CN1398347A - 光致发光的半导体材料 - Google Patents

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Abstract

用识别成分修饰具有多孔结构的半导体材料，在暴露于电磁辐射时产生光致发光响应。可选自生物分子部分、有机部分和无机部分的识别成分与靶分析物相互作用而产生调制的光致发光响应(与只用识别成分修饰的半导体材料相比)。

Description

光致发光的半导体材料
发明领域
本发明涉及用于靶分析物的光检测和鉴定的材料，具体涉及具有发光性能的材料，更具体涉及用于靶分析物的光检测和鉴定的光致发光的半导体材料。
发明背景
多孔硅(PSi)自从20世纪50年代晚期被发现以来就被广泛研究它的一些半导体用途。近来，已证实PSi显示强烈的可见荧光[Canham，应用物理学通讯(Appl Phys Lett)57：1046；1990]，启示在基于硅的光电元件中的应用前景。还在更小程度研究了其它多孔半导体材料(例如砷化镓)(Schmuki等，应用物理学通讯72：1039；1998)。
美国专利Nos.5,338,415和5,453,624(Sailor等)分别描述了一种通过PSi光致发光的可逆猝灭检测化学品的方法和一种通过PSi光致发光检测有机溶剂的装置。用50∶50乙醇/氢氟酸(HF)溶液电化学浸蚀(阳极化)硅片而生产PSi晶片。当用激光源在有机化合物[例如，四氢呋喃(THF)、乙醚、二氯甲烷(MeCl2)、甲苯、邻二甲苯、乙醇和甲醇(MeOH)]存在下照射PSi晶片时，PSi的固有发光强度显著降低了(即，PSi的光致发光响应被猝灭了)。再者，Sailor观察到基于甲苯的二茂铁(即，二环戊二烯基Fe(II))溶液导致荧光的完全消失。
通常，Sailor建议，光致发光(PL)响应中的猝灭程度跟踪评估的化合物的偶极矩。因此，这些研究启示，这样的评估技术能帮助估测某些有机化合物之间的偶极矩差异。然而，Sailor未能提供这种方法如何能辨别两种或多种具有相似偶极矩的化合物，而只能辨别很不同的化学成分。例如，在U.S.5,338,415中，Sailor观察到，MeCl2、MeOH和THF都具有约0.1或更小的荧光猝灭比率。所以，在这些化合物的每一种产生的PL响应曲线(它们可被用来更好地表征它们各自的化学结构)中只有小的差异。再者，Sailor揭示了，当PSi暴露于THF时，可逆波长(“λ”)漂移了约30纳米(nm，10-9m)，从670nm至630nm。他认为，评估的其它有机化合物产生可逆猝灭，但不能说明λ漂移与关于THF观察到的λ漂移相似。但是，在它的表面，似乎Sailor认为，对评估的所有有机化合物来说，λ漂移在大小和方向方面大致相似。因此，该30nm范围为光谱上辨别未知化合物之间的差异提供了多少有限的窗口。
Lin等描述了一种生物传感器，它基于PSi的薄扁平膜的可见光反射光谱中的法布里-珀罗干涉条纹中诱导的波长漂移[科学(Science)278：840；1997年10月31日]。通过用98％乙醇∶49％ HF水溶液电化学浸蚀制备的PSi的光学上扁平的薄膜足够透明而显示它们的光学反射光谱中的法布里-珀罗干涉条纹。将一种识别成分固定在扁平的PSi膜上。接着，将分析物结合到识别成分上，于是导致PSi膜折光指数的变化，从而作为干涉图中相应的漂移被检测。干涉图是由白色光的反射产生的，当白色光的多重反射被导向溶液/PSi界面和PSi/本体硅界面时，就产生一种干涉图。产生和维持空气/PSi界面和PSi/本体硅界面之间几乎完全平行的平面对于产生精确和准确的干涉光谱来说至关重要。所以，这种技术限于可以准确控制环境条件(例如，振动、温度和气氛气体)这样的应用。
Janshoff等[美国化学学会会志(J.Am.Chem.Soc.)120：12108～12116；1998]也描述了PSi的生物传感器用途，它利用法布里-珀罗干涉条纹图(由空气/PSi层和PSi/本体硅界面上照射的白色光的多重反射产生的)中的漂移，作为检测含有作为感受器的固定化配体的溶液中物质的分子间相互作用的方法。Janshoff等阐述了，“应用多孔硅作为光学干涉生物传感器的先决条件是通过选择合适的浸蚀参数调节孔的尺寸和几何形状”(p.12108)。应用电化学浸蚀而制备多孔的硅薄膜产生的孔具有3～10nm的半径，均一的深度，以及圆柱形(对于浸蚀成1cm2硅斑点的样品来说，绝对表面积约为0.1～0.15m2)。发现过大的孔积率不适合Janshoff等的生物传感器。
由于干涉技术利用物理现象，即，通过两个不同平面的光反射而产生干涉图，所以，依赖于干涉图中的漂移作为检测分析物存在的方法的生物传感器系统通常对振动、温度和气氛压力变化很敏感。此外，薄膜或晶片的反射片(即，空气/PSi界面和PSi/本体硅界面)必须是平行的，否则，干涉图中就可能出现不希望的漂移。通常，PSi膜的反射片必须平行至25(2.5nm)。这要求PSi晶片或膜的生产中高完美水平。最后，就最佳特性来说，射向PSi膜或晶片的照射光应当与反射面垂直。因此，本身与反射面不垂直的孔影响PSi膜或晶片的干涉图，所以，不利地影响从这样的生物传感器获得的结果。
因此，希望具有一种适用于检测靶化合物的材料，它能应用多孔半导体材料的光致发光性能。此外，这样的材料可被修饰而提供提高的对于定量检测低浓度的预定靶化合物的敏感性。
发明概述
按本发明一方面，提供了一种修饰的半导体组合物，它包含：(a)至少一种具有多孔结构的半导体材料，以及(b)至少一种识别成分，于是，当用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波长的电磁辐射照射所述组合物时，所述组合物在约200nm～约800nm范围内产生至少一个第一发光响应。
按本发明另一方面，提供了一种产生发光响应的方法，它包括：(a)提供一种修饰的半导体组合物，该组合物包含一种具有多孔性结构的半导体材料和至少一种识别成分；(b)用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波长的电磁辐射照射至少所述修饰的半导体组合物而产生至少一个第一发光响应；再测定所述至少一个第一发光响应的至少强度或波长。
对附图的简要描述
在阐释本发明的实施方案的图中：
图1是反映一个装置的实施方案的示意图，所述装置可被用于检测本发明的光致发光装置的光致发光；
图2是实施例1中生产的多孔硅颗粒的扫描电子显微照片，以300X的放大倍数；
图3是实施例1中生产的多孔硅颗粒的扫描电子显微照片，以800X的放大倍数；
图4是实施例2中生产的多孔硅颗粒的扫描电子显微照片，以800X的放大倍数；
图5是实施例2中生产的多孔硅颗粒的扫描电子显微照片，以5000X的放大倍数；
图6是200X放大时的落射荧光显微照片，它显示实施例10中所讨论的抗原与IgG抗体修饰的PSi颗粒的相互作用；
图7图示比较了实施例13中所讨论的关于对比酶与酶修饰的PSi的乙酰胆碱水解；
图8是200X放大时的落射荧光显微照片，它显示实施例16中所讨论的抗体与未用甘氨酸缓冲液处理的PSi的结合；
图9是200X放大时的落射荧光显微照片，它阐释实施例16中所讨论的抗体与用甘氨酸缓冲液处理的PSi的结合的减少；
图10是200X放大时的落射荧光显微照片，它显示实施例16中所讨论的图9中的抗体结合活性不受甘氨酸缓冲液的不利影响；
图11图示反映了实施例17中所讨论的多孔硅颗粒的光致发光强度；
图12图示反映了实施例17中所讨论的连接了识别成分的多孔硅颗粒的光致发光强度；以及
图13图示反映了实施例17中所讨论的识别成分上连接了靶分析物的多孔硅颗粒的光致发光强度。
对优选实施方案的详细描述
正如本文所公开的，本发明的多孔半导体(PSc)材料具有光致发光(PL)特性，所以可被用于各种分析物检测用途中，包括(但不限于)：生物技术，例如，用于医疗、环境、工业和国防用途(例如，化学的和生物的战争试剂检测/鉴定)的生物传感器，基因组，诊断，以及其它分子生物学/细胞生物学领域，例如，细胞分离/分选，微观结构细胞分析等。按本发明，PSc材料具有至少一种PSc基片，该基片具有多孔结构，被至少一种识别成分修饰了。用识别成分修饰PSc基片使它与靶分析物(即，需要检测的目标化合物)相互作用。识别成分通常将(但不可能总是)修饰PSc基片的PL响应(通过产生λ漂移和/或PL强度变化，与不含识别成分的PSc基片相比)。用这样的识别成分修饰的PSc(“PSc/RE”)可与靶分析物相互作用，于是，产生与对PSc/RE的PL响应相关的波长漂移和/或PL强度变化，为简便起见，下文简称为PL响应的调制或PL调制。PSc基片
优选的是，PSc基片包含硅。然而，PSc基片还可包含任意半导体材料成分(当变成多孔性时，它具有光致发光特性)。例如，这样的半导体材料成分可包括(但不限于)：镉、一氧化铜、锗、镓、砷化镓、硒、硅、碳化硅、二氧化硅、磷化硅镓及其组合。选定的半导体材料成分还可掺合一种掺杂剂，它包括例如(但不限于)：铒，硼，亚磷，铜，镧系的无机发光材料(包括镱、钬和铥)及其组合。另外，还可将选定的半导体材料成分与另一种化合物加工，该化合物包括例如(但不限于)，卤素(例如溴)，从而修饰发射波长[Bressers等，电分析化学杂志(J Electro-analytical Chemistry)，406：131；1996]。为了方便讨论，应懂得，“PSc”包括(但不限于)任何半导体材料成分，例如，上文为了阐释而描述的那些。PSc结构
“多孔的”或“多孔结构”表示半导体材料内或材料上促使半导体材料总表面积的任何微扰，例如，凹陷、突起或其组合。凹陷的实例包括(但不限于)：孔、凹点、腔、坎、槽、凹痕及其组合。突起的实例包括(但不限于)：脊、凸出、鼓起、穹窿、峰、丘、山及其组合。例如(但不是限制)，这样的微扰可呈有序的蜂窝孔结构，它包括圆柱形的或多边形的孔或更无规的孔结构(珊瑚状或海绵状)。
半导体材料微扰的形状和几何结构可能是多样的。凹陷可以呈明确规则的形状和几何结构到不规则的形状和几何结构及其组合。同样地，突起也可呈明确规则的形状和几何结构到不规则的形状和几何结构。明确规则的形状包括但不限于：圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、多边形、正方形、长方形、三角形、偏菱形、梯形和不规则四边形。不规则的形状包括但不限于上述微扰形状的混合。再者，例如但不限制，上述微扰的3维(3-D)几何形状可呈明确规则的3-D几何形状到不规则的3-D几何形状。明确规则的3-D几何形状包括但不限于：圆柱形、圆锥形、立方形、平行六面体、多面体、菱形体、椭球体、螺旋形、球形、卵形和棱锥形。不规则的3-D几何形状包括但不限于上述形状的混合。在任何情况下，半导体材料中这样的微扰导致PSc基片表面积的增大。
PSc基片的整个几何形状可呈薄膜或晶片的形状或者具有3-D结构(相对于薄膜或晶片来说)。“3-D结构”表示，PSc基片的几何形状(单独的或者与非PSc材料的支承芯组合)可以呈明确规则的几何形状到不规则的形状及其组合。明确规则的形状的实例包括但不限于：球形、半球形、椭球形、半椭球形、圆柱形、卵形、半卵形、棒形、碟形、圆锥形、立方体形、平行六面体形、多面体形、菱形体和棱锥形。不规则的形状的实例包括但不限于上述PSc基片形状的混合。为便于讨论，本文涉及“PSc结构”时将表示但不限于这样的PSc基片，它们具有薄膜或晶片的形状，或者具有前文为了阐释而描述的几何形状和多孔结构的至少一种。
图2～5只是几种用于增强本发明的PSc基片特性的表面微扰的例证。对本领域技术人员来说显而易见的是，可以有可在PSc基片内或基片上形成的多种微扰。如下文更详细讨论的那样，不管这样的微扰具体形状或几何结构如何，认为这些微扰都是最后由PSc材料产生的PL强度的起作用因素。此外，不受理论的束缚，认为微扰的突出部分是PL强度的作用因素。
按本发明优选的实施方案，PSc基片在一个或多个表面和/或它的整个结构具有多孔结构。
PSc结构的实际形状和/或尺寸取决于应用PSc结构时的具体用途。有一些用途中需要平面PSc结构，而其它用途则更需要3-D PSc结构。当PSc结构是3-D结构时，平均直径或其它最大平均尺寸优选在约100nm～约1mm范围内。更优选的是，3-D PSc结构具有在约100nm～约500微米范围内的平均直径或其它最大平均尺寸。最优选的是，3-D PSc结构具有在约1微米～约500微米范围内的平均直径或其它最大平均尺寸。此外，当PSc结构是3-D PSc结构时，PSc结构适应种种光检测装置构型，特别是这样的光检测装置希望减小的尺寸时。例如，在毛细流通柱中，3-D PSc结构的直径将优选在约5微米～约15微米范围内。
当用约100nm～约1000nm范围内足够功率的至少一种波长的电磁辐射照射时，本发明的PSc结构产生的发光辐射在约200nm～约800nm范围内，优选在约350nm～约700nm范围内，更优选在约450nm～约650nm范围内。
本发明的PSc结构可通过本领域技术人员显而易见的各种方法成型。平面的或晶片状的半导体材料是可商购的，例如，来自SiliconQuest(Santa Clara，California，USA)。还有，例如，可通过WO98/25090(Ishikawa，1998年6月11日)中描述的方法制备无孔的硅球形物。此外，可将平面的或晶片状的半导体材料机械破碎而产生具有不规则几何形状的微粒。在任何情况下，不管选定用于生产半导体材料的方法如何，这样的材料可通过本领域技术人员已知的各种方法制成多孔性的，例如，下文为阐述起见更详细讨论的那些。
在形成大致无孔的半导体结构之后，就将半导体结构制成多孔性的。可应用本领域技术人员已知的一些技术生产所需的多孔结构。例如(但不限于)，可通过取向附生的淀积或石印术(Canham，应用物理学通讯57：10：1046～1048；1990)，化学浸蚀[Sailor等，材料进展(Adv Mater)9：10：783～793；1997]，在HF溶液中阳极浸蚀(Canham，应用物理学通讯57：10：1046～1048；1990)，火花电蚀(Kurmaev等，J.of Physics Condensed Mater 9：2671；1997)，激光烧蚀[Yamada等，日本应用物理学杂志(Japanese J Appl.Physics)Part 1-RegularPapers Short Note 35：1361；1996]，离子束铣(Schmuki等，Phys RevLett 80：18：4060～4063；1998)，以及控制的退火和蚀刻(Tsai等，应用物理学通讯60：170；1992)生产多孔结构。再者，本领域技术人员显而易见的是，用于在大致平面的半导体材料上形成多孔结构的方法可能需要某些改良。例如，3-D半导体结构可能需要悬浮于惰性气体或液体环境中以便所有的表面与高能源、浸蚀溶液或用来产生所需PSc结构的其它装置接触。还有，就3-D PSc结构来说，浸蚀所需的时间可能短得多。
再者，可用芯和作为涂饰剂涂到芯上的PSc材料来形成PSc结构。合适的芯材料的实例包括但不限于：玻璃、塑料、陶瓷、沸石、金属、不同的半导体材料及其组合。可选择芯材料例如赋予特定用途所需的浮力密度。当结构具体更大直径时，这样的芯可能更适合。至于单一半导体涂层，优选的是，这种涂层应当足够厚而产生所需的多孔结构。
PSc材料的涂层可通过各种技术承载在非PSc材料的芯上。例如，基本无孔的二氧化硅或碳化硅涂层可通过控制氧化[Fauchet，发光杂志(J Luminescence)70，294；1996]或高温热解技术(Liu等，SolidState Communications，106：211；1998)生成。此后，可将半导体材料转变成多孔状态，于是，转化涂布的芯材料成为PSc结构。也可在在芯材料表面涂布涂层的同时形成PSc结构。再者，可能希望在支承芯材料上具有多层不同的PSc成分。识别成分
在本发明中，用至少一种识别成分(而且优选多种识别成分)修饰PSc结构。为了便于引用，下文将把用至少一种识别成分修饰的PSc结构称为“PSc/RE”。“修饰的”表示识别成分与PSc结构互连，以致当靶分析物与Psc/RE的识别成分相互作用时，可调制PSc/RE的PL响应。一个这种修饰的实例是将识别成分与PSc结构共价键合。然而，可能不要求直接的或物理的结合。识别成分与PSc结构可能存在足以支持识别成分和PSc结构之间的电子或能量转移的贴紧的联系。通常(但不一定总是)，相对于用识别成分修饰之前对PSc结构的PL响应来说，PSc/RE将显示增强的PL响应。
一般说来，识别成分可以是有机部分、无机部分、生物分子部分及其组合。
优选的是，识别成分是生物分子部分。可用作识别成分的生物分子部分实例有(但不限于)：天然的或合成的蛋白质、核酸、寡核苷酸、凝集素、碳水化合物、糖蛋白和脂质，它们与靶分析物相互作用。蛋白质优选作为识别成分。合适的蛋白质实例有(但不限于)：免疫球蛋白，例如多克隆和单克隆抗体，以及酶。作为识别成分的优选的蛋白质是免疫球蛋白和酶。合适的核酸实例包括单链DNA和双链DNA。识别成分还可连接有氧化还原部分。氧化还原部分的实例包括(但不限于)：过渡金属及其络合物，以及辅酶，例如NAD(H)或NADP(H)。氧化还原部分可能是改变靶分析物与识别成分结合时的PL强度的电子供体或受体。
可用作识别成分的无机部分实例有(但不限于)：掺杂的或未掺杂的晶态无机化合物，例如，碳的线性同素异形体(包括碳炔和金刚石晶体)。
可用作识别成分的有机部分实例有(但不限于)：本征导电聚合物(“ICP”)，例如，聚苯胺，以及聚合物电解质，例如，聚环氧乙烷，有利地含三氟甲基磺酸锂掺杂剂。
用识别成分对PSc结构的修饰可通过应用表面活性剂以减小含识别成分的溶液表面张力来增强。这样的作用剂包括但不限于：醇类和洗涤剂，以足以减小溶液的表面张力(但不会不利地影响识别成分的结构或者识别成分或PSc/RE的效果)的浓度。靶分析物
靶分析物与PSc/RE相互作用，这样就可调制PL响应。“相互作用”表示靶分析物与识别成分互连，这样就可调制PSc/RE的PL响应。这类相互作用的实例包括但不限于：共价键合、氢键合、范德华力/偶极键合和亲合结合。但是，可能不要求直接的或物理的结合。靶分析物与PSc/RE可能存在足以支持靶分析物和PSc/RE之间的电子或能量转移的贴紧的联系。
靶分析物可能是有机的、无机的或生物分子的化合物或部分。靶分析物的实例包括但不限于：(1)可产生抗体的抗原化合物，包括例如(但不限于)：毒素，代谢调节剂，微生物(例如，细菌、病毒、酵母、真菌和微生物孢子)，以及动物的和植物的细胞/组织成分；(2)酶的特异性底物，包括例如(但不限于)：代谢物，神经剂，农药，杀虫剂；(3)互补寡核苷酸序列；(4)单链DNA和RNA；以及(5)激素受体的配体和凝集素。
在靶分析物与PSc结构上的特定识别成分结合时，相对于PSc/REPL响应调制PSc结构的PL响应。优选的是，PL响应相对于PSc/RE PL响应得以增强。有可能以实时或接近实时的方式确定PL响应的调制。PSc结构的稳定化/活化
为了促进识别成分对PSc结构的稳定和有效的修饰，首先将PSc结构的表面稳定化以抗不可控制的氧化。
一种这样的稳定化方法是氧化，应用例如(但不限于)：热氧化(Petrova-Koch等，应用物理学通讯61：943；1992)，化学氧化[Nakajima等，应用物理学通讯61：46；1992，Lee等，Mater Res SocSymp Proc 338：125；1995，Anderson等，电化学会志(J ElectrochemSoc)140：1393；1993，Duvault-Herrera等，Colloids Surf 50：197；1990，Yamaha等，电化学会志137：2925；1990，Li等，应用物理学通讯62：3192；1993]，以及臭氧氧化法(Janshoff等，美国化学学会会志120：12108；1998)。这些方法产生活性羟基。化学氧化例如可应用过氧化物、二甲亚砜(DMSO)或碘片来实现。共价键合
如上所示，在本发明的一个优选实施方案中，可通过共价键合而用识别成分修饰PSc结构。例如，可应用一个或多个接头将识别成分共价键合到PSc结构上。接头能提供PSc结构上活性基的官能度转变，转变成连接识别成分的适当官能团。还有，在其它功能中，接头能提供一个间隔基，从而减小由庞大的靶分析物(试图与识别成分和/或PSc/RE相互作用)引起的潜在位阻问题。
优选的是，使识别成分与接头共价键合以致识别成分和/或PSc/RE能与靶分析物以最大效率相互作用。例如，一些生物分子部分(例如，某些抗体，通过它们的巯基连接的)将表现对靶分析物良好的键合能力。但是，当将这样的抗体通过它们的胺基与接头连接时，它们可能具有减小的与靶分析物相互作用的能力。初级接头
在本发明另一个优选的实施方案中，将初级接头连接到由PSc的氧化产生的羟基上。初级接头的一个实例是取代硅烷。合适的取代硅烷的实例是(但不限于)环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷。该初级接头提供氧化PSc结构的羟基与识别成分的胺基之间的直接连接。其它合适的初级接头有氢化硅烷化的烯和炔。
本领域技术人员应明白能与氧化PSc的羟基和识别成分的胺基反应的其它接头。应懂得，可选择与除识别成分的胺基之外的官能团反应的接头。其它识别成分官能团包括：巯基、碳水化合物或羧基。本领域技术人员还应懂得，可选择与非羟基(通过其它PSc稳定技术产生的)和选定的识别成分的官能团反应的其它接头来键合到PSc结构上。初级& 次级接头
在另一个优选的实施方案中，将一个初级接头连接到由PSc的氧化产生的羟基上，然后将一个次级接头连接到所述初级接头上。一个可与次级接头组合应用的初级接头的实例是取代硅烷。一个这种合适的取代硅烷的实例是(但不限于)氨基丙基三乙氧基硅烷。合适的次级接头实例有(但不限于)，均-和/或杂-双官能交联剂以及氢化硅烷化的烯和炔。
由于次级接头通常不能直接与PSc键合，所以，初级接头提供了PSc结构和次级接头的活性基之间的直接相互作用。因此，初级接头和次级接头组合提供PSc与识别成分之间的间接相互作用。
再者，应用次级接头与初级接头，提供了甚至比单独的初级接头更长的间隔基。因此，在其它功能中，初级接头与次级接头组合能减小由异常庞大的靶分析物(试图与识别成分和/或PSc/RE相互作用)引起的潜在位阻问题。次级接头还可在官能团(它与例如，胺、巯基、碳水化合物或识别成分的羧基反应)的选择中提供更大的灵活性。
均-双官能交联剂具有两个相似的活性基。例如，一种均-双官能交联剂可具有能与初级接头的胺基相互作用的第一个活性基和能与识别成分的胺基相互作用的第二个活性基。均-双官能交联剂的实例有(但不限于)：戊二醛，二琥珀酰亚氨基辛二酸酯，它的磺化类似物，以及二(磺化琥珀酰亚氨基)辛二酸酯。
杂-双官能交联剂具有两个不同的活性基。例如，一种杂-双官能交联剂可具有能与初级接头的胺基相互作用的第一个活性基和能与识别成分的巯基相互作用的第二个活性基。杂-双官能交联剂的实例有：琥珀酰亚氨基4-(N-马来酰亚氨基甲基)-环己烷-1-羧酸酯及其磺化类似物，4-(4-N-马来酰亚氨基苯基)丁酸酰肼·HCl，以及4-(对-叠氮基水杨酰氨基)丁胺。
本领域技术人员应明白可与PSc的羟基和选定的识别成分的官能团反应的其它接头。本领域技术人员还应懂得，可选择能与非羟基(通过其它PSc稳定技术产生的)和选定的识别成分的官能团反应的其它接头来键合到PSc结构上。PSc/RE与靶分析物相互作用
应用具有对靶分析物的特异亲合性的识别成分将大为减小样品混合物中的非靶化合物将与识别成分相互作用这一可能性。还有，应用这样的识别成分(即，当靶分析物与PSc/RE相互作用时，它可促进PSc/RE的PL响应中的特征性调制)，将大为减小由非靶化合物产生的“假”调制的可能性。因此，可以显著减小样品混合物中的非靶化合物对PL响应的影响(如果有的话)。
同样，在一个优选的实施方案(其中，识别成分对靶分析物具有特异亲合性)中，靶分析物将优选与识别成分而不是与PSc结构相互作用。
在一些不同的用途(下文将提供它们的实例)中，本发明的PSc结构可暴露于含靶分析物的样品中。在一些用途中，可能希望将PSc/RE悬浮于合适的载体中而增大PSc/RE与靶分析物的相互作用。应用对本领域技术人员而言显而易见的接触方法，载体/PSc/RE混合物就能增大包含靶分析物和非靶化合物的未知成分或生物(不论是植物还是动物)之间的接触程度。这样的载体可包括一种作用剂从而减小载体的表面张力，增大它的亲水性或增大它的疏水性(适当时)。这样的作用剂包括(但不限于)：醇类、洗涤剂和有机溶剂，以足以达到所需效果(但不会不利地影响PSc/RE的效果)的浓度。接头处理
可以处理接头从而：(a)增强接头和识别成分之间优先的相互作用，和/或(b)抑制未缔合的接头(即，与识别成分未缔合但仍连接到PSc上的接头)和非靶化合物和/或靶分析物之间的相互作用。
接头和识别成分之间优先的相互作用可通过提供识别成分与接头之间更强的缔合和/或通过使识别成分取向以更好地与靶分析物相互作用而得以增强。
未缔合的接头和非靶化合物和/或靶分析物之间的相互作用可通过下列方法抑制，即，通过封阻未缔合的接头的活性基，和/或通过在未缔合的接头的活性基上连接对于靶分析物成分中不存在的化合物具有亲合性的一个部分。
下文更详细讨论的这样的接头处理的非限制性实例有：(1)免疫球蛋白结合蛋白质，(2)生物素活性剂，以及(3)封阻溶液，例如，胺缓冲溶液。免疫球蛋白结合蛋白质处理
在一个实施方案中，可用免疫球蛋白结合蛋白质(“IgBP”)(例如，蛋白质A、蛋白质G或蛋白质L)处理连接到PSc结构上的接头。IgBP对抗体的选定部分(被称为Fc域)具有特异亲合性。所以，由于所有的抗体都具有Fc域，抗体识别成分将优先与IgBP相互作用。因此，当使抗体识别成分与连接到PSc结构上的IgBP处理过的接头接触时，抗体识别成分的Fc域就与IgBP处理的接头相互作用。
由于IgBP对抗体的Fc域具有特异亲合性，所以，接头的IgBP处理减小了非靶化合物和靶分析物与接头的结合(当然，假定这样的化合物和分析物没有Fc域)。IgBP接头处理的另一个优点是，抗体识别成分关于抗原靶分析物相互作用而适当取向。具体地说，抗体识别成分的Fc域结合到IgBP上，而抗体的Fab域则仍可与抗原相互作用。生物素活性剂处理
在另一个实施方案中，可用生物素活性剂(“BRA”，它对生物素具有亲合性)处理连接到PSc结构上的接头。生物素活性剂的非限制性实例有：链霉抗生物素、neutravidin和抗生物素蛋白。在此情况下，用生物素处理所需的识别成分而产生生物素化识别成分。因此，当生物素化识别成分与连接到PSc结构上的BRA处理的接头接触时，识别成分上的生物素部分将优先与BRA相互作用。
由于BRA只对生物素具有亲合性，接头的BRA处理减小了非靶化合物和没有生物素部分的靶分析物与接头的结合。BRA接头处理的另一个优点是，识别成分与连接到PSc结构上的接头之间稍微更强的缔合。此外，生物素化识别成分仍能与靶分析物相互作用。封阻溶液处理
在又一个实施方案中，可用封阻溶液处理PSc/RE而特异性地封阻未反应的接头的活性基从而对抗与非靶化合物和靶分析物的结合。封阻溶液包括例如，胺缓冲液(例如，甘氨酸缓冲的溶液)。任何未反应的接头胺活性基就这样被封阻溶液的胺基封阻了。然而，封阻溶液不封阻识别成分的受体或接纳体区，它仍可与靶分析物相互作用。PL检测
图1中示意阐释了一个可用于检测PL的装置10的实施方案。将样品19置于样品容器20上。将预定波长的光从氩离子激光器12导向样品。光通过窄带式滤波器14，它减小由激光器12室中的气体荧光引起的任何杂波辐射。滤波器14吸收除具有预定波长的光之外的所有波长的辐射。应用斩波器16消除周边光辐射引起的任何恒定的杂波(如果有的话)。斩波器16提供具有一定频率的激光辐射的时间调制，它能将PL信号与放大器42的背景杂波分离。通过斩波器16之后，光通过透镜17到达样品19。样品19散射的光辐射被导引通过透镜18和宽带式滤波器22到达输入狭缝32和单色仪30中的镜面34。宽带式滤波器22吸收预定范围之外的波长的辐射，于是减小从装置10的光学元件反射的激光辐射。
位于单色仪30内部的旋转衍射光栅36允许角度分离散射光束光谱的不同波长λ1、λ2、λ3和λ4到镜面35。通过计算机40控制光栅36的旋转从而分离单色仪30的输出狭缝33的不同光谱成分。由光电二极管38记录光谱成分λ1、λ2、λ3和λ4的强度。通过光电二极管38中的放大器和放大器42放大信号并通过计算机40获取信号。由计算机40控制全部测定操作。
可应用已知浓度靶分析物的PL强度校正曲线或应用识别成分的不同浓度来定量测定靶分析物的浓度。用途
可单独应用PSc/RE结构或与多种用来支持种种用途的装置的组合，所述用途包括但不限于：生物技术，例如用于医疗、环境、工业和国防应用(例如，化学的和生物的战争用试剂的检测/鉴定)的生物传感器，基因组，诊断，以及其它分子生物学/细胞生物学领域，例如，细胞分离/分选、微观结构细胞分析等。
例如，存在对于高通过量筛查装置(用于基因组筛查和诊断筛查)的日益增长的需要。在本发明中，可制备具有不同识别成分的独立批次的PSc/RE结构，然后，以预定比率掺合和/或混合成“生物芯片”或微毛细管排列构型(下文更详细讨论)。可使样品与呈这样的构型的固定化或悬浮的PSc/RE结构接触，于是，就可如上述那样轻易测定与靶分析物的相互作用。有利的是，可应用3-D PSc结构与常规硬件(例如，自动微量分配器)来形成分析物检测和/或鉴定微小的阵列(micro-arrays)。
在一个实施方案中，在光子检测“生物芯片”上有利地应用PSc/RE结构，其中，可将各种识别成分放入同一个装置的不同区内。迄今，实际发布的在小半导体芯片上具有多种不同识别成分还不令人满意地符合需要，这是由于，1)检测靶分析物相互作用的信号强度不够，以及2)在小范围内难于存储多种不同的识别成分。上述小的3-D PSc结构特别适合这种用途。于是，可通过接触具有对猜测化合物的识别成分的生物芯片而鉴定含未知化合物(但猜测是一些化合物中的一员)的样品。当生物芯片的区产生调制的PL响应时，通过用于所述特定区中的识别成分来鉴定化合物。
还可在微小的阵列中排列PSc/RE结构，每个单独的区包含特定量的PSc/RE结构，并且每个单独的区具有对不同靶分析物或相同靶分析物的特异性，以致靶分析物的结合导致PL调制，例如以独特的模式(模式识别)。
在另一个实施方案中，可将PSc/RE结构用作微毛细柱中的填料，它允许含一种或多种靶分析物的载体液体流过。所述微毛细柱可以是光亮的，可供检测与靶分析物相互作用时的PL调制。可应用平行排列或接续排列的微毛细柱来检测和鉴定一种或多种靶分析物。在另一个构型中，还可将微毛细柱与纤维光学元件结合来检测这样的PL调制。
在另一个实施方案中，所述靶分析物可见于生物或生物的一部分之内或之上。“生物”表示微生物细胞，动物的和植物的细胞和组织，微生物孢子，病毒等。例如(但不是限制性的)，所述靶分析物可能是细菌、病毒或微生物孢子。这样的靶分析物实例包括，炭疽(anthrax)孢子和大肠埃希氏菌(E.coli)，例如，大肠埃希氏菌0157(哈姆布格尔病的病原体)。将PSc/RE结构(它们具有对这类靶分析物之一的亲合性)与猜测具有这种靶分析物的样品或测试关于这种靶分析物存在与否的样品接触。在这种靶分析物的存在下，一种或多种识别成分通过细胞的外部受体将自身连接到细胞壁或涂层上。有利的是，这些PSc结构的直径或最大尺寸是约100nm～约1微米。
可以将PSc/RE注入或插入生物以检测体内的或胞内的靶分析物。还可诱导生物摄食PSc/RE，或例如通过吞噬作用生物主动摄食PSc/RE以检测体内或胞内靶分析物。
只是为了阐述而提供了如下可制备和应用的(如本发明所要求保护的)本发明实施方案的下列非限制性实施例。
                        实施例实施例1-PSi颗粒的生产
通过将从Silicon Quest(Santa Clara，California，USA)获得的平面n型硅机械破碎而生产了硅的小颗粒。应用研钵和杵通过机械破碎而产生不规则形状的晶状颗粒来生产小颗粒。该操作生产宽范围尺寸的颗粒。通过聚合物网状膜的机械筛选选定30～1000μm直径或其它最大尺寸的颗粒。通过BET(Brunnauer-Emmett-Toller)分析法分析颗粒。
应用MICROMERITICS ASAP 2000TM仪(Norcross，Georgia，USA)进行BET分析。将空样品管称量，在将样品转移到样品管后再称量。将样品置于仪器上，通过加热到180℃和在真空下放置一夜而脱气。脱气后，从仪器取出样品，再称量。然后分析样品，分析后再称量。将最后记录的称量结果用于分析计算。体积吸收点取自0.05～0.3相对压力。
测得颗粒的BET表面积(基于5点BET表面积分析)是0.1724±0.0016m2/g(相关系数是0.999871)。
应用化学浸蚀法制备多孔的、具有无规孔分布的硅颗粒。在室温下将硅颗粒悬浮于1∶4∶1比率的70％硝酸、50％氢氟酸和水的酸性溶液中达60秒。该反应产生氢气并引起溶液的剧烈混合，以致不需另外的混合来保持颗粒悬浮。通过用水稀释酸溶液来停止浸蚀反应。
应用扫描电镜(SEM)、BET和BJH(Barett-Joyner-Halenda)分析法来分析生成的PSi颗粒。
图2和3是通过该实施例的方法生成的多孔硅(PSi)颗粒的SEM显微照片。
使用MICROMERITICS ASAP 2000TM仪(Norcross，Georgia，USA)、应用上述方法进行BET和BJH分析。吸附点和解吸点取自0.01到0.99相对压力。
测得颗粒的BET表面积(基于5点BET表面积分析)是1.8559±0.0124m2/g(相关系数是0.999926)。所以，应用上述浸蚀方法使颗粒的表面积增大了大约11倍。基于通过BET测定的总孔容积除以通过BET测定的孔面积，平均孔径是4.77075nm。
将BJH吸附孔分布分析结果列于下表1中。
                                                             表1
   孔径范围(nm)   平均直径(nm)   递增的孔容积(cm3/g)    累积孔容积(cm3/g) 递增的孔面积(m2/g)   累积孔面积(m2/g)
  210.62-295.20     238.98     0.001559     0.001559     0.026     0.026
  103.15-210.62     123.50     0.000071     0.001631     0.002     0.028
  81.15-103.15     89.50     0.000027     0.001657     0.001     0.030
  40.42-81.15     48.22     0.000077     0.001734     0.006     0.036
  27.18-40.42     31.20     0.000049     0.001784     0.006     0.042
  20.35-27.18     22.76     0.000031     0.001814     0.005     0.048
  16.32-20.35     17.87     0.000041     0.001855     0.009     0.057
  13.58-16.32     14.69     0.000026     0.001881     0.007     0.064
  11.31-13.58     12.23     0.000036     0.001917     0.012     0.076
  10.55-11.31     10.90     0.000013     0.001930     0.005     0.080
  8.09-10.55     8.97     0.000079     0.002009     0.035     0.116
  6.65-8.09     7.22     0.000067     0.002076     0.037     0.153
  5.64-6.65     6.05     0.000156     0.002233     0.103     0.256
  4.85-5.64     5.18     0.000165     0.002397     0.127     0.383
  4 23-4.85     4.49     0.000224     0.002622     0.200     0.583
  3.72-4.23     3.94     0.000229     0.002851     0.232     0.816
  3.29-3.72     3.48     0.000221     0.003072     0.255     1.070
  2.93-3.29     3.08     0.000193     0.003264     0.250     1.320
  2.61-2.93     2.74     0.000158     0.003422     0.230     1.550
  2.32-2.61     2.44     0.000128     0.003550     0.210     1.760
  2.06-2.32     2.17     0.000116     0.003666     0.214     1.974
  1.82-2.06     1.92     0.000095     0.003762     0.198     2.172
  1.72-1.82     1.77     0.000040     0.003802     0.092     2.264
将BJH解吸孔分布分析结果列于下表2中。
                                          表2
  孔径范围(nm)  平均直径(nm) 递增的孔容积(cm3/g)    累积孔容积(cm3/g) 递增的孔面积(m2/g)  累积孔面积(m2/c)
  278.56-294.91   286.27   0.001155     0.001155     0.016     0.016
  87.25-278.56   103.77   0.000504     0.001659     0.019     0.036
  62.76-87.25   71.02   0.000040     0.001700     0.002     0.038
  35.37-62.76   41.80   0.000065     0.001765     0.006     0.044
  24.52-35.37   27.97   0.000050     0.001815     0.007     0.051
  20.20-24.52   21.93   0.000033     0.001849     0.006     0.057
  16.09-20.20   17.66   0.000038     0.001887     0.009     0.066
  12.69-16.09   13.98   0.000041     0.001928     0.012     0.078
  10.89-12.69   11.65   0.000026     0.001954     0.009     0.087
  9.91-10.89   10.35   0.000024     0.001978     0.009     0.096
  7.81-9.91   8.60   0.000059     0.002037     0.027     0.123
  6.40-7.81   6.95   0.000075     0.002112     0.043     0.166
  5.36-6.40   5.78   0.000096     0.002208     0.067     0.233
  4.57-5.36   4.90   0.000124     0.002332     0.101     0.334
  3.95-4.57   4.21   0.000184     0.002515     0.174     0.508
  3.44-3.95   3.66   0.000222     0.002738     0.243     0.752
  3.01-3.44   3.20   0.000270     0.003008     0.337     1.089
  2.65-3.01   2.81   0.000262     0.003270     0.373     1.462
  2.29-2.65   2.44   0.000172     0.003442     0.282     1.744
  2.00-2.29   2.12   0.000120     0.003562     0.226     1.970
  1.74-2.00   1.85   0.000101     0.003663     0.219     2.189
上述结果阐明了，在分析的样品中不存在墨水池(inkwell)或其它残留的孔。孔径为1.7～300nm的孔的BJH累积吸附孔容积是0.003802cm3/g，而BJH累积解吸孔容积则是0.003663cm3/g。孔径为1.7～300nm的孔的BJH累积吸附表面积是2.2636m2/g，而BJH累积解吸表面积则是2.1889m2/g。
基于通过BJH测定的总孔容积除以通过BJH测定的孔容积，测得平均吸附和解吸孔径分别是6.71859nm和6.69407nm。
BET和BJH分析之间的表面积和孔径值的差异似乎是由于对BJH分析应用的计算方法(它假定孔都是一束圆柱体)的缘故。然而，得到的SEM显微照片显示，颗粒的孔结构不能适当地以一束圆柱体来表征。因此，BET表面积分析可能是对表面积更准确的测定。实施例2-PSi颗粒的生产
按实施例1中那样制备了PSi颗粒，不同的是，将硅颗粒悬浮于所述酸性溶液达30秒。通过BET分析法分析了生成的PSi颗粒。
利用上述方法，应用MICROMERITICS ASAP 2000TM仪(Norcross，Georgia，USA)进行BET分析。体积吸收点取自0.05～0.3相对压力。
测得颗粒的BET表面积(基于5点BET表面积分析)是0.6858±0.0039m2/g(相关系数是0.999934)。所以，应用上述浸蚀方法使颗粒的表面积增大了大约4倍。
图4和5是通过该实施例的方法生成的PSi颗粒的SEM显微照片。实施例3-应用过氧化物氧化PSi颗粒
应用过氧化物对实施例1中生产的PSi颗粒进行化学氧化。在室温下将PSi颗粒置于30％过氧化物水溶液中保温1小时。实施例4-应用DMSO氧化PSi颗粒
应用单独的二甲亚砜(DMSO)和含500mg/ml 2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT，一种自由基清除剂)的DMSO溶液对实施例1中生产的PSi颗粒进行化学氧化。在室温下将PSi颗粒置于DMSO中保温1小时和置于DMSO/BHT溶液中保温2小时。实施例5-应用碘片氧化PSi颗粒
应用碘片对实施例1中生产的PSi颗粒进行化学氧化。在碘片存在下将PSi颗粒在(1)真空或(2)空气中保温。
在真空中，在室温下，将颗粒置于真空中含碘片的真空烧瓶内保温2小时。然后，在室温下将颗粒暴露于空气中一夜。
在空气中，在室温下，将颗粒置于含碘片的塞好的烧瓶内保温2小时。然后，在室温下将颗粒暴露于空气中一夜。实施例6-初级接头的连接
将实施例3中制备的氧化颗粒浸入75℃下10％(v/v)3-环丙氧基丙基三甲氧基硅烷(初级接头)的水溶液中达4小时，接着，在110℃退火一夜，从而在3-环丙氧基丙基三甲氧基硅烷和PSi表面的羟基之间形成一个共价键。实施例7-初级和次级磺基-SMCC接头的连接
将实施例3中制备的氧化颗粒浸入75℃下10％(v/v)氨基丙基三乙氧基硅烷(初级接头)的水溶液中达4小时，接着，在110℃退火一夜，从而在氨基丙基三乙氧基硅烷和PSi表面的羟基之间形成一个共价键。
然后，在室温下将颗粒浸入磺基琥珀酰亚氨基4-(N-马来酰亚氨甲基)-环己烷-1-甲酸酯(磺基-SMCC)(一种杂双官能次级接头)的溶液(每ml水含10mg磺基-SMCC)中达1小时，从而在初级接头和次级接头之间形成共价键。与上述磺基-SMCC溶液一起保温后，用水洗涤颗粒。实施例8-初级和次级戊二醛接头的连接
将实施例3中制备的氧化颗粒浸入75℃下10％(v/v)氨基丙基三乙氧基硅烷(初级接头)的水溶液中达4小时，接着，在110℃退火一夜，从而在氨基丙基三乙氧基硅烷和PSi表面的羟基之间形成一个共价键。
然后，在室温下将颗粒浸入戊二醛(2.5％于磷酸盐缓冲液中)(一种均双官能次级接头)的溶液中达1小时，从而在初级接头和次级接头之间形成共价键。在与上述戊二醛溶液一起保温后，用水洗涤颗粒。实施例9-初级和次级BS3接头的连接
将实施例3中制备的氧化颗粒浸入75℃下10％(v/v)氨基丙基三乙氧基硅烷(初级接头)的水溶液中达4小时，接着，在110℃退火一夜，从而在氨基丙基三乙氧基硅烷和PSi表面的羟基之间形成一个共价键。
然后，在室温下将颗粒浸入二(磺基琥珀酰亚氨基)辛二酸酯(BS3)(一种均双官能次级接头)的溶液(以每ml水5mg的浓度)中达1小时，从而在初级接头和次级接头之间形成共价键。与上述BS3溶液一起保温后，用水洗涤颗粒。实施例10-抗体识别成分的连接
通过在37℃的磷酸盐缓冲盐水溶液中将IgG保温90分钟而将得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.(0akville，Ontario，Canada)的纯化小鼠免疫球蛋白(IgG)连接到实施例6中生产的颗粒的初级接头(3-环丙氧基丙基三甲氧基硅烷)上。
为进行目测(显微镜检查)和定量测定(荧光测定)抗体连接，将缀合了Cy3荧光标记(红色荧光物，得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.)的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段与连接了IgG抗体的颗粒接触。在室温下，在连接了IgG的颗粒存在下，将荧光标记的抗小鼠IgG F(ab′)2片段在磷酸盐缓冲盐水溶液中保温30分钟。通过落射荧光显微镜检查来检测通过亲合性结合而形成的复合小鼠IgG/抗小鼠IgG F(ab′)2片段并通过荧光测定进行量化。图6是200X放大的落射荧光显微照片(Nikon Diaphot 300显微镜)，它显示抗原与用IgG抗体修饰的PSi颗粒的相互作用。实施例11-抗体识别成分的连接
在室温下，用三(2-羧基乙基)膦盐酸盐(TCEP)将得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.(Oakville，Ontario，Canada)的纯化小鼠免疫球蛋白(IgG)部分地还原达25分钟以暴露免疫球蛋白的巯基。通过在37℃的磷酸盐缓冲盐水溶液中将还原的IgG保温90分钟，利用巯基活性基将还原的IgG连接到实施例7中生产的颗粒的次级接头(磺基-SMCC)上。
至于目测(显微镜检查)和定量测定(荧光测定)抗体连接，将缀合了Cy3荧光标记的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段与连接了IgG抗体的颗粒接触。在室温下，在连接了还原IgG的颗粒存在下，将荧光标记的抗小鼠IgG F(ab′)2片段在磷酸盐缓冲盐水溶液中保温30分钟2通过落射荧光显微镜检查来检测通过亲合性结合而形成的复合小鼠IgG/抗小鼠IgG F(ab′)2片段并通过荧光测定来量化，分析证实抗体识别成分在PSi颗粒上良好的覆盖和分布。实施例12-抗体识别成分的连接
通过在37℃的磷酸盐缓冲盐水溶液中保温还原的IgG达90分钟将得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.的纯化小鼠免疫球蛋白G(IgG)连接到实施例8中生产的颗粒的次级接头(戊二醛)上。
至于目测(显微镜检查)和定量测定(荧光测定)抗体连接，将缀合了Cy3荧光标记的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段与连接了IgG抗体的颗粒接触。在室温下，在连接了IgG的颗粒存在下，将荧光标记的抗小鼠IgG F(ab′)2片段在磷酸盐缓冲盐水溶液中保温30分钟。通过落射荧光显微镜检查来检测通过亲合性结合而形成的复合小鼠IgG/抗小鼠IgG F(ab′)2片段并通过荧光测定来量化。
关于实施例4和5中生产的并且用实施例8中的初级和次级接头处理的氧化颗粒获得了类似的结果。实施例13-酶识别成分的连接
在室温下，通过在磷酸盐缓冲盐水溶液中将酶与颗粒一起保温90分钟利用实施例8中生产的颗粒的戊二醛次级接头将乙酰胆碱酯酶(Sigma-Aldrich Canada Ltd.)连接。
图7图示比较了关于对比酶与结合到酶修饰的PSi的酶的乙酰胆碱水解。实施例14-用蛋白质A处理，小鼠IgG抗体的连接
通过在37℃下将颗粒在蛋白质A的磷酸盐缓冲盐水溶液中保温3小时而用蛋白质A处理实施例8中生产的颗粒。保温后，用磷酸盐缓冲溶液洗涤颗粒。
在37℃下，通过将颗粒在IgG的磷酸盐缓冲盐水溶液中保温90分钟而将纯化的小鼠IgG抗体(得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.)连接到蛋白质A处理的颗粒上。
至于目测(显微镜检查)和定量测定(荧光测定)IgG连接，将缀合了Cy3荧光标记的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段与连接了IgG抗体的颗粒接触。在室温下，在连接了IgG的颗粒存在下，将荧光标记的抗小鼠IgG F(ab′)2片段在磷酸盐缓冲盐水溶液中保温30分钟。通过落射荧光显微镜检查来检测通过亲合性结合而形成的复合IgG/抗小鼠IgGF(ab′)2片段(用作抗原)并通过荧光测定来量化。
落射荧光显微镜检查和荧光测定都证实抗体识别成分在PSi颗粒上良好的覆盖和分布。
还应用缀合了荧光标记的分析物来检测蛋白质A处理是否使生物分子在蛋白质A处理的PSi表面的非特异性结合(而不是通过上述免疫球蛋白连接)最小化。落射荧光显微镜检查和荧光测定都证实了，除带有完整Fc域的免疫球蛋白以外的生物分子没有显著的非特异性结合。实施例15-用蛋白质A处理，小鼠胶原IV的连接
通过在37℃下将颗粒在蛋白质A的磷酸盐缓冲盐水溶液中保温3小时而用蛋白质A处理实施例8中生产的颗粒。保温后，用磷酸盐缓冲溶液洗涤颗粒。
在37℃下，通过将颗粒在小鼠胶原IV抗体的磷酸盐缓冲盐水溶液中保温90分钟而将纯化的小鼠胶原IV抗体(得自Sigma-AldrichCanada Ltd.)连接到蛋白质A处理的颗粒上。
至于目测(显微镜检查)和定量测定(荧光测定)小鼠胶原IV抗体连接，将缀合了荧光素异硫氰酸酯(FITC，绿色荧光物)荧光标记的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段(得自Sigma-Aldrich Canada Ltd.)与连接了抗体的颗粒接触。在室温下，在连接了抗体的颗粒存在下，将荧光标记的抗小鼠IgG F(ab′)2片段在磷酸盐缓冲盐水溶液中保温30分钟。通过落射荧光显微镜检查来检测通过亲合性结合而形成的小鼠胶原IV抗体/抗小鼠IgG F(ab′)2片段复合体并通过荧光测定来量化。
落射荧光显微镜检查和荧光测定都证实抗体识别成分在PSi颗粒上良好的覆盖和分布。
还应用缀合了荧光标记的分析物来检测蛋白质A处理是否使生物分子在蛋白质A处理的PSi表面的非特异性结合(而不是通过上述免疫球蛋白连接)最小化。落射荧光显微镜检查和荧光测定都证实了，除带有完整Fc域的免疫球蛋白以外的生物分子没有显著的非特异性结合。实施例16-用封阻溶液处理
对实施例6、8和9中生产的颗粒测试了通过应用封阻溶液非特异性结合的最小化。在室温下用甘氨酸缓冲液(50mM或200mM，在pH8.6或pH10)处理颗粒达30和60分钟。将颗粒在甘氨酸缓冲液中保温后，在37℃下将缀合了Cy3荧光标记的小鼠IgG(这里用作具有胺活性基的试验物质)与颗粒一起保温90分钟。蛋白质保温后，用磷酸盐缓冲盐水溶液洗涤颗粒。通过估侧荧光标记的IgG在颗粒上的结合而检测甘氨酸缓冲液的封阻效果，即，缓冲液抑制蛋白质在接头上结合的能力。落射荧光显微镜检查和荧光测定都证实，大为减少了(＞70％)抗体在处理的PSi颗粒上的结合。对于实施例6、8和9中生产的颗粒获得了类似的结果。
图8是200X放大的落射荧光显微照片，它显示抗体与未用甘氨酸缓冲液处理的PSi的结合。图9是200X放大的落射荧光显微照片，它阐明了抗体与用甘氨酸缓冲液处理的PSi的结合的减少。
实际上，在用封阻溶液处理之前识别成分会连接到PSc颗粒上。封阻溶液不应干扰靶分析物与识别成分的结合，但应当使非靶化合物和靶分析物与PSc的表面的直接结合最小化。
为了检验甘氨酸缓冲液对IgG与抗原相互作用的能力没有不利影响，将缀合了荧光素异硫氰酸酯荧光标记的特异性抗小鼠IgG F(ab′)2片段加到IgG中，在室温下保温30分钟。在甘氨酸缓冲液中保温后，通过落射荧光显微镜检查和荧光测定估侧IgG的结合活性。没有观察到甘氨酸缓冲液对随后的IgG的亲合结合活性有不利影响。
图10是200X放大的落射荧光显微照片，它显示图9中的抗体结合活性没有受甘氨酸缓冲液的不利影响。实施例17-光致发光的表征
应用图1中描绘的装置来分析上述实施例中生产的一些样品的光致发光。将488nm波长的光导向样品。光电二极管的光谱灵敏度在约420nm～约1100nm范围内。
分析了实施例1中生产的PSi颗粒的光致发光，在图11中作为光子能量和波长的函数图示反映了PL强度。在约1.94eV处，PL强度最大值约为625任意单位。
然后，分析了实施例8中生产的、连接了抗体识别成分的PSi颗粒的光致发光。在图12中作为光子能量和波长的函数图示反映了PL强度。在约2.24eV处，PL强度最大值约为1000任意单位。
然后，分析了实施例8中生产的、连接了抗体识别成分(并且识别成分连接了抗小鼠IgG靶分析物)的PSi颗粒的光致发光。在图13中作为光子能量和波长的函数图示反映了PL强度。在约2.27eV处，PL强度最大值约为1900任意单位。
上文讨论的光致发光模式表明了显著的、清楚的和能再现的PL模式调制。预期的由实施例1的PSi颗粒发射的、处于可见光谱橙红色区内的低能量发光信号显示，连接识别成分时能量增大(处于光谱的黄色区)，以及靶分析物与识别成分的连接产生的光谱的绿色区内明显更高的能量信号。应用上述图1的装置测定的光致发光强烈而且容易凭肉眼辨别，即，存在强烈的可见光发射。
描述了本发明优选的实施方案。应懂得，上述只是阐释性的，可应用其它实施方案和用途而不偏离如下权利要求书描述的本发明的真实范围。
工业适用性
可单独应用PSc/RE结构或与多种用来支持种种用途的装置的组合，所述用途包括但不限于：生物技术，例如，用于医疗、环境、工业和国防应用(例如，化学的和生物的战争用试剂的检测/鉴定)的生物传感器，基因组，诊断，以及其它分子生物学/细胞生物学领域，例如，细胞分离/分选、微观结构细胞分析等。

Claims (30)

1.一种修饰的半导体组合物，它包含：
(a)至少一种具有多孔结构的半导体材料，以及
(b)至少一种识别成分，
   于是，当用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波
   长的电磁辐射照射所述组合物时，所述组合物在约200nm
   ～约800nm范围内产生至少一个第一发光响应。
2.权利要求1的组合物，其中，所述识别成分选自下组物质：生物分子部分、有机部分、无机部分及其组合。
3.权利要求2的组合物，其中，所述生物分子部分选自下组物质：天然的或合成的蛋白质、核酸、寡核苷酸、凝集素、碳水化合物、糖蛋白、脂质及其组合。
4.权利要求1的组合物，它进一步包含至少一种靶分析物而产生半导体/分析物组合物。
5.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物选自下组物质：无机化合物、有机化合物和生物分子化合物。
6.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物的至少一部分与所述修饰的半导体组合物相互作用。
7.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物的至少一部分与所述半导体材料相互作用。
8.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物的至少一部分与所述识别成分相互作用。
9.权利要求4的组合物，当用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波长的电磁辐射照射所述半导体/分析物组合物时，所述半导体/分析物组合物在约200nm～约800nm范围内产生至少一个第二发光响应。
10.权利要求9的组合物，其中，根据至少强度或波长相对于所述至少一个第一发光响应而调制所述至少一个第二发光响应。
11.权利要求1的组合物，其中，所述半导体材料的最大平均尺寸在约100nm～约1mm的范围内。
12.权利要求1的组合物，其中，所述识别成分与所述半导体材料共价键合。
13.权利要求1的组合物，它进一步包含至少一个位于所述识别成分和所述半导体材料之间的初级接头。
14.权利要求13的组合物，它进一步包含至少一个位于所述初级接头和所述识别成分之间的次级接头。
15.权利要求13的组合物，它进一步包含一种接头处理组合物。
16.权利要求14的组合物，它进一步包含一种接头处理组合物。
17.权利要求15的组合物，其中，所述接头处理组合物选自下组物质：免疫球蛋白结合蛋白质、生物素活性剂、封阻溶液及其组合。
18.权利要求16的组合物，其中，所述接头处理组合物选自下组物质：免疫球蛋白结合蛋白质、生物素活性剂、封阻溶液及其组合。
19.权利要求1的组合物，其中，所述半导体材料选自下组物质：硅、碳化硅、二氧化硅、锗、镓、砷化镓、磷化硅镓、镉、硒、一氧化铜及其组合。
20.权利要求1的组合物，它进一步包含一种所述半导体材料的掺杂剂。
21.权利要求20的组合物，其中，所述掺杂剂选自下组物质：铒、硼、亚磷、铜、来自镧系的无机发光材料及其组合。
22.权利要求1的组合物，其中，所述半导体材料进一步包含作为所述半导体材料的承载物的芯材料。
23.权利要求22的组合物，其中，所述芯材料选自下组物质：玻璃、塑料、陶瓷、沸石、金属及其组合。
24.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物在一种生物内。
25.权利要求4的组合物，其中，所述靶分析物得自一种生物。
26.一种产生发光响应的方法，它包括：
(a)提供一种修饰的半导体组合物，该组合物包含一种具有多孔结构的半导体材料和至少一种识别成分；
(b)用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波长的电磁辐射照射至少所述修饰的半导体组合物而产生至少一个第一发光响应；和
(c)测定所述至少一个第一发光响应的至少强度或波长。
27.权利要求26的方法在确定靶分析物的存在方面的应用，其中，所述识别成分对所述靶分析物具有亲合性，所述方法进一步包括：
(a)将所述修饰的半导体组合物与所述靶分析物接触而产生半导体/分析物组合物；
(b)用约100nm～约1000nm范围内的至少一种波长的电磁辐射照射至少所述半导体/分析物组合物而产生至少一个第二发光响应；
(c)测定所述至少一个第二发光响应的至少强度或波长；
(d)比较所述至少一个第一发光响应和第二发光响应的至少强度或波长从而确定所述至少一个第一发光响应和第二发光响应之间的任何调制的程度；以及
(e)确定所述靶分析物的存在。
28.权利要求27的方法，其中，所述靶分析物在一种生物内。
29.权利要求27的方法，其中，所述靶分析物取自一种生物。
30.权利要求27的方法，所述靶分析物选自下组物质：无机化合物、有机化合物和生物分子化合物。
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