana 2 y orientados uno con respecto al otro de tal forma que no se detecta ninguna luz del haz que se 40 propaga a traves de la gula de onda plana 2. De este modo, el acoplador optico adicional 8 esta dispuesto en una porcion 10 de la gula de onda plana 2 fuera del haz de luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana 2 empezando a partir del acoplador optico 41. Esto permite detectar la senal a partir de la luz difractada sin un fondo desde el haz de luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. Una ventaja aun adicional se refiere a la senal detectada en la ubicacion de deteccion 9 que tiene menos senal de fondo debido a la ubicacion del 45 acoplador optico adicional 8 en la porcion 10. De este modo, e consigue una mejor sensibilidad de deteccion que permite detectar una senal causada por menos centros de difraccion. El acoplador optico adicional 8 se muestra como una lente de rejilla de fase orientada con el eje de simetrla en la direccion del angulo de difraccion. La lente de rejilla de fase ejemplifica cualquier medio optico para acoplar la luz coherente difractada 12 fuera de la gula de onda plana 2 mientras se centra en la ubicacion de deteccion 9 con una intensidad suficiente para la deteccion de las 50 afinidades de union.

[0029] Las Figs. 2-6, respectivamente, con vistas en planta de la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 de la Fig. 1 que ya describe la gula de onda plana 2, el acoplador optico 41, el acoplador optico adicional 8 y la pluralidad de llneas predeterminadas 7 dispuestas en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2.

55

[0030] En la Fig. 2 se ilustran el angulo a relativo a las llneas rectas predeterminadas 7 el angulo b relativo a la direccion de propagacion del campo evanescente 11. En la presente realizacion, el angulo b es de 22,5° y el angulo a es de 22,5°. Los angulos fijos son obviamente beneficiosos para la preparacion del dispositivo. El campo evanescente 11 (representado por una flecha que empieza desde el acoplador optico 41 y que termina en el centro

de las ilneas rectas predeterminadas 7) que se propaga a lo largo de la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 se difracta en las muestras objetivo (no mostradas) unidas a los sitios de union (no mostrados). La luz coherente difractada 12 (representada por una flecha que empieza desde el centro de las llneas rectas predeterminadas 7 y que se propaga a lo largo de eje de simetrla del acoplador optico adicional 8) interfiere 5 constructivamente de tal forma que incida en el angulo a de 22,5° sobre el acoplador optico adicional 8. El angulo a es de acuerdo con la condicion de Bragg 2Ndsin(a)=k1 dependiente de la distancia d entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes 7 y desde la longitud de onda predeterminada l y se puede variar para que cumpla la condicion de Bragg. N es el Indice refractivo efectivo del modo guiado en la gula de onda plana y l es la longitud de onda de vaclo de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2.

10

[0031] Una vista en planta de la gula de onda plana 2 del dispositivo de la Fig. 1 con una ilustracion ampliada de los sitios de union 5 dispuestos a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7 se proporciona en la Fig. 3. En la ilustracion ampliada, la luz del campo evanescente 11 se representa por flechas paralelas que se aproximan a las llneas rectas predeterminadas 7, que estan dispuestas bajo un angulo b conocido a ello. Las llneas rectas

15 predeterminadas 7 estan dispuestas paralelas una a otra con una distancia constante d. La luz coherente difractada 12 difractada en las muestras objetivo 6 unidas a los sitios de union 5 dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7 tiene para angulos predeterminados una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multiplo de la longitud de onda. La luz coherente difractada 12 tiene para esos angulos predeterminados una intensidad maxima. El angulo de difraccion descrito es el primer angulo bajo el cual se produce 20 tal maximo en intensidad. De hecho, este es el dibujo bien conocido que representa el principio de difraccion de Bragg en el cual la luz se difracta en “estructuras de cristal” para interferir constructivamente en ciertas direcciones. Esta ilustracion no es correcta en tanto que los sitios de union 5 y de esta forma las muestras objetivo 6 unidas a los sitios de union 5 no estan dispuestos a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7 en el orden regular mostrado. La disposicion de estos se desvla en cierta medida tanto, a lo largo de estas llneas como perpendicular a estas 25 llneas sin perder el maximo de intensidad de la luz coherente difractada 12.

[0032] En la Fig. 4 la disposicion de las llneas rectas predeterminadas 7 en una zona efectiva 71 en la gula de onda plana 2 se representa de forma explicativa. La construccion de la zona efectiva 71 se muestra con respecto a la luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana 2. Asumiendo una densidad uniforme de los

30 centros de difraccion en la zona efectiva 71, en principio, cuanto mayor sea el area de la zona efectiva 71, mayor sera el numero de centros de difraccion que contribuiran a la luz coherente difractada 12. El area de la zona efectiva 71 se selecciona principalmente en dependencia de la fuerza de la senal detectada para que sea adecuada para la deteccion de las afinidades de union. Dado que la longitud del acoplador optico 41 es fija, el ancho de la zona efectiva 71 se fija para que sea equivalente a ella. Esto permite la iluminacion de la zona efectiva total 71 por el 35 campo evanescente 11, como se muestra por las flechas paralelas lateralmente que limitan el ancho de la zona efectiva 71. La longitud de la zona efectiva 71 es tal que por un lado la luz coherente difractada 12 incide completamente en el acoplador optico adicional 8 mientras que por el otro lado, el acoplador optico adicional 8 solamente esta iluminado por la luz coherente difractada 12 desde los centros de difraccion en la zona efectiva 11. La separation lateral de la luz coherente difractada 12 desde el campo evanescente 11 limita la luz que incide en el 40 acoplador optico adicional 8 a la luz coherente difractada 12 de los centros de difraccion en la zona efectiva 71 y evita la luz de fondo adicional en la region 10 a traves de la cual, aparte de la luz difractada 12, no se propaga ninguna otra luz.

[0033] En la Fig. 5, dos ejemplos para rutas opticas diferentes de luz se ilustran por las flechas para el campo 45 evanescente 11, las flechas para la luz coherente difractada 12 as! como para la luz 13 que interfiere en la ubicacion

de deteccion 9. En principio, una multiplicidad de haces paralelos empieza en el acoplador optico 41 para difractarse en toda el area de la zona efectiva 71 en la cual estan dispuestas las llneas rectas predeterminadas 7. La luz coherente difractada 12 se propaga hacia el acoplador optico adicional 8 con diferencia en la ruta optica de un numero entero multi plo de la longitud de onda predeterminada. La luz coherente difractada 12 incide en el acoplador 50 optico adicional 8 de tal forma que este acoplada fuera de la gula de onda plana 2. El acoplador optico adicional 8 se representa como rejilla optica con una pluralidad de llneas de rejilla 81. Las llneas de rejilla 81 estan formadas de tal modo que la luz coherente difractada 12 que incide al respecto esta acoplada fuera de la gula de onda plana 2 y esta centrada en la ubicacion de deteccion 9. Para centrar la luz 13 acoplada fuera de la gula de onda plana en la ubicacion de deteccion 9, cada una de las pluralidades de llneas de rejilla 81 tiene una curvatura respectiva y las 55 llneas estan dispuestas con una distancia decreciente entre las llneas de rejilla adyacentes 81 en la direction de propagation de la luz coherente difractada 12. Esto permite la difraccion de la luz de una longitud de onda predeterminada "idealmente" en un punto de enfoque unico con una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multi plo de la longitud de onda predeterminada. Una section en blanco 82 esta formada en el acoplador optico adicional 8 para evitar un reflejo de Bragg de segundo orden o efectos opticos similares, que

reducen potencialmente la intensidad total de la senal detectada.

[0034] Un aspecto ventajoso de la presente invencion se muestra en la Fig. 6, donde la gula de onda plana 2 del dispositivo de la Fig. 1 comprende dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7. Las dos pluralidades de

5 llneas rectas predeterminadas 7 tienen una distancia diferente entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes 7. En general, la distancia diferente entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes 7 permite la detection de las afinidades de union para muestras que tienen un Indice refractivo diferente bajo el mismo angulo de difraccion "fijo". Cada Indice refractivo diferente de la muestra da lugar a un Indice refractivo efectivo diferente para la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2. Generalmente, el Indice refractivo efectivo del modo guiado en la gula 10 de onda plana depende del grosor y el Indice refractivo de la gula de onda plana 2, el Indice refractivo del sustrato, el Indice refractivo de un medio en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 y la polarization del modo guiado. De este modo, el campo evanescente 11 de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2 tiene una longitud de ruta optica especlfica diferente entre las llneas adyacentes para diferentes muestras en la gula de onda. En la practica, el Indice refractivo del medio en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 no es 15 exactamente conocido. De manera ventajosa, la pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7 con distancias diferentes permite detectar una senal para un Indice refractivo desconocido en un rango de Indices refractivos detectables conocidos que podrlan variar en el segundo o tercer decimal del Indice refractivo de muestra a muestra. Para la deteccion de las afinidades de union, es suficiente si una pluralidad unica de llneas rectas predeterminadas 7 muestra una senal detectable. Como se muestra, al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7 20 estan dispuestas en la gula de onda plana 2 en la direction de propagation del campo evanescente 11. La luz coherente 12 acoplada en la gula de onda plana 2 es difractada por las muestras objetivo 6 unidas a los sitios de union 5 de cada pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7. Un acoplador optico adicional 8 se proporciona en cada pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7 para que la luz incida bajo un angulo de difraccion relativo a las llneas rectas en una region 10 fuera del haz de luz coherente.

25

[0035] La Fig. 7 se refiere de nuevo a la idea de disponer al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7 en la gula de onda plana 2. Esto se ilustra por la disposition de tres pluralidades de llneas predeterminadas 7 con la pluralidad en el lado izquierdo marcada como que dispone de una primera distancia constante d1...24 entre las llneas rectas adyacentes 7 fuera de un numero de 24 distancias constantes. Esto se refiere

30 a la idea de que 24 pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7 estan dispuestas cada una disponiendo de una distancia constante diferente d entre las llneas rectas adyacentes. Como ejemplo, la distancia d1 entre las llneas predeterminadas adyacentes es 446 nm y la distancia d2 entre las llneas predeterminadas adyacentes es 447 nm. 24 pluralidades de llneas rectas predeterminadas es un numero escogido de forma arbitraria que proporciona en el presente ejemplo un rango de 24 distancias diferentes entre 446 nm a 469 nm en pasos de 1 nm. Los pasos 35 mencionados proporcionan un rango suficiente para abarcar la variation esperada de Indices refractivos efectivos en el segundo o tercer decimal (correspondiente a una variacion de Indice refractivo efectivo en el rango de por ciento a por mil).

[0036] Una segunda realization de la invencion se proporciona en el dispositivo mostrado en las Figs. 9 y 10, 40 que representan el dispositivo antes de la preparation, as! como cuando esta correctamente preparado para su uso.

Dicho dispositivo se prepara con la mascara 14 mostrada en la Fig. 8.

[0037] La Fig. 8 muestra la mascara 14 para su uso en un metodo fotolitografico para la disposicion de los sitios de union 5 en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 a lo largo de las llneas rectas

45 predeterminadas 7. Tal mascara 14 comprende un patron al respecto adecuado para transferir llneas rectas predeterminadas 7 en la superficie exterior 21. El patron se utiliza en procedimientos fotolitograficos para fijar los sitios de union en llneas rectas predeterminadas 7 en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2. El dispositivo que aun no esta preparado se muestra en la Fig. 9. Los metodos fotolitograficos ejemplifican cualquier metodo apropiado para la disposicion de las llneas rectas predeterminadas 7 en la superficie exterior 21 de la gula 50 de onda plana 2. En general, cada metodo conocido en la tecnica adecuado para estructurar los sitios de union en la escala de nanometro a micrometro se puede emplear para disponer los sitios de union al respecto. En la Fig. 10 el dispositivo preparado se muestra con 24 pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7. Las 24 pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7 estan dispuestas en una llnea con respecto a una de las tres porciones independientes 411, 412, 413 de forma que la luz coherente acoplada a traves de cada una de dichas porciones 55 independientes se difracte en ocho pluralidades de llneas rectas predeterminadas 7 dispuestas una tras otra. Las 24 pluralidades de las llneas rectas predeterminadas 7 estan dispuestas en tres filas paralelas que tienen una distancia entremedio que forma una portion 10 de la gula de onda plana 2 fuera de los haces paralelos de luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana. El acoplador optico 41 comprende tres porciones independientes 411, 412, 413 para el acoplamiento de tres haces paralelos de luz coherente en la gula de onda plana 2. Las tres

porciones independientes 411, 412, 413 que forman el acoplador optico estan dispuestas en una fila y estan separadas lateralmente por una distancia predeterminada desde la porcion independiente adyacente. De este modo, los haces paralelos de la luz coherente se propagan a traves de la gula de onda plana 2 separados por esta distancia predeterminada. Cada porcion independiente 411, 412, 413 tiene una longitud predeterminada igual al 5 ancho de la pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7 dispuestas en una fila unica de pluralidades. Cada porcion independiente 411, 412, 413 acopla un haz de luz coherente en la gula de onda plana. Entremedio hay tres porciones 10 en la superficie exterior 21 de la gula de onda plana 2 que estan fuera de los haces de luz coherente. Las porciones 10 se utilizan para disponer el acoplador optico adicional 8 respectivamente a cada pluralidad de llneas rectas predeterminadas 7. La luz coherente que no es difractada por las muestras objetivo unidas a los sitios 10 de union dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7 se propaga a traves de la gula de onda plana al acoplador optico adicional 42 para el acoplamiento fuera de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2 que no se difracta en las muestras objetivo unidas a los sitios de union dispuestos a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7.

15 [0038] Las Fig. 11, Fig. 12 y Fig. 13 ilustran ejemplos para la difraccion de la luz del campo evanescente 11.

La luz 11 se difracta en las muestras objetivo 6 unidas a los sitios de union 5 dispuestos a lo largo de las llneas predeterminadas 7 de una distancia d de forma que se contribuya a un maximo en una ubicacion de deteccion predeterminada. Las ilustraciones mostradas son bien conocidas a partir de la description de la difraccion de Bragg en “estructuras de cristal”. En principio, la condition de Bragg 2Ndsin(a)=kA describe los angulos bajo los cuales se 20 puede detectar una intensidad maxima de luz difractada. Debido a la disposition paralela de las llneas rectas predeterminadas 7 a una distancia constante d entre las llneas adyacentes, la luz del campo evanescente 11 difractada en llneas subsiguientes interfiere bajo angulos de difraccion predeterminados de forma que tenga una diferencia en la longitud de ruta optica de un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada de la luz que se propaga a traves de la gula de onda plana 2. De este modo, los haces paralelos mostrados 12 de la luz 25 difractada interfieren en esos angulos de difraccion de forma que tengan una diferencia en la longitud de ruta optica de un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada de la luz de propagation. Las muestras mostradas ejemplifican las muestras objetivo 6 unidas a los sitios de union sin ninguna precondition al tipo de sitios de union as! como al tipo de muestras objetivo 6. Para la interferencia constructiva, es fundamental disponer los sitios de union a los cuales se pueden unir las muestras objetivo o no a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 30 7 de forma que la luz interfiera de forma constructiva bajo las condiciones prescritas.

[0039] En la Fig. 11, los sitios de union comprende un tipo unico de moleculas de captura. La detection de las afinidades de union prueba la capacidad de las moleculas de captura de unir las muestras objetivo 6 o no, observando en realidad la union de las muestras objetivo 6 a las moleculas de captura. Las moleculas de captura

35 estan fijadas en este primer ejemplo a la superficie exterior de la gula de onda plana para estar dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7 unicamente.

[0040] De acuerdo con otro ejemplo mostrado en las Fig. 12 y Fig. 13, las moleculas de captura 5 son capaces de unir las muestras objetivo 6 que estan dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7

40 mediante la disposicion de las moleculas de captura 5 capaces de unir las muestras objetivo 6 sobre la superficie exterior completa de la gula de onda plana y mediante la desactivacion de esas moleculas de captura 51 que no estan dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas 7.

[0041] Esto se consigue por el hecho de que las moleculas de captura estan inmovilizadas sobre la superficie 45 exterior (completa) de la gula de onda plana, de forma que no haya disposicion de las moleculas de captura a lo

largo de la pluralidad de llneas predeterminadas 7 unicamente. De este modo, la luz del campo evanescente 11 difractada por las moleculas de captura 5 y las moleculas de captura 51 no interfiere en el acoplador optico adicional en la manera descrita mas arriba para la luz coherente difractada 12.

50 [0042] Posteriormente, las moleculas de captura 51 dispuestas entre las llneas predeterminadas 7 estan

desactivadas de forma que ninguna muestra objetivo 6 pueda unirse a estas moleculas de captura desactivadas 51 nunca mas. Como se muestra en la Fig. 12, la desactivacion se lleva a cabo de tal forma que despues de la desactivacion, la serial global en el acoplador optico adicional (no se han anadido aun muestras objetivo 6) producida por las moleculas de captura desactivadas 51 y las moleculas de captura 5 capaces de unir las muestras 55 objetivo se establezca o ajuste a una senal minima ajustada (de forma que interfiera de manera destructiva) en la ubicacion de deteccion, idealmente a cero. La luz 121 difractada en las moleculas de captura desactivadas 51 asi como en las moleculas de captura 5 tiene una diferencia en la longitud de ruta optica con el fin de anadir a un minimo en una ubicacion de deteccion predeterminada. Las lineas mostradas de las moleculas de captura 5 y las moleculas de captura desactivadas 51 son lineas “ideales” pero proporcionan una aproximacion suficiente dado que

la luz difractada de las moleculas de captura 5 y las moleculas de captura desactivadas 51 dispuestas distintas de (o en la proximidad de) la pluralidad de lineas “ideales” predeterminadas 7 en principio se elimina en si misma.

[0043] Alternativamente, la senal minima antes de la aplicacion de las muestras objetivo se puede conseguir 5 por el hecho de que las moleculas de captura 5 y las moleculas de captura desactivadas 51 se aplican

posteriormente de modo que en un primer paso, las moleculas de captura 5 se aplican a la superficie exterior de la guia de onda plana a lo largo de la pluralidad de lineas rectas predeterminadas 7 (comparable a la Fig. 11). En un paso posterior, las moleculas de captura desactivadas 51 se aplican entremedio de las lineas de la pluralidad de lineas rectas predeterminadas 7.

10

[0044] En el ultimo paso, las muestras objetivo se anaden a la superficie exterior de la guia de onda plana. Dado que solamente las moleculas de captura dispuestas a lo largo de las lineas predeterminadas 7 son capaces de unir las muestras objetivo 6, las muestras objetivo 6 se unen a esas moleculas de captura a lo largo de las lineas predeterminadas 7, como se muestra en la Fig. 13. Debido a que la senal en la ubicacion de deteccion causada por

15 las moleculas de captura desactivadas 51 y las moleculas de captura se ha establecido en o ajustado a un minimo antes (vease la Fig. 12), la senal en la ubicacion de deteccion es causada entonces principalmente (o completamente, si la senal producida por las moleculas de captura desactivadas 51 y las moleculas de captura 5 se reducido a cero antes) por la luz 12 la cual ha sido difractada por las muestras objetivo 6 unidad a las moleculas de captura dispuestas a lo largo de las lineas predeterminadas 7.

20

[0045] Aunque las formas de realizacion de la invencion se han descrito con la ayuda de los dibujos, diversas modificaciones y cambios en las formas de realizacion descritas son posibles sin salirse de la ensenanza general subyacente a la invencion. Por tanto, la invencion no se debe entender como que esta limitada a las formas de realizacion descritas, sino mas bien al alcance de proteccion que se define por las reivindicaciones.

25

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo para uso en la deteccion de afinidades de union, comprendiendo el dispositivo una gula de onda plana (2) dispuesta en un sustrato (3) y comprendiendo ademas un acoplador optico (41) que tiene una

   5 longitud predeterminada, comprendiendo el acoplador optico (41) una rejilla optica definida por las llneas que tienen una longitud, con la longitud predeterminada del acoplador optico (41) que es la longitud de las llneas que definen la rejilla optica, para el acoplamiento de la luz coherente (1) de una longitud de onda predeterminada en la gula de onda plana (2) de tal forma que un haz paralelo de luz coherente se propague a traves de la gula de onda plana (2) con un campo evanescente (11) de la luz coherente que se propaga a lo largo de una superficie exterior (21) de la 10 gula de onda plana (2), comprendiendo la superficie exterior (21) de la gula de onda plana (2) los sitios de union (5) al respecto capaz de unir las muestras objetivo (6) a los sitios de union (5) de tal forma que la luz del campo evanescente (11) sea difractada por las muestras objetivo (6) unidad a los sitios de union (5), donde los sitios de union (5) estan dispuestos a lo largo de una pluralidad de llneas rectas predeterminadas (7) que se ejecutan paralelas una a otra con una distancia constante entre las llneas rectas adyacentes, estando las llneas rectas 15 predeterminadas de la pluralidad de llneas rectas predeterminadas (7) dispuestas en un angulo (b) con respecto a la direccion de propagacion del campo evanescente (11) de tal forma que la luz coherente (12) difractada por las muestras objetivo (6) unidas a los sitios de union (5) incida bajo un angulo de difraccion (a) con respecto a las llneas rectas predeterminadas sobre un acoplador optico adicional (8) dispuesto en una porcion (10) de la gula de onda plana (2) fuera del haz paralelo de la luz coherente que se propaga a traves de la gula de onda plana (2), acoplando 20 el acoplador optico adicional (8) la luz coherente difractada (12) fuera de la gula de onda plana (2) de tal forma que interfiera en una ubicacion de deteccion predeterminada (9) con una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada, donde la distancia constante (d) entre las llneas rectas adyacentes (7) se selecciona de tal forma que cumpla la condicion de Bragg

   25 2Ndsin (a) = kA

   donde

   N es el Indice refractivo efectivo del modo guiado en la gula de onda plana,

   30 d es la distancia entre las llneas rectas predeterminadas adyacentes, a es el angulo de difraccion,

   K es el numero de la intensidad maxima, y l es la longitud de onda de vaclo de la luz de propagacion,

   35 y donde el acoplador optico adicional (8) comprende una pluralidad de llneas de rejilla (81), teniendo cada una de la pluralidad de llneas de rejilla (81) una curvatura respectiva y distancia entre llneas de rejilla adyacentes (81) de forma que el acoplador optico adicional (8) sea capaz de acoplar la luz coherente difractada (12) fuera de la gula de onda plana (2) de tal forma que interfiera en una ubicacion de deteccion predeterminada (9) con una diferencia en la longitud de ruta optica que es un numero entero multiplo de la longitud de onda predeterminada y donde la pluralidad 40 de llneas de rejilla (81) tiene un eje de simetrla que se extiende con respecto a las llneas rectas predeterminadas (7) bajo el angulo de difraccion (a).
2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las llneas rectas predeterminadas (7) estan dispuestas en el angulo (b) de 22,5° relativo a la direccion de propagacion del campo evanescente (11) y donde la

   45 luz coherente (12) difractada por las muestras objetivo (6) unidas a los sitios de union (5) incide bajo el angulo de difraccion (a) de 22,5° relativo a las llneas rectas predeterminadas (7) sobre el acoplador optico adicional (8).
3. 3. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la pluralidad de llneas rectas predeterminadas (7) esta dispuesta en una zona efectiva (71) en la gula de onda plana (2), teniendo la

   50 zona efectiva (71) un ancho equivalente a la longitud del acoplador optico (41) de forma que la zona efectiva completa (71) sea iluminada por el campo evanescente (11) de la luz coherente acoplada en la gula de onda plana (2) por el acoplador optico (41).
4. 4. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde al menos dos 55 pluralidades de llneas rectas predeterminadas (7) estan dispuestas en la gula de onda plana (2), una tras otra en la

   direccion de propagacion del campo evanescente (11) con un acoplador optico adicional respectivo (8) que esta dispuesto con respecto a cada pluralidad de llneas rectas predeterminadas (7) de tal forma que la luz coherente (12) difractada por las muestras objetivo (6) unidas a los sitios de union (5) dispuestos a lo largo de las llneas rectas de la

   pluralidad respectiva de ilneas rectas (7) incide en un angulo de difraccion (a) sobre el acoplador optico adicional respectivo (8).
5. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4, donde al menos dos pluralidades de llneas rectas 5 predeterminadas (7) tienen cada una la misma distancia constante d entre las llneas rectas adyacentes.
6. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4, donde al menos dos pluralidades de llneas rectas predeterminadas (7) tienen cada una, una distancia constante diferente di...n entre las llneas rectas adyacentes.

   10 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 6, donde la distancia constante di.n entre las llneas

   rectas adyacentes de las pluralidades adyacentes de las llneas rectas predeterminadas (7) difiere, en pasos iguales en el rango de 0,5 a 10 nm.
7. 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 4, donde al menos dos pluralidades de llneas rectas 15 predeterminadas (7) incluyen grupos de pluralidades de llneas rectas predeterminadas (7), teniendo cada grupo una

   distancia constante igual d entre las llneas rectas adyacentes y donde diferentes grupos de pluralidades de llneas rectas predeterminadas (7) tienen una distancia constante diferente di.n entre las llneas rectas adyacentes.
8. 9. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el acoplador optico 20 (41) comprende al menos dos porciones independientes (411, 412, 413) para el acoplamiento de haces paralelos de

   luz coherente (1) de la longitud de onda predeterminada en la gula de onda plana (2), teniendo cada porcion independiente (411, 412) una longitud predeterminada y estando lateralmente separadas por una distancia predeterminada desde la porcion independiente adyacente (411, 412, 413) del acoplador optico (41) de tal forma que los haces paralelos de la luz coherente se propague a traves de la gula de onda plana (2) separada por la distancia 25 predeterminada.
9. 10. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los sitios de union (5) comprenden las moleculas de captura fijadas a la superficie exterior (21) de la gula de onda plana (2) a lo largo de las llneas rectas predeterminadas (7) unicamente, siendo capaces las moleculas de captura de unir las muestras

   30 objetivo (7).
10. 11. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 9, donde los sitios de union (5) comprenden las moleculas de captura capaces de unir las muestras objetivo (6) estando las moleculas de captura capaces de unir las muestras objetivo (6) dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas (7) mediante la

    35 inmovilizacion de las moleculas de captura (6) capaces de unir las muestras objetivo sobre la superficie exterior (21) de la gula de onda plana (2) y mediante la desactivacion de esas moleculas de captura que no estan dispuestas a lo largo de las llneas rectas predeterminadas (7).
11. 12. Sistema para la deteccion de las afinidades de union que comprende un dispositivo de acuerdo con 40 cualquiera de las reivindicaciones precedentes y que comprende ademas una fuente de luz para la emision de luz

    coherente (1) de una longitud de onda predeterminada, estando la fuente de luz y el dispositivo dispuestos uno con respecto al otro de tal forma que la luz coherente (1) emitida por la fuente de luz este acoplada en la gula de onda plana (2) a traves del acoplador optico (41).

    45 13. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 12, donde la fuente de luz y el dispositivo estan dispuestos

    de forma ajustable uno con respecto al otro para el cambio del angulo de acoplamiento bajo el cual la luz coherente (1) emitida por la fuente de luz esta acoplada a traves del acoplador optico (41) en la gula de onda plana (2) y donde la fuente de luz es ajustable para emitir la luz de una longitud de onda predeterminada en un rango predeterminado.