專利名稱：全息傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息傳感器。
背景技術(shù)：
WO-A-95/26499描述了一種全息傳感器。該傳感器包括全息承載介質(zhì)以及遍布其體積內(nèi)的全息圖。該承載介質(zhì)與分析物相互作用而引起該介質(zhì)的物理屬性的變化。該變化引起全息元件的光學(xué)特性改變，例如其極化性、反射率、折射率或吸收率等。如果全息圖再現(xiàn)時發(fā)生任何改變(例如，使用入射寬頻帶的、非離子型電磁輻射)，則使用光學(xué)探測器可以觀察到例如顏色的變化。該光學(xué)探測器可以是分光計或簡單為人的眼睛。
WO-A-99/63408描述了一種產(chǎn)生全息傳感器的替代方法。使用了連續(xù)的處理工藝，其中首先制造聚合物膜，隨后加入光敏性鹵化銀粒子。通過擴(kuò)散可溶鹽而將這些粒子引入到聚合物介質(zhì)中，并且這些粒子與鹵素離子和光敏性染料反應(yīng)，以形成不溶解的光敏性沉淀物。于是記錄下全息圖像。
PCT/GB04/00976描述了如何使用稱為“無銀雙聚合(silverlessdouble polymerisation)”的技術(shù)制造全息傳感器。
已經(jīng)提出將全息傳感器用于皮下使用，例如來檢測葡萄糖。然而，該全息圖通常不會反射足夠亮度的光線來穿透要檢測的皮膚并被探測到。這主要是因為光線散射的問題。
常規(guī)的全息傳感器的承載介質(zhì)可以包括諸如N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)的交聯(lián)劑。
在《分析生物化學(xué)(Analytical Biochemistry)》(1988)第173卷第412-423頁，Hochstrasser等人報告了在丙烯酰胺凝膠中研究使用幾種不同交聯(lián)劑，以對在進(jìn)行凝膠的銀染時將銀結(jié)合到凝膠的本底進(jìn)行限制。他們發(fā)現(xiàn)諸如亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)等具有游離酰胺的任意交聯(lián)劑趨于導(dǎo)致大量本底著色。
他們認(rèn)為MBA上的游離酰胺主要與銀相互作用，并將其結(jié)合到聚合物上。他們發(fā)現(xiàn)，在銀染時雙丙烯?；哙?BAP)(是叔酰胺)(不同于MBA和多數(shù)其它雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，這些都是仲酰胺)并未顯示出這種隨機(jī)結(jié)合和高銀本底。這被認(rèn)為是由于不能與銀相互作用的BAP中的氮造成的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于通過降低有害的(“本底”)銀結(jié)合程度來增加全息傳感器的亮度和敏感度而實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了一種包括介質(zhì)和布置在其中的全息圖的傳感器，其中該介質(zhì)的光學(xué)特性由于該介質(zhì)的物理屬性的變化而改變，其中銀粒子形成全息圖的條紋，并且其中該介質(zhì)包括抑制有害的銀結(jié)合的材料。優(yōu)選地，該介質(zhì)是與雙(叔酰胺)交聯(lián)的丙烯酰胺基材料，諸如1，4-雙(丙烯酰基)哌嗪。
本發(fā)明的第二方面是一種皮下植入物，其包括本發(fā)明的傳感器。
本發(fā)明的傳感器可以在亮度和敏感性上大大高于常規(guī)傳感器，并且它們反射的光線可以是高度單色的，因此具有更好的分辨率。由此得出，本發(fā)明的傳感器特別適合于皮下使用，例如在葡萄糖或乳酸的檢測中使用。該傳感器也可以用于安全/鑒定中。
具體實施例方式
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，為了說明的目的，該全息承載介質(zhì)是一種與1，4-雙(丙烯?；?哌嗪(BAP)交聯(lián)的材料，其結(jié)構(gòu)是
在不希望受到理論的限制時，可以認(rèn)為，諸如BAP的交聯(lián)劑的存在抑制了銀到承載介質(zhì)的隨機(jī)(或非特定的)結(jié)合，因而使全息記錄過程中產(chǎn)生的本底噪聲最小化。
本發(fā)明中所使用類型的全息傳感器通常包括介質(zhì)以及遍布該介質(zhì)體積內(nèi)布置的全息圖。該承載介質(zhì)可以與分析物相互作用，導(dǎo)致該介質(zhì)的物理屬性變化。該變化引起全息元件的光學(xué)特性改變，例如其極化性、反射率、折射率或吸收率等。如果全息圖再現(xiàn)時通過使用入射寬頻帶的、非離子型電磁輻射發(fā)生任何改變，則可以觀察到諸如顏色或亮度的改變。
存在改變物理屬性從而改變光學(xué)特性的許多基本方法。所變化的物理屬性優(yōu)選是承載介質(zhì)的體積，進(jìn)而是全息元件的全息條紋的間距。上述變化可以通過將特定基團(tuán)加入承載介質(zhì)中而獲得，在所述承載介質(zhì)中，這些基團(tuán)與分析物交互作用而發(fā)生構(gòu)象、電荷或交聯(lián)度的改變，并且使得承載介質(zhì)發(fā)生膨脹或收縮。這種基團(tuán)優(yōu)選是一種分析物種的特定結(jié)合共軛物。
通過簡單改變承載介質(zhì)的成分，全息傳感器可以用于進(jìn)行多種檢測分析物的探測。該承載介質(zhì)優(yōu)選包括聚合物介質(zhì)，該聚合物介質(zhì)的成分必須是最優(yōu)化的，以獲得高質(zhì)量薄膜，即具有其內(nèi)可以形成全息條紋的均勻介質(zhì)的膜。優(yōu)選地，通過將具有丙烯酰胺基單體的單體(共)聚合而獲得該介質(zhì)。
全息承載介質(zhì)的其它實例有凝膠、K-鹿角菜膠(K-carageenan)、瓊脂、瓊脂糖、聚乙烯醇(PVA)、溶膠凝膠(按廣義分類)、水凝膠(按廣義分類)以及丙烯酸鹽。其他材料還有多糖物、蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)類材料、低核苷酸、RNA、DNA、纖維素、乙酸纖維素、聚酰胺、聚酰胺和聚丙烯酰胺。凝膠是用于承載諸如鹵化銀粒子的光敏物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)材料。凝膠也可以通過鉻(III)粒子在凝膠條(gelstrands)上的羧基之間交聯(lián)。
可以根據(jù)WO-A-95/26499、WO-A-99/63408和WO-A-03/087789中公開的方法制備該傳感器。這些申請文件的說明書中的內(nèi)容通過引用并入該說明書中。
可以通過光衍射生成本發(fā)明的傳感器中的全息圖。該全息圖可以只是在放大條件下可見，或在白光、UV光或紅外輻射下可見，在特定溫度、磁力或壓力條件下可見，在以特定方式聚焦的光線下或在具有特定頻率或波長的激光下可見。全息圖像優(yōu)選為物體或具有二維或三維效果。
該傳感器還可以包括在用激光照射時產(chǎn)生干涉效應(yīng)的裝置，優(yōu)選地該裝置包括去極化層。
該傳感器可以具有覆蓋其全部或部分的材料層，該材料層改變穿過其本身的光線的屬性或起濾光器的作用。該材料可以是透明的并具有特定的折射率或可以作為濾色器。這樣的材料是有利的，并用來確?？梢匀菀浊颐鞔_地執(zhí)行任何特定全息響應(yīng)的分析。
本發(fā)明也涉及一種檢測樣品中的分析物的方法，該方法包括將樣品與根據(jù)本發(fā)明的傳感器的介質(zhì)接觸，并探測其光學(xué)特性的任何變化。該分析物優(yōu)選是化學(xué)、生物化學(xué)或生物學(xué)類型。通過肉眼或通過使用設(shè)備可以探測到光學(xué)特性的改變。也可以使用一設(shè)備來存儲、發(fā)送或處理與光學(xué)變化相關(guān)的數(shù)據(jù)。該設(shè)備優(yōu)選選自光讀取器、移動電話、計算機(jī)和數(shù)字照相機(jī)等?？梢栽O(shè)想的是，可以使用任何類型的計算機(jī)，例如膝上型計算機(jī)、臺式計算機(jī)、或諸如個人管理設(shè)備的個人數(shù)字助理(PDA)的手持設(shè)備。
包括根據(jù)本發(fā)明的傳感器的物品可以用在各種領(lǐng)域。這樣的物品可以是交易卡、紙幣、護(hù)照、身份證、智能卡、駕駛執(zhí)照、股票、債券、支票、支票卡、稅票、禮券、郵票、火車票或飛機(jī)票、電話卡、彩票卡、賽事票(event ticket)、信用卡或簽帳卡、業(yè)務(wù)名片或為了區(qū)分正宗產(chǎn)品和假冒產(chǎn)品或用于識別被盜產(chǎn)品而在消費(fèi)者、品牌或產(chǎn)品保護(hù)中使用的物品。
或者，該物品可以是智能包裝物品。所述“智能包裝物品”是一種包括容器、包裝物或封裝物的一部分或其附件以監(jiān)控、指示或測試產(chǎn)品信息或質(zhì)量或會影響產(chǎn)品質(zhì)量、貯存期限或安全性的環(huán)境條件的系統(tǒng)。一般應(yīng)用包括例如顯示時間-溫度、新鮮度、濕度、酒精、氣體、物體損壞等的指示器。
本發(fā)明可以與工業(yè)品或手工藝品一起使用，所述工業(yè)品或手工藝品包括選自珠寶品的裝飾元件、服飾品(包括鞋襪)、紡織品、家具、玩具、贈品、家用品(包括陶器和玻璃器皿)、建筑物(包括玻璃、瓷磚、涂料、金屬、磚塊、陶瓷、木材、塑料以及其他內(nèi)部和外部設(shè)施)、藝術(shù)品(包括圖片、雕塑、陶瓷和照明設(shè)施)、文具(包括賀卡、專用信紙和宣傳資料)以及體育用品，或所述物品可為用于農(nóng)業(yè)研究、環(huán)境研究、人類或獸類的預(yù)測性診斷(prognostics)、治療診斷、診斷、治療或化學(xué)分析中的產(chǎn)品或設(shè)備，所述物品更可以是測試條、芯片、盒式貯存器(cartridge)、拭子(swab)、管、移液管、接觸透鏡、結(jié)膜下移植物、皮下移植物、測醉試驗器、導(dǎo)管或者流體取樣或分析設(shè)備。
本發(fā)明的傳感器可以被包括在可轉(zhuǎn)移全息膜上。該膜優(yōu)選存在于熱沖壓帶(stamping tape)上。通過將傳感器從膜中轉(zhuǎn)移到物品上可以提高物品的安全性。
本發(fā)明還涉及包括能產(chǎn)生數(shù)據(jù)的本發(fā)明傳感器的產(chǎn)品以及使用這樣的產(chǎn)品產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀存儲、控制、傳輸、報告和/或建模的系統(tǒng)。
以下實施例用于說明本發(fā)明。
實施例1通過將12mol％的3-氨基苯基硼酸、86.5mol％的丙烯酰胺和作為交聯(lián)劑的1.5mol％的BAP共聚合而形成承載介質(zhì)。隨后使用1.5mol％的MBA做為交聯(lián)劑而形成類似介質(zhì)。然后使用2脈沖的激光將鹵化銀固定在每個介質(zhì)中并記錄下全息圖。通過12mol％的3-氨基苯基硼酸和丙烯酰胺的“無銀雙聚合”方式，使用1.5mol％的MBA作為交聯(lián)劑而形成另一介質(zhì)。同樣，在該介質(zhì)中記錄下全息圖。
本發(fā)明的傳感器的全息圖被認(rèn)為即使在其構(gòu)造中只使用2脈沖的激光也顯著亮于常規(guī)傳感器(大約10-100倍)。事實上，本發(fā)明的全息圖亮到使得其甚至能在條形照明燈(strip light)下被察看到。本發(fā)明還比較了各種傳感器的響應(yīng)，這些響應(yīng)被顯示為實際上相同。本發(fā)明的傳感器的衍射峰相對于其它兩者的衍射峰是高度單色的。
實施例2通過將5mol％的丙烯酸、90％mol的丙烯酰胺∶甲基丙烯酰胺(比率為2∶1)和作為交聯(lián)劑的5mol％的BAP共聚合而形成承載介質(zhì)。然后將鹵化銀固定在介質(zhì)內(nèi)并且記錄下全息圖。該傳感器顯示了與實施例1的傳感器類似的特性。
權(quán)利要求
1.一種包括介質(zhì)和布置在介質(zhì)中的全息圖的傳感器，其中該介質(zhì)的光學(xué)特性由于該介質(zhì)的物理屬性的變化而改變，其中銀粒子形成全息圖的條紋，并且其中該介質(zhì)包括抑制銀結(jié)合的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，其中所述介質(zhì)是交聯(lián)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的傳感器，其中所述材料可通過將包括丙烯酰胺基單體的單體聚合而獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的傳感器，其中所述單體包括丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4的傳感器，其中所述材料與雙(叔酰胺)的交聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的傳感器，其中所述材料與1，4-雙(丙烯?；?哌嗪交聯(lián)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，用于檢測分析物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，用于檢測葡萄糖或乳酸。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，其中所述全息圖通過光的衍射產(chǎn)生。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，其中所述全息圖僅在放大條件下或激光照射條件下可見。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，其中所述全息圖像為物體或具有二維或三維效果。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，還包括在用激光照射時產(chǎn)生干涉效應(yīng)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的傳感器，其中所述裝置包括去極化層。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，其中所述全息圖在白光、UV光或紅外輻射下可見。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～13中任一項的傳感器，其中所述全息圖在特定溫度、磁力或壓力條件下可見。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器，其中所述傳感器具有覆蓋其全部或部分的材料層，該材料是透明的或起濾色器的作用。
17.一種包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器的皮下植入物。
18.一種檢測樣品中的分析物的方法，包括將樣品與根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的傳感器的介質(zhì)接觸，并檢測光學(xué)特性的任何變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述分析物是化學(xué)、生物化學(xué)或生物學(xué)類型。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的方法，其中使用選自光讀取器、移動電話、計算機(jī)和數(shù)字照相機(jī)的設(shè)備檢測光學(xué)特性的任何改變，或者存儲、發(fā)送或處理與該光學(xué)變化相關(guān)的數(shù)據(jù)。
21.一種物品，該物品包括權(quán)利要求1～16中任一項的傳感器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，該物品是交易卡、紙幣、護(hù)照、身份證、智能卡、駕駛執(zhí)照、股票、債券、支票、支票卡、稅票、禮券、郵票、火車票或飛機(jī)票、電話卡、彩票卡、賽事票、信用卡或簽帳卡、業(yè)務(wù)名片或為了區(qū)分正宗產(chǎn)品和假冒產(chǎn)品或用于識別被盜產(chǎn)品而在消費(fèi)者、品牌或產(chǎn)品保護(hù)中使用的物品。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，所述物品為本發(fā)明所定義的智能包裝物品。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，所述物品是工業(yè)品或手工藝品，包括選自珠寶品的裝飾元件、服飾品(包括鞋襪)、紡織品、家具、玩具、贈品、家用品(包括陶器和玻璃器皿)、建筑物(包括玻璃、瓷磚、涂料、金屬、磚塊、陶瓷、木材、塑料以及其他內(nèi)部和外部設(shè)施)、藝術(shù)品(包括圖片、雕塑、陶瓷和照明設(shè)施)、文具(包括賀卡、專用信紙和宣傳資料)以及體育用品。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的物品，所述物品是用于農(nóng)業(yè)研究、環(huán)境研究、人類或獸類的預(yù)測性診斷、治療診斷、診斷、治療或化學(xué)分析中的產(chǎn)品或設(shè)備。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的物品，所述物品是測試條、芯片、盒式貯存器、拭子、管、移液管、接觸透鏡、結(jié)膜下移植物、皮下移植物、測醉試驗器、導(dǎo)管或者流體取樣或分析設(shè)備。
27.一種可轉(zhuǎn)移全息薄膜，該全息薄膜包括權(quán)利要求1～16中任一項的傳感器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的薄膜，所述薄膜存在于熱沖壓帶上。
29.一種提高物品安全性的方法，包括將傳感器從根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求28的薄膜中轉(zhuǎn)移到物品上。
30.一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括權(quán)利要求1～16中任一項的傳感器，它能夠從所述傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)。
31.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用由權(quán)利要求30的產(chǎn)品產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、控制、傳輸、報告和/或建模。
32.一種制造全息傳感器的方法，包括如下步驟將全息圖記錄在介質(zhì)上，其中通過銀粒子形成全息圖的條紋，其中所述介質(zhì)包括抑制銀結(jié)合的材料。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中所述傳感器還包括權(quán)利要求2至16的任意特征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傳感器，其包括介質(zhì)和布置在介質(zhì)中的全息圖，其中該介質(zhì)的光學(xué)特性由于該介質(zhì)的物理屬性的變化而改變，其中通過銀粒子形成全息圖的條紋，并且其中該介質(zhì)包括不與銀相結(jié)合的材料。這樣的全息傳感器的亮度和敏感性由于有害的銀結(jié)合的程度降低而增加。
文檔編號G03F7/00GK101019017SQ200580029968
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者S·卡比蘭, A·J·馬歇爾 申請人:劍橋企業(yè)有限公司