ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Российский патент 2005 года по МПК G01N21/64 G01N21/62 H01L33/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к материалам для фотообнаружения и идентификации при целевом анализе, в частности к материалам, имеющим светоизлучающие свойства, а еще точнее к фотолюминесцентным полупроводниковым материалам для фотообнаружения и идентификации при целевом анализе.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Пористый кремний (PSi) был подробно изучен для различных полупроводниковых приложений, после его открытия в конце 1950-х годов. Совсем недавно, PSi показал возможность производить сильную люминесценцию в видимой области /1/, предлагая перспективные приложения в устройствах(приборах) оптоэлектроники на основе кремния. Другие пористые полупроводниковые материалы типа арсенида галлия, например, также были изучены /2/, но в меньшей степени.

В патентах /3/ и /4/ описывают метод для обнаружения химикалий при прекращении фотолюминесценции PSi и соответствующее устройство для обнаружения органических растворителей при помощи фотолюминесценции PSi. Для получения PSi кремниевая пластинка подвергалась электрохимическому травлению в смеси 50:50 фтористоводородной кислоты (HF) и этилового спирта. При облучении PSi пластины лазерным источником света в присутствии органического соединения типа тетрагидрофурана (ТГФ) диэтиловый эфир, хлористый метилен (MeCl₂), толуол, о-ксилол, этиловый спирт и метанол (МеОН) свойственная люминесцентная эмиссионная интенсивность PSi была значительно уменьшена (то есть, фотолюминесцентная реакция PSi была подавлена). Также, Sailor /3, 4/ заметил, что ферроцен, растворенный в толуоле (то есть, циклопентадиенил Fe (II)), привел к полной потере люминесценции.

Вообще, Sailor /3, 4/ предполагает, что степень подавления фотолюминесцентной (PL) реакции определяется дипольным моментом исследованных составов. Соответственно, можно сделать предположение, что такая оценочная методика может помочь оценивать различия в дипольных моментах между некоторыми органическими соединениями. Однако Sailor /3, 4/ не предполагал, что такой метод может отличить два или более состава, имеющих подобные дипольные моменты, но значительно различающихся по химическому составу. Например, в /3/ Sailor наблюдал, что MeCl₂, МеОН и ТГФ имели относительное подавление люминесценции, приблизительно 0.1 или менее. Следовательно, есть только малое различие в динамике характеристик PL, произведенных каждым из этих составов, которые могут использоваться для лучшей характеристики соответствующей им химической структуры. Также, Sailor /3, 4/ отмечает сдвиг длины волны отраженного излучения (λ) приблизительно в 30 nm (1 nm=10^-9 m), от 670 nm к 630 nm, когда PSi обработан ТГФ. Он полагал, что другие указанные им органические соединения также приводят к реверсивную снижению PL, но не предполагал, что сдвиг Х является подобным сдвигу λ, наблюдаемому(соблюдаемому) для ТГФ. Однако на его лице, кажется, что Sailor /3, 4/ предлагает, что сдвиги λ в основном подобны по величине для всех указанных органических соединений. Соответственно, этот 30 nm диапазон определяет несколько ограниченное окно для спектроскопического разделения между неизвестными составами.

Lin и другие описывают биосенсор, основанный на сдвигах длины волны в краях Фабри-Перо отражательном спектре индуцированного излучения тонкой плоской пленки PSi видимого диапазона /5/. Оптически тонкие плоские пленки PSi, подготовленные электрохимическим травлением в растворе HF в этиловом 98% спирте, имеют прозрачность 49%, что достаточно для выделения краев в оптическом Фабри-Перо спектре отраженного излучения. Элемент распознавания фиксируется на поверхности PSi пленки. Последовательное соединение анализируемого вещества с элементом распознавания таким образом приводит к изменению в показателе преломления PSi пленки и обнаруживается как соответствующий сдвиг в интерференционной картине. Интерференционная картина создается за счет многократного отражения белого света между поверхностью раздела раствор/PSi и кремниевой поверхностью раздела PSi/Подложка. Получение точных и верных интерферометрических спектров предъявляет суровые требования к созданию и поддержанию почти абсолютно параллельных поверхностей воздух /PSi, и PSi/ кремниевая подложка. Следовательно, эта методика ограничена приложениями, где условия окружающей среды (вибрация, температурные изменения, состав атмосферных газов) строго контролируются.

Janshoff и др. /6/ также описывает PSi для биосенсорных приложений, использующих сдвиг в интерференционной картине Фабри-Перо, созданной многократными отражениями белого света на границах воздухе/PSi слой(прослойка) и PSi/BULK кремниевая поверхность раздела, как способ для обнаружения разновидностей межмолекулярных взаимодействий в растворе со связанными лигандами как рецепторами. Janshoff и др. /6/ формулируют, что "предпосылкой для использования пористого кремния является выбор соответствующих параметров травления, поскольку оптический и интерферометрический биосенсор должен также иметь регулируемую геометрическую форму пор" (/6/ р. 12108). Тонкие пленки кремния были созданы пористыми посредством электрохимического травления, что позволило обеспечить радиус пор, варьирующийся от 3 до 10 nm, однородную глубину(высоту), и цилиндрическую форму с абсолютной поверхностной площадью приблизительно от 0,1 до 0,15 m² для выборок, протравливаемых в 1 cm² кремния. Чрезмерная пористость не подходит для биосенсоров отмечают Janshoff и др. /6/.

Поскольку интерферометрические методы основаны на конкретном материальном явлении, а именно на отражении света от границы двух различными плоскостей, производящем интерференционную картину, биосенсорная система, полагающаяся на сдвиги в интерференционной картине для обнаружения присутствия анализируемого вещества, обычно очень чувствительна к вибрации, температуре и изменениям атмосферного давления. Кроме того, отражающие поверхности пленки или пластинки, то есть воздух/PSi и PSi/подложка кремниевых поверхностей раздела, должны быть параллельны, иначе может происходить нежелательный сдвиг в интерференционной картине. Как правило, отражающие поверхности пленки PSi должны быть параллельны до 25 А (2,5 nm), что накладывает высокие требования на уровень производстве PSi пластинки или пленки. Наконец, для оптимальной характеристики свет, направленный на пленку PSi или пластинку, должен быть перпендикулярен отражающим поверхностям. Соответственно, поры, которые непосредственно не перпендикулярны отражающим поверхностям, воздействуют на интерференционную картину пленки PSi или пластинки и поэтому неблагоприятно воздействуют на результаты, полученные от такого биосенсора.

Поэтому желательно иметь материал, приспособленный для обнаружения анализируемых составов, который мог использовать свойства фотолюминесценции пористых полупроводниковых материалов. Кроме того, у такого материала могла быть увеличена чувствительность к обнаружению низких концентраций анализируемых составов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с данным изобретением фотолюминесцентный полупроводниковый материал представляет собой композицию модифицированных полупроводников, состоящую из, по крайней мере, одного полупроводникового материала, имеющего пористую текстуру, и по крайней мере, одного элемента распознавания, причем при освещении указанной композиции электромагнитным излучением, по крайней мере, одной длины волны в диапазоне от 100 nm до 1000 nm, указанная композиция производит, по крайней мере, одну первую люминесцентную реакцию в виде электромагнитного излучения, по крайней мере, в диапазоне от 200 nm до 800 nm.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предлагается способ анализа вещества по люминесцентной реакции, включающий облучение композиции модифицированных полупроводников, состоящей из, по крайней мере, одного полупроводникового материала с пористой текстурой и, по крайней мере, одного элемента распознавания, электромагнитным излучением, по крайней мере, одной длины волны в диапазоне от 100 nm до 1000 nm, с получением, по крайней мере, одной первой люминесцентной реакцию в виде электромагнитного излучения от указанной полупроводниковой композиции, с измерением, по крайней мере, интенсивности или длины волны, по крайней мере, одной первой люминесцентной реакции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приведенные чертежи поясняют варианты реализации предложенного изобретения.

Фиг.1 - схематическое представление одного варианта конструкции прибора, который может использоваться для обнаружения фотолюминесценции от фотолюминесцентных приборов по данному изобретению;

Фиг.2 - развернутый электронный микроснимок пористой кремниевой частицы, произведенной по Примеру 1, в 300-кратном увеличении;

Фиг.3 - развернутый электронный микроснимок пористой кремниевой частицы, произведенной по Примеру 1, в 800-кратном увеличении;

Фиг.4 - развернутый электронный микроснимок пористой кремниевой частицы, произведенной по Примеру 2, в 800-кратном увеличении;

Фиг.5 - развернутый электронный микроснимок пористой кремниевой частицы, произведенной по Примеру 2, в 5000-кратном увеличении;

Фиг.6 - эпи-флуоресцентный микроснимок в 200-кратном увеличении, показывающий взаимодействию антигена с PSi материальным фрагментом, модифицированным с IgG антителом, обсужденным в Примере 10;

Фиг.7 - обсуждаемое в Примере 13 графическое сравнение гидролиза ацетилхолина для фермента управления в сравнении с модификацией PSi ферментом;

Фиг.8 - обсуждаемый в Примере 16 флуоресцентный эпи-флуоресцентный микроснимок в 200-кратном увеличении, который иллюстрирует выход антитела к PSi, не обработанному с буфером аминоуксусной кислоты;

Фиг.9 - обсуждаемый в Примере 16 эпи-флуоресцентный микроснимок в 200-кратном увеличении, который демонстрирует понижение в закреплении антитела PSi, обработанного с буфером аминоуксусной кислоты;

Фиг.10 - обсуждаемый в Примере 16 эпи-флуоресцентный микроснимок в 200-кратном увеличении, показывающий обязательную деятельность антитела на фиг.9, неблагоприятно не воздействует буфером аминоуксусной кислоты;

Фиг.11 - графическое представление интенсивности фотолюминесценции пористых кремниевых материальных фрагментов, обсуждаемое в Примере 17;

Фиг.12 - графическое представление интенсивности фотолюминесценции пористых кремниевых материальных фрагментов, имеющих присоединенный элемент распознавания (см. Пример 17).

Фиг.13 - графическое представление интенсивности фотолюминесценции пористых кремниевых материальных фрагментов, при анализе веществ контактирующих с элементом распознавания обсуждаемое (см.примере 17).

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ НАИЛУЧШИХ РЕАЛИЗАЦИИ

В соответствии с данным изобретением пористый полупроводник (PSc) обладает фотолюминесцентными (PL) свойствами и может использоваться в ряде приложений для обнаружения и идентификации, включая, без ограничения, биотехнологии, типа биосенсорику, для медицины, контроля окружающей среды, для промышленного использования и защиты (например, для обнаружения поражающих химических и биологических веществ), генной диагностики и других молекулярных/клеточных биологических приложений, типа выделения/сортировки клеток, микроструктурного анализа клеток, и т.д. В соответствии с изобретением PSc материалы имеют, по крайней мере, PSc составляющую с пористой текстурой, модифицированную, по крайней мере, одним элементом распознавания. В PSc материал введен элемент распознавания для взаимодействия с анализируемой целью (то есть, веществом, которое должно быть обнаружено). Элемент распознавания обычно, но не всегда модифицирует PL реакцию PSc материала, производит сдвиг длины волны λ и/или изменение интенсивности PL по сравнению с реакцией PSc материала, не содержащего элемента распознавания. PSc модифицированный такими элементами распознавания ("PSc/RE") может взаимодействовать с анализируемой целью, сдвигая длину волны и/или изменяя интенсивности PL, причем в дальнейшем такая PSc/RE реакция, будет упоминаться просто как модуляция PL реакции или PL модуляции для краткости.

PSc материал.

Предпочтительно, чтобы в качестве PSc материала использовался кремний. Однако PSc материал может включать любую полупроводниковую материальную композицию, которая имеет свойства фотолюминесценции при пористой структуре. Например, такие полупроводниковые материалы и композиции могут включать, без ограничения, кадмий, окись меди, германий, галлий, арсенид галлия, селен, кремний, кремниевый карбид, кремний диоксид, кремниевый фосфид галлия и их комбинации. Отобранные полупроводниковые материальные композиции могут также включать легирующее вещество, включая, например, без ограничения, эрбий, бор, фосфориды, медь, фосфоры ряд лантанидов, включая иттербий, гольмий и тулий и их комбинации. Также, отобранные композиции полупроводниковых материалов могут быть иметь другой состав, включая, например, без ограничения, галогены типа брома, способные изменять длину волны излучения Bressers и др. /7/. Для простоты обсуждения, надо понимать, что термин "PSc" включает, без ограничения, любую полупроводниковую композицию материалов, типа вышеупомянутых для иллюстративных целей.

PSc Структуры

Понятие "пористый" или "пористая текстура" используется нами для характеристики любого возмущение, типа углублений, выступов или их комбинаций, в или на полупроводниковом материале, который формирует полную поверхностную площадь полупроводникового материала. Примеры углублений включают, без ограничения, поры, рябь на поверхности гальванического покрытия, раковины, кратеры, траншеи, канавки и их комбинации. Примеры выступов включают, без ограничения, гребни (перемычки, кромки, ранты, выпуклости) и их комбинации. Например, без ограничения, такие возмущения могут быть в форме упорядоченной сотовой пористой структуры, включающей цилиндрические или многоугольные формы пор или более случайную пористую структуру, которая является подобной кораллу.

Форма и геометрия возмущений полупроводникового материала могут быть разнообразны. Углубления могут изменяться от регулярно-периодических форм и конфигураций к нерегулярно-определенным формам и конфигурациям и их комбинациям. Также, выступы могут изменяться от регулярно-периодических форм и конфигураций до нерегулярно-определенных форм и конфигураций. Регулярно-определенные формы включают без ограничения круговую, полукруглую, эллипсоидальную, полуэллипсоидальную, многоугольную, квадратную, прямоугольную, треугольную, ромбическую и трапециевидную формы. Нерегулярные формы включают, без ограничения, смеси вышеупомянутых форм возмущения. Также, например, без ограничения, 3-мерная (трехмерная) геометрия возмущений может изменяться от регулярно-определенных трехмерных структур до нерегулярных трехмерных конфигураций. Регулярно-определенные трехмерные конфигурации включают, без ограничения, цилиндрические, конические, кубические, в виде параллелепипеда, многогранника, ромбоэдрической, эллипсоидальной, спиралевидной, сферической и пирамидальной форм. Нерегулярно-определенные трехмерные конфигурации включают, без ограничения, комбинации вышеупомянутых форм. В любом случае, такие возмущения в полупроводниковом материале приводят к увеличенной площади поверхностной PSc материала.

Полная геометрическая форма PSc материала может быть в форме пленки или пластинки или иметь трехмерную структуру. Под "Трехмерной структурой" мы подразумеваем такую геометрию PSc материала, при которой сам материал или в комбинации с опорой из не-PSc материала может представлять собой вариации регулярно-определенных геометрических форм и нерегулярно-определенных формы и их комбинаций. Примеры регулярно-определенных форм включают, без ограничения, сферы, полусферы, эллипсоиды, полуэллипсоиды, цилиндры, яйцевидные формы, стержни, диски, воронки, кубы, параллелепипеды, многогранники, ромбоэдры и пирамиды. Примеры нерегулярно-определенных форм включают, без ограничения, комбинации вышеупомянутых PSc форм материала. Для простоты обсуждения, ссылка на "PSc структуру" означает, без ограничения, PSc материал, который находится в форме пленки или пластинки, или который имеет по крайней мере один из типов геометрических форм и пористой текстуры, описанных выше для иллюстративных целей.

Фиг. со 2 по 5 иллюстрируют только несколько из типов поверхностных возмущений, которые характеризуют PSc материалы в соответствии с данным изобретением. Очевидно имеется множество технологий и способов, позволяющих обеспечить широкое множество возмущений на PSc материале. Как будет подробнее обсуждено ниже, независимо от специфической формы или геометрии таких возмущений, эти возмущения увеличивают интенсивность PL излучения, производимого PSc материалом. Таким образом, без привязки к соответствующей теорией ясно, что пористые возмущения на поверхности способствуют повышению PL интенсивности.

В соответствии с привилегированными вариантами конструктивного воплощения изобретения, PSc материал имеет пористую текстуру на одной или более поверхностях и/или по всей своей структуре.

Фактическая форма и/или размер структуры PSc зависят от специфического приложения, в котором структура PSc используется. Есть некоторые приложения, в которых плоская структура PSc является желательной и другие, где трехмерная структура PSc более предпочтительна. При трехмерной структуре средний диаметр или другой самый большой средний размер должен быть предпочтительно в диапазоне от 100 nm до 1 мм. Наиболее предпочтительными являются трехмерные структуры PSc, средний диаметр или другой самый большой средний размер которых находится в диапазоне от приблизительно 100 nm до приблизительно 500 микрон. Наиболее предпочтительные, трехмерные структуры PSc имеют средний диаметр или другой самый большой средний размер в диапазоне от приблизительно 1 микрона до приблизительно 500 микронов. Кроме того, в тех случаях, когда структура PSc - трехмерная структура PSc, она должна быть адаптирована к ряду конфигураций устройства фотообнаружения, и ее посадочный размер должен согласовываться с соответствующим размером такого устройства фотообнаружения. Например, при использовании в капилляре диаметр трехмерных структур PSc должен быть в диапазоне от приблизительно 5 микрон до приблизительно 15 микрон.

Структуры PSc данного изобретения, подвергнутые освещению электромагнитным излучением длиной волны, в диапазоне от приблизительно 100 nm до приблизительно 1000 nm, достаточной мощности, производят люминесцентное излучение в диапазоне от приблизительно 200 nm до приблизительно 800 nm, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 350 nm до приблизительно 700 nm, и более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 450 nm до приблизительно 650 nm.

Структуры PSc по данному изобретению можно формировать различными способами, которые очевидны квалифицированным в данной технологии специалистам. Плоский или подобный пластинке полупроводниковый материал коммерчески доступен, например от /8/. Также, например, не имеющие пор кремниевые сферы могут быть произведены процессом, описанным в /9/. Далее, плоский или подобный пластинке полупроводниковый материал может быть механически фрагментирован, чтобы произвести тонкие материальных точки нерегулярно-определяемых конфигураций. В любом случае независимо от процедуры, выбранной для производства полупроводникового материала, такой материал может быть сделан пористым в соответствии с рядом известных технологий, типа тех, которые обсуждаются ниже, для иллюстративных целей.

После того, как в основном плотная полупроводниковая структура создана ее делают пористой. Желательная пористая текстура может быть получена множеством различных известных методов. Например, без ограничения, пористая текстура может быть произведена эпитаксиальным осаждением или литографией /10/, химическим травлением /11/, анодированием в HF растворах /10/, искровой эрозией /12/, лазерной абляцией /13/, фрезерованием ионным пучком /14/ и управляемый отжигом и травлением /15/. Также, квалифицированным специалистам понятно, что технология, используемая для образования пористой текстуры на преимущественно плоском полупроводниковом материале, может потребовать некоторых изменений. Например, трехмерные полупроводниковые структуры могут требовать суспензии в инертной газообразной или жидкой окружающей среде, чтобы все поверхности вошли в контакт с высокоэнергетическим источником, травящим раствором или другим средством, образующим желательную структуру PSc. Также, время, заданное для травления, может также быть намного короче для трехмерных структур PSc.

Структуры PSc можно формировать с каналом для теплопередающей жидкости. Примеры соответствующих материалов активной зоны включают, без ограничения, стекло, пластмассу, керамику, цеолиты, металлы, различные полупроводниковые материалы и их комбинации. Материал активной зоны может быть отобран, например, из условия достижения желательной плотности для специфического приложения. Такое ядро (канал для теплопередающей жидкости), вероятно, будет более приемлемо в том случае, когда структуры имеют больший диаметр. В случае единственного покрытия полупроводника предпочтительно такое покрытие должно быть достаточно толстым, чтобы оно могло образовать желательную пористую текстуру.

Покрытие основания PSc материала может быть выполнено не из пористого материала рядом методов. Например, в основном плотное покрытие кремнийдиоксида или кремниевого карбида может быть получено управляемым окислением (/16/ или высокотемпературными методами пиролиза /17/. После этого полупроводниковый материал с покрытием может быть преобразован к пористому состоянию. Альтернативно, структуру PSc можно формировать одновременно с нанесением покрытия на поверхность активной зоны материала. Также, может быть желательно нанесение множественных слоев различного типа на поверхность активной зоны материала.

Элемент Распознавания

В существующем изобретении структура PSc модифицирована, по крайней мере, одним элементом распознавания и, предпочтительно, многими элементами распознавания. Для простоты рекомендации, структура PSc, модифицированная, по крайней мере, одним, элементом распознавания в дальнейшем упоминается как "PSc/RE". Термин "Модифицированный" мы употребляем в том смысле, что элемент распознавания связывается с PSc структурой таким образом, что PL реакция PSc/RE модулируется, когда анализируемый предмет взаимодействует с элементом(ами) распознавания PSc/RE. Один пример такой модификации представляет собой ковалентную связь элемента распознавания со структурой PSc. Однако прямая или материальная связь может и отсутствовать. Может быть, ближайшая ассоциация элемента распознавания с PSc структурой достаточна для того, чтобы поддержать электронную или энергетическую передачу между элементом распознавания и структурой PSc. Как правило, но не обязательно всегда, PSc/RE показывает увеличенную PL реакцию относительно PL реакции для структуры PSc до модификации с элементом распознавания

Вообще, элементы распознавания могут быть органические, неорганические, биомолекулярные компоненты и их комбинации.

Предпочтительно, чтобы в качестве элементов распознавания выступали биомолекулярные компоненты. Примерами биомолекулярных компонентов, которые могут использоваться как элементы распознавания, без ограничения, выступают естественные или синтетические белки, нуклеиновые кислоты, олигонуклеотиды, лектины, углеводы, гликопротеины и липиды, которые взаимодействуют с предметом анализа. Белки предпочтены, как элементы распознавания. Примерами соответствующих белков, без ограничения, являются иммуноглобулин, типа поликлональной и моноклональной сыворотки, и ферменты. Привилегированное положение среди элементов распознавания занимают такие белки как иммуноглобулин и ферменты. Примерами соответствующих нуклеиновых кислот являются простые цепные молекулы DNA и двойные цепные молекулы ONA. Элемент распознавания может включать присоединенную к нему окислительно-восстановительную составляющую. Примеры окислительно-восстановительных составляющих включают, без ограничения, переходные металлы и их комбинации, и ко-ферменты типа NAD (Н) или NADP (Н). Окислительно-восстановительные составляющие могут быть типа электронный донор или акцептор, способствующие изменению PL интенсивности при взаимодействии анализируемого предмета с элементом распознавания.

Примеры неорганических компонентов, которые могут использоваться как элементы распознавания, без ограничения, - легированные или нелегированные кристаллические неорганические составы, например линейные модификации углерода, включая карбины и алмазные кристаллы.

В качестве примеров органических компонентов, которые могут быть использованы как элементы распознавания, без ограничения могут быть названы полимеры с внутренней проводимостью ("ICP") типа полианилина и полимерных электролитов типа полиэтиленоксида, преимущественно полезно легированного литием.

Изменение структуры PSc элементом распознавания может быть усилено путем использования поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение раствора, с элементом распознавания. Такие вещества включают, без ограничения, спирты и моющие средства в концентрациях, достаточных для уменьшения поверхностного натяжение раствора без неблагоприятного воздействия на структуру элемента распознавания, эффективность элемента распознавания или PSc/RE.

Анализируемый предмет

В результате взаимодействия анализируемого предмета с PSc/RE происходит модуляция PL реакции. Мы подразумеваем, что при "Взаимодействии" анализируемый предмет вступает в связь с элементом распознавания, модулирует PL реакцию PSc/RE. Примеры таких взаимодействий включают, без ограничения, ковалентные связи, образование водородной связи, силы Ван-дер-Ваальса, и сродственные связи. Однако прямая или материальная связь может и не требоваться. Достаточна ассоциативная связь анализируемого предмета с PSc/RE для того, чтобы поддержать электронную или энергетическую передачу между анализируемым предметом и PSc/RE.

Анализируемый предмет может иметь органический, неорганический или биомолекулярный состав или их композицию. К примерам анализируемых предметов относятся, без ограничения:

(1) аллергенные составы, которые образуют антитела, включая, например, без ограничения, токсины, метаболические регуляторы (стабилизаторы), микроорганизмы типа бактерий, вирусов, дрожжей, грибов (грибков) и микробных спор животного и растительного происхождения, элементы ткани;

(2) специфические материалы типа ферментов, включая, например, без ограничения, метаболиты, специфические вещества, пестициды, инсектициды;

(3) комплиментарные олигонуклеотидные последовательности;

(4) простые цепные молекулы DNA и RNA;

(5) лиганды гормональных рецепторов и лектины.

При взаимодействии анализируемого предмета с определенным элементом распознавания на структуре PSc происходит изменение PL реакции структуры PSc относительно PL реакции структуры PSc/RE без анализируемого предмета. Предпочтительно, чтобы PL реакция увеличивалась относительно базовой PL реакции PSc/RE. Модуляцию PL реакции можно выделить в режиме реального времени или при последующей обработке результатов.

Стабилизация/Активация Структуры PSc

Чтобы поддерживать стабильную и эффективную реакцию структуры PSc с элементом распознавания, поверхность структуры PSc сначала стабилизируется для предотвращения нерегулируемого окисления.

Один вариант такого способа стабилизации - использование окисления, например, без ограничения, теплового окисление /18, 19, 20, другой - процесс окисления в атмосфере озона. Эти процессы производят реактивные гидроксильные группы. Химическое окисление может быть произведено, например, используя перекись, диметилсульфоксида (DMSO) или порошок иода.

Ковалентная Связь

Как отмечено выше, в одном из преимущественных вариантов осуществления данного изобретения структура PSc может быть модифицирована элементом распознавания ковалентной связью. Например, элемент распознавания может быть ковалентно связан со структурой PSc при помощи одного или более компоновщика. Компоновщик может обеспечить функциональное перемещение групп реактивов групп на структуре PSc для доступа к элементу распознавания. Также, среди других функций компоновщик может обеспечить снижение пространственного потенциала, что устраняет затруднения при решении задачи выявления предмета анализа и его взаимодействия с элементом распознавания и/или PSc/RE.

Предпочтительно, элемент распознавания ковалентно связан с компоновщиком так, чтобы элемент распознавания и/или PSc/RE могли взаимодействовать с анализируемым предметом с максимальной эффективностью. Например, некоторые биомолекулярные компоненты типа антител, сопряженных через их сульфгидрильные группы, показывают хорошие результаты при взаимодействии с предметом анализа. Однако, когда такие антитела присоединены через группы амина, они могут уменьшить указанный потенциал и, таким образом, способствовать взаимодействию с предметом анализа.

Главный компоновщик

В другом преимущественном варианте реализации изобретения главный компоновщик присоединен к гидроксильным группам, являющимся результатом окисления PSc. Один пример главного компоновщик - замещенный силан. Пример соответствующего замещенного силана, без ограничения, глицидоксидопропилтриметоксилан. Этот главный компоновщик обеспечивает прямую связь между гидроксильными группами окисленной структуры PSc и группой амина элемента распознавания. Другой соответствующий главный компоновщик - гидросилилатид алкенов и алкинов.

Другой компоновщик, который реактивен к гидроксильным группам окисленного PSc и группам амина элемента распознавания, вполне очевиден для данной технологии. Понятно, что компоновщик может быть выбран и таким образом, чтобы вступить в реакцию с функциональной группой, другой чем группа амина элемента распознавания. Другие функциональные группы элемента распознавания представлены сульфгидрильной, углеводной или карбоксильной группами. Также понято, что другой компоновщик, который является реактивным к негидроксильным группам (произведенным другими PSc методами стабилизации) и функциональным группам выбранных элементов распознавания, может быть выбран для связи со структурой PSc.

Главный и Вторичный компоновщик

В другом преимущественном варианте, главный компоновщик связан с гидроксильными группами, являющимися результатом окисления PSc и затем вторичная связь компоновщика присоединена к главному компоновщику. Один пример главного компоновщик, который может использоваться в комбинации со вторичной связью компоновщика, - замещенный силан. Пример такого соответствующего замещенного силана, без ограничения, аминопропилтриэтоксилан. Примеры соответствующей вторичной связи компоновщика, без ограничения, гомо- и/или гетеробифункциональные сшивающие агенты и гидросилилатид алкенов и алкинов.

Поскольку вторичная связь компоновщика обычно не может соединяться напрямую с PSc главный компоновщик обеспечивает прямое взаимодействие между структурой PSc и реактивной группой вторичной связи компоновщика. Соответственно, главный и вторичный компоновщики обеспечивают косвенное взаимодействие между PSc и элементом распознавания.

Также, используя связь вторичного компоновщика с главным компоновщиком, обеспечиваются даже более длинные промежуточные соединения в сравнении с одним главным компоновщиком. Следовательно, среди других функций, смешанный компоновщик, состоящий из главного и вторичного, может решать задачи снижения пространственного потенциала, являющиеся результатом необычно объемного предмета анализа, и способствует более успешному поиску взаимодействия с элементом распознавания и/или PSc/RE. Вторичная связь компоновщика может также обеспечивать большую гибкость при выборе функциональной группы, которая является реактивной, например, к аминам, сульфгидрильным, углеводным или карбоксильным группам элементов распознавания.

Гомобифункциональные сшивающие агенты имеют две подобные реактивные группы. Например, гомобифункциональный сшивающий агент может иметь первую реактивную группу, которая может взаимодействовать с группой амина главного компоновщика и вторую реактивную группу, которая может взаимодействовать с группой амина элемента распознавания. Примеры гомобифункциональных сшивающих агентов, без ограничения: альдегид глутурата, дисукцинимидил суберат, его сульфированный аналог и еще раз (сульфосукцинимидил) суберат.

Гетеробифункциональные сшивающие агенты имеют две различные реактивные группы. Например, гетеробифункциональный сшивающий агент может иметь первую реактивную группу, которая может взаимодействовать с группой амина главного компоновщика и вторую реактивную группы, которая может взаимодействовать с сульфгидрильной группой элемента распознавания. Примеры гетеробифункциональных сшивающих агентов - сукцинимидил 4-(N-малеиновый амидометил)-циклогексан-1- карбоксилат, и его сульфированный аналог - 4-(4-N-малеиновый амидофенил) гидразид-НСl масляной кислоты, и 4-(р-азидосалициламидо) бутиламин.

Главный компоновщик, который является реактивным к гидроксильным группам PSc и функциональным группам выбранных элементов распознавания, вполне очевиден, исходя из описанной технологии, и также понятно, что другой компоновщик, который является реактивным к негидроксильным группам (произведенным другими PSc методами стабилизации) и функциональным группам выбранных элементов распознавания, может быть отобран для связи со структурами PSc.

PSc/RE Взаимодействие с Предметом анализа

Использование элемента распознавания, имеющего специфическое сродство для предмета анализа весьма желательно, поскольку уменьшает вероятность того, что посторонний предмет, входящий в анализируемую композицию, взаимодействует с элементом распознавания. Точно также, использование элемента распознавания, который облегчает характеристическую модуляцию в PL реакции PSc/RE, когда анализируемый предмет взаимодействует с PSc/RE, снизит вероятность "ложных" модуляций, произведенных посторонними составами. Соответственно, влияние, если таковое вообще имеется, посторонних примесей, входящих в состав анализируемой композиции на PL реакцию, можно значительно снизить.

Аналогично, в преимущественном варианте осуществления изобретения, где элемент распознавания имеет специфическое сродство для предмета анализа предмет анализа преимущественно взаимодействует с элементом распознавания скорее чем со структурой PSc.

Структуры PSc данного изобретения должны контактировать с предметом анализа во множестве различных приложений, примеры которых приводятся ниже. В некоторых приложениях, может быть желательно помещать PSc/RE в соответствующем транспорте, чтобы увеличить взаимодействие PSc/RE с предметом анализа. Используя контактирующие средства, очевидные в предложенной технологии, переносчик/PSc/RE смесь может усиливать степень контакта между неизвестной композицией или организмом вне зависимости от того завод это или животное, содержат они предмет анализа или нет. Такой контейнер может включать средство для уменьшения поверхностного натяжение несущего устройства. Можно увеличить его гидрофильность, или увеличить его гидрофобность, в соответствующих случаях. Такие средства включают, без ограничения, спирты, моющие средства и органические растворители в концентрации, достаточной для достижения желательного эффекта без неблагоприятных побочных воздействий на эффективность PSc/RE.

Обработка компоновщика

Компоновщик может быть обработан для

(а) усиления предпочтительного взаимодействия между ним и элементом распознавания, и/или

(б) замедления взаимодействия между несвязанным компоновщиком (то есть, компоновщик не связан с элементом распознавания, но сопряжен с PSc) и композициями без анализируемого предмета и/или целью анализа.

Предпочтительно, чтобы взаимодействие между компоновщиком и элементом распознавания было увеличено, что обеспечит более прочную ассоциацию между элементом распознавания и компоновщиком и/или сориентирует элемент распознавания для лучшего взаимодействия с предметом анализа.

Взаимодействие между несвязанным компоновщиком и нецелевыми составами и/или анализируемыми предметами может замедлиться при блокировке реактивных групп несвязанного компоновщика, и/или, присоединении к реактивным группам несвязанного компоновщика компонентов, которые имеют сродство для состава, не присутствующего в предмете анализа.

Неограниченное количество примеров таких составов для обработки компоновщика, обсуждаются более подробно ниже, они подразделяются на:

(1) иммуноглобулин с обязательными белками),

(2) биотин реактивное средство и

(3) растворы блокирования, например буферные растворы амина.

Обработка иммуноглобулином для закрепление белка.

В одном из вариантов реализации компоновщик, присоединяемый к структуре PSc, может быть обработан белком, связанным иммуноглобулином ("IgBP") (например, Белок А, Белок G или Белок L). lgВР имеет специфическое сродство для определенной части антител известных как Fc домен. Следовательно, поскольку все антитела имеют Fc домен, элемент распознавания антитела будет преимущественно взаимодействовать с IgBP. Поэтому, когда элемент распознавания антитела вошел в контакт с IgBP обработанный компоновщик присоединяется к структуре PSc, Fc домен элемента распознавания антитела взаимодействует с IgBP - обработанным компоновщиком.

Поскольку IgBP имеет характерное сродство с Fc доменом антитела, IgBP обработка компоновщика уменьшает вероятность присоединения посторонних составов и анализируемых предметов к компоновщику, поскольку такие составы и анализируемые предметы конечно не имеют никакого Fc домена. Другое преимущество IgBP обработка компоновщика - то, что элементы распознавания антитела должным образом ориентируются для взаимодействия с антигенным предметом анализа. А именно, Fc домен элемента распознавания антитела присоединяется к IgBP, в то время как Fab домены антитела остаются свободными для антигенного взаимодействия.

Обработка биотиновым химически активным агентом

В другом варианте реализации компоновщик, присоединяемый к структуре PSc, может быть обработан биотиновым химически активным агентом ("BRA"), который имеет сродство с биотином. Можно привести неограниченное число примеров биотиновых химически активных агентов - стептавидин, нейтравидин и авидин. В этом случае, желателен элемент распознавания обработанный биотином, чтобы элемент распознавания был согласованным. Соответственно, когда обработанный биотином элемент распознавания входит в контакт с ОБРАБОТАННЫМ BRA компоновщиком, присоединяясь к структуре PSc, компонент биотина на элементе распознавания будет избирательно взаимодействовать с BRA.

Поскольку BRA имеет сродство только для биотина обработка BRA компоновщика уменьшает вероятность взаимодействия посторонних составов и анализируемых предметов, не имеющих биотина, с компоновщиком. Другое преимущество BRA обработки компоновщика - более прочная связь между элементами распознавания и компоновщиком, присоединенным к структуре PSc. Кроме того, обработанный биотином элемент распознавания способен к взаимодействию с предметом анализа.

Связующий раствор для обработки

В следующем варианте реализации, PSc/RE может быть обработан связующим раствором для блокирования связи реактивных групп непрореагировавшего компоновщика с посторонними составами и предметом анализа. Растворы блокирования включают в себя, например, буферы амина, типа буферизированного раствора аминоуксусной кислотой. Любая реактивная группа амина непрореагировавшего компоновщика таким образом блокирована группами амина раствора блокирования. Однако раствор блокирования не блокирует рецептор или акцепторную область элемента распознавания, которые остаются чувствительными для взаимодействия с предметом анализа.

PL Обнаружение

Вариант конструкции прибора 10, который может использоваться, чтобы обнаружить PL, схематично показан на фиг.1. Выборка 19 помещена на типовом штативе 20. Свет в предопределенной длине волны направлен на выборку от аргонового ионного лазера 12. Узкий ленточный фильтр 14 уменьшает любое шумовое излучение, вызванное газовой флюоресценцией в камере лазера 12. Фильтр 14 поглощает излучение всех длин волны, кроме излучения, имеющего выбранную длину волны. Модулятор 16 используется для того, чтобы подавлять любой постоянный шум, вызванный любым периферийным излучением. Модулятор 16 обеспечивает модуляцию лазерного излучения с некоторой частотой, которая синхронно отделяет сигнал PL от помех в усилителе 42. После модулятора 16, свет пропускают через объектив 17 к выборке 19. Излучение, рассеянное выборкой 19, направляется через линзы 18 и широкополосный фильтр 22 к входной щели 32 и зеркалу 34 в монохроматоре 30. Широкополосный фильтр 22 поглощает излучение длин волны вне заданного диапазона и таким образом уменьшает лазерное излучение, отраженное от оптических элементов прибора 10.

Вращающаяся дифракционная решетка 36, расположенная внутри монохроматора 30, учитывает угловое разделение различных длин волн λ₁, λ₂, λ₃ и λ₄ из рассеянного спектра луча к зеркалу 35. Вращение решетки 36, управляемое компьютером 40, позволяет выделить различные спектральные компоненты выходящего из выходной щели 33 монохроматора 30 излучения. Интенсивность спектральных компонентов λ₁, λ₂, λ₃, и λ₄ регистрируется фотодиодом 38. Сигналы фотодиода 38 усиливаются в усилителе 42 и подаются на компьютер 40. Все процессы измерения управляются компьютером 40.

Количественное определение концентрации предмета анализа может быть рассчитано с использованием калибровочной кривой PL интенсивности для известных концентраций анализируемого предмета или используя различные концентрации элемента распознавания.

Приложения

Структуры PSc/RE могут использоваться сами по себе или в комбинации с широким множеством приборов, обычно применяющихся в разнообразных приложениях, включая без ограничения биотехнологии типа биосенсорику, для медицины, контроля окружающей среды, для промышленного использования и защиты (например, для обнаружения поражающих химических и биологическое веществ), генной диагностики и других молекулярных/клеточных биологических приложений, типа выделения/сортировки клеток, микроструктурного анализа клеток и т.д.

Например, есть большая потребность в высокоточных устройствах просеивания для генных технологий и диагностики. В изобретении отдельные партии структур PSc/RE, имеющих различные элементы распознавания, могут быть подготовлены и затем настроены и/или гармонически согласованы с биокристаллами или микрокапиллярными множественными конфигурациями, обсужденными более подробно ниже. Анализируемые пробы могут входить в контакт с зафиксированными или взвешенными структурами PSc/RE в таких конфигурациях и взаимодействие с предметом анализа может быть обеспечено так, как обсуждалось выше. Весьма ценно, что трехмерные структуры PSc могут использоваться с такими техническими средствами, как например автоматизированные распределители микрообъема, аналитическими обнаружителями и/или микромножественными идентификаторами.

В одном из вариантов, PSc/RE структуры эффективно используются для обнаружения фотона биокристалла, причем ряд элементов распознавания может быть помещен в различных областях того же самого устройства. До настоящего времени практическая проблема расположения множественных, но различных элементов распознавания на малой полупроводниковой крошке еще не была удовлетворительно решена вследствие:

1) недостаточной сигнальной интенсивности для обнаружения взаимодействия с предметом анализа и

2) трудностей размещения множества различных элементов распознавания в пределах ограниченной площади. Малые трехмерные структуры PSc, описанные выше, являются наиболее подходящими для этого типа приложений. Выборка, содержащая неизвестный состав, анализируемый на соответствие одному из множества составов, может таким образом быть идентифицирована, контактируя с биокристаллом, образованным элементами распознавания из числа предполагаемых составов. Когда область биокристалла производит модулируемую PL реакцию, состав идентифицируется элементом распознавания, использованным в этой специфической области.

PSc/RE структуры могут также быть размещены в микромножествах, каждая отдельная область которой содержит точно установленное количество структуры PSc/RE и каждая отдельная область имеет специфическую настройку для различных анализируемых предметов или, что тоже самое, имеется анализируемый предмет, такой, что взаимодействие предмета анализа приводит к PL модуляции, например с уникальными характеристиками (распознавание образцов).

В другом варианте реализации PSc/RE структуры могут использоваться как упаковка в микрокапиллярной колонке, которая может определять анализируемые вещества, содержащиеся в перекачивающийся жидкости. Микрокапиллярные колонны должны быть оптически прозрачны, чтобы обнаружить PL модуляцию после взаимодействия с предметом анализа. Параллельное или последовательное расположение микрокапиллярных колонн может использоваться, чтобы обнаруживать и идентифицировать один или более анализируемых веществ. В другой конфигурации микрокапиллярные колонны могут также включать волоконно-оптические элементы, улавливающие и детектирующие такую PL модуляцию.

Еще в одном варианте анализируемый предмет может быть расположен в или на организме или части организма. "Организмом" обозначаем микробные клетки (ячейки), животное и растительные клетки и ткани, микробные споры, вирусы и т.п. Например, без ограничения, анализируемым предметом могут быть бактерия, вирус или микробная спора. Примеры такого анализируемого предмета включают споры карбункула и Е. бацилла типа Е. бацилла //0157 (фактор болезни гамбургера). PSc/RE структуры, которые обнаруживают сходство для одного из таких анализируемых предметов, входят в контакт с выборкой, подозреваемой в наличии такого анализируемого предмета, или выборкой, испытываемой на присутствие такой анализируемого предмета один или более элементов распознавания присоединяют себя к стенке клетки или покрытию сквозных внешних рецепторов клеток. При этом весьма полезно, что эти структуры PSc имеют диаметр или самый большой размер приблизительно от 100 nm до 1 микрона.

PSc/RE может быть введен или вставлен внутрь организма для внутриклеточного обнаружения предмета анализа.

Таким образом, неограниченное число примеров различных вариантов реализации данного изобретения может быть сделано для целей его иллюстрирования.

ПРИМЕРЫ

Пример 1 - Производство Psi частиц

Малые частицы кремния были произведены механической фрагментацией плоского кремния n-типа, полученный из Кремниевых Приисков (Санта-Клара, Калифорния, США). Частицы были произведены механической фрагментацией, используя ступку и пестик, чтобы произвести гранулированных частиц нерегулярной формы. По этой процедуре были получены частицы в широком диапазоне размеров. Частицы с диаметром, или другим самым большим размером, между 30 и 1000 μm были выбраны механическим просеиванием через множественную ячеистую мембрану. Частицы были проанализированы методом Брюнинга-Эмми-Толера (BET).

Анализ BET был сделан, используя микрометрический прибор /18/. Пустые типовые пробирки были взвешены и затем повторно взвешены после помещения в них выборок. Выборки были дегазированы путем нагрева до 180°С и быстрым перемещением их в вакуум. После дегазации выборки были повторно взвешены. Выборки также анализировались и взвешивались еще раз после анализа. Этот последний зарегистрированный вес использовался для вычислений при анализе. Коэффициент объемного поглощения принимался от 0,05 до 0,3 относительных единиц.

Площадь поверхности частиц, вычисленная на основе BET анализа части поверхности с 5 точками, составляла от 0,1724 до 0,0016 m²/g с коэффициентом корреляции 0,999871.

Кремниевые частицы были сделаны пористыми, со случайным распространением пор, используя метод химического травления. Кремниевые частицы были взвешены в 70% растворе азотной кислоты, 50% фтористо-водородной кислоты и воды в соотношении 1:4:1 в течение 60 секунд при комнатной температуре. Реакция произвела водород в виде газа и вызвала сильное смешивание раствора, такое, что никакого дополнительного смешивания не требовалось, чтобы поддерживать частицы во взвешенном состоянии. Реакция травления была остановлена разбавлением кислотного раствора водой.

Результирующий вид PSi частиц был проанализирован с использованием Сканирующего Электронного Микроскопа (SEM) BET и BJH методами /19/.

Фиг.2 и 3 - SEM микроснимки частиц пористого кремния (PSi), произведенные изложенным далее в этом примере методом.

Исследования BET и BJH методами были произведены, используя микрометрический прибор /18/ и процедуру, описанную выше. Точки адсорбции и десорбции принимались от 0,01 до 0,99 относительных единиц.

Площадь поверхности частиц, основанная на BET анализе площади поверхности с 5 точками, была в диапазоне от 1,8559 до 0,0124 m²/g с коэффициентом корреляции 0,999926. Соответственно, площадь поверхности частиц была увеличена приблизительно в 11 раз, используя вышеописанную методику травления. Средний диаметр поры составил около 4,77075 nm и был определен на основании анализа полного объема порового пространства, определенного BET технологией.

Результаты BJH адсорбционного анализа пор внесены в Таблице 1.

Таблица 1Диаметр пор
Диапазон (nm)Средний Диаметр(nm)Приведенный Объем Пор (cm³/g)Интегральный Объем Пор (cm³/gПриведенная Поверхность Пор (cm²g)Интеграль-ная Поверхность Пор (сm²/g)210,62-295,20238,980,0015510,0015590,0260,026103,15-210,82123,500,0000710,0016310,0020,02881,15-103,1589,500,0000270,0016570,0010,03040,42-81,1548,220,0000770,0017340,0060,03627,18-40,4231,200,0000490,0017840,0060,04220,35-27,1822,760,0000310,0018140,0050,04816,32-20,3517,870,0000410,0018550,0090,05713,58-6,3214,690,0000260,0018810,0070,06411,31-13,5812,230,0000360,0019170,0120,07610,55-11,3110,900,0000130,0019300,0050,0808,09 -10,558,970,0000790,0020090,0350,1168,65-8,097,220,0000670,0020760,0370,1535,64-6,656,050,0001560,0022330,1030,2564,85-5,645,180,0001650,0023970,1270,3834,23-4,854,490,0002240,0026220,2000,5833,72-4,233,940,0002290,0028510,2320,8163,29-3,723,480,0002210,0030720,2551,0702,93-3,293,080,0001930,0032640,2501,3202,61-2,932,740,0001580,0034220,2301,5502,32-2,612,440,0001280,0035500,2101,7602,06-2,322,170,0001160,0036660,2141,9741,82-2,061,920,0000950,0037620,1982,1721,72-1,821,770,0000400,0038020,0922,264

Итоги BJH анализа распределения пор десорбции сведены в Таблицу 2.

Таблица 2Диаметр пор Диапазон (nm)Средний Диаметр(nm)Приведенный Объем Пор (сm³/g)Интегральный Объем Пор (cm³/g)Приведенная Поверхность Пор (сm²/g)Интегральная Поверхность Пор (cm²/g)278,56-294,91286,270,0011550,0011550,0160,01687,25-278,56103,770,0005040,0018590,0190,03662,76-87,2571,020,0000400,0017000,0020,03835,37-62,7641,800,0000650,0017650,0060,04424,52-35,3727,970,0000500,0018150,0070,05120,20-24,5221,930,0000330,0018490,0060,05716,09-20,2017,660,0000380,0018870,0090,06612,69-16,0913,980,0000410,0019280,0120,07810,89-12,6911,650,0000260,0019540,0090,0879,91-10,8910,350,0000240,0019780,0090,0967,81-9,918,600,0000590,0020370,0270,1236,40-7,816,950,0000750,0021120,0430,1665,36-6,405,760,0000960,0022080,0670,2334,57-5,364,900,0001240,0023320,1010,3343,95-4,574,210,0001840,0025150,1740,5083,44-3,953,660,0002220,0027380,2430,7523,01-3,443,200,0002700,0030080,3371,0892,65-3,012,810,0002620,0032700,3731,4622,29-2,652,440,0001720,0034420,2821,7442,00-2,292,120,0001200,0035620,2261,9701,74-2,001,850,0001010,0036630,2192,189

Из вышеприведенных результатов ясно, что нет никаких закупоренных или других удерживающих пор в проанализированной выборке. Метод BJH показал, что интегральный адсорбционный объем порового пространства пор, имеющих диаметр поры между 1,7 и 300 nm был 0,003802 cm³/g, в то время как кумулятивный объем порового пространства десорбции был 0,003663 cm³/g. BJH интегральная адсорбционная площадь поверхности пор, имеющих диаметр поры между 1,7 и 300 nm, была 2,2636 m²/g, в то время как BJH интегральная площадь поверхности десорбции была 2.1889 m²/g.

Методика, основанная на определении полного объема порового пространства, также определенного методом BJH, дала значения средних диаметров поры адсорбции и десорбции 6,71859 nm и 6,69407 nm, соответственно.

Различия в площади поверхности и значениях диаметра пор между методами измерений BET и BJH показывают, что поры представляют собой скопление цилиндров. Однако SEM микроснимки это опровергают, они показывают, что пористая текстура частиц не может быть охарактеризована как скопление цилиндров. Соответственно, анализ площади поверхности BET вероятно предоставляет более точные значения площади поверхности.

Пример 2 - Производство PSi частиц

PSi частицы были подготовлены как в Примере 1, за исключением того. что кремниевые частицы были взвешены в кислотном растворе в течение 30 секунд. Полученные PSi частицы был проанализирован анализом BET.

BET анализ был проведен прибором /18/, используя процедуру, описанную выше. Объем поглощающих частиц принимался от 0,05 до 0,3 относительных единиц.

Площадь поверхности BET частиц, полученная на основе анализа BET площади поверхности с 5 точками, находилась в диапазоне от 0,6858 до 0.0039 m²/g с коэффициентом корреляции 0,999934. Соответственно, площадь поверхности частиц была увеличена приблизительно в 4 раза, используя вышеупомянутую методику травления.

На Фиг.4 и 5 изображены SEM микроснимки PSi частиц, произведенных методом этого примера.

Пример 3 - Окисление PSi частиц перекисью

PSi частицы, произведенные в Примере 1, были подвергнуты химическому окислению, используя перекись. PSi частицы выдерживались при комнатной температуре в течение 1 часа в 30% водном растворе перекиси.

Пример 4 - Окисление PSi частиц с использованием диметилсульфоксида (DMSO).

PSi частицы, произведенные в Примере 1, были подвергнуты химическому окислению, используя только диметилсульфоксид (DMSO) и раствор DMSO, содержащий 500 мг/мл 2,6-ди-трет-бутила-4-метилфенола (ВНТ), акцептора свободных радикалов. PSi частицы выдерживались при комнатной температуре в течение 1 часа в DMSO и 2 часа в растворе DMSO/BHT.

Пример 5 - Окисление PSi частиц с использованием кристаллов йода

PSi частицы, произведенные в Примере 1, были подвергнуты химическому окислению, используя кристаллы йода. PSi частицы выдерживались в присутствии кристаллов йода: (1) в вакууме или (2) в воздухе.

В вакууме частицы выдерживались в термосе, содержащем кристаллы йода в течение 2 часов при комнатной температуре. После этого частицы были помещены в воздушную среду при комнатной температуре.

В воздухе частицы находились в закрытой пробкой колбе, содержащей кристаллы йода в течение 2 часов при комнатной температуре. После этого частицы были помещены в воздушную среду при комнатной температуре.

Пример 6 - Добавление главного компоновщика

Окисленные частицы, подготовленные в Примере 3, были погружены в 10% (по объему) раствор 3-глицидоксидопропилтриметоксилан, главного компоновщика, в воде в течение 4 часов при 75°С, после чего быстро подвергались отжигу при 110°С, чтобы сформировать ковалентную связь между 3-глицидоксидопропилтриметоксиланом и гидроксильными группами на поверхности PSi частиц.

Пример 7 - Добавление главного и вторичного (Sulfo-SMCC) компоновщика

Окисленные частицы, подготовленные в Примере 3, были погружены в 10% (по объему) раствор аминопропилтриэтоксилан, главного компоновщика, в воде в течение 4 часов при 75°С, после чего быстро подвергались отжигу при 110°С, чтобы сформировать ковалентную связь между аминопропилтриэтоксиланом и гидроксильными группами на поверхности PSi.

Частицы были погружены в раствор сульфосукцинимид 4-(N-малеиновый амидометил)-циклогексан-1-карбоксилат (sulfo-SMCC) вторичного компоновщика с гетеробифункциональной связью. Частицы выдерживались в растворе, содержащем 10 мг Sulfo-SMCC в мл воды, в течение 1 часа при комнатной температуре, чтобы сформировать ковалентные связи между главным и вторичным компоновщиками. После выдержки в Sulfo-SMCC растворе частицы были промыты в воде.

Пример 8 - Добавление главного и вторичного (глютаралдегидрида) компоновщика

Окисленные частицы, подготовленные в Примере 3, были погружены в 10% (по объему) раствор аминопропилтриэтоксилана, главного компоновщика, в воде в течение 4 часов при 75°С, после чего быстро подвергались отжигу при 110°С, чтобы сформировать ковалентную связь между аминопропилтриэтоксиланом и гидроксильными группами на поверхности PSi частиц.

Затем частицы были погружены в раствор глутуралдегидрида (2,5% в фосфорнокислом буфере), homobifunctional вторичная связь компоновщик, в течение 1 часа в комнатной температуре, чтобы формировать ковалентные связи между главным компоновщиком и вторичной связью компоновщика. После выдержки в растворе глутуралдегидрида частицы были промыты в воде.

Пример 9 - Добавление главного и вторичного (BS³) компоновщика

Окисленные частицы, подготовленные в Примере 3, были погружены в 10% (по объему) раствор аминопропилтриэтоксилана, главного компоновщика, в воде в течение 4 часов при 75°С, после чего быстро подвергались отжигу при 110°С, чтобы сформировать ковалентную связь между аминопропилтриэтоксиланом и гидроксильными группами на поверхности PSi частиц.

Затем для образования гомобифункциональной связи компоновщика частицы были погружены в раствор (сульфосукцинимил)суберата (BS³ в концентрации 5 мг на 1 мл воды, в течение 1 часа при комнатной температуре, чтобы формировать ковалентные связи между главным и вторичным компоновщиком. После выдержки в BS³ растворе частицы были промыты в воде.

Пример 10 - Добавление Элемента Распознавания в виде Антитела

Очищенные тела иммуноглобулина G(IgG), полученные от /20/, были присоединены к главному компоновщику (3-глицидоксидопропилтриметоксилан) из частиц, произведенных в Примере 6 выдержкой IgG, в фосфатном буферизированном физиологическом растворе, при 37°С в течение 90 минут.

Для визуализации и количественного определения закрепления антитела специфический фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (аb’)₂, сопряженного с Су3 флуоресцентным маркером (красная флюоресценция, полученная от /20/, вводился в контакт с частицами, имеющими присоединенное антитело IgG. Флуоресцентно-помеченный фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂ в фосфатном буферизированном физиологическом растворе был выдержан в течение 30 минут при комнатной температуре в присутствии частиц с присоединенным IgG. Комплексная структура согласованных закрепленных тела IgG и фрагмента антитела IgG F (ab’)₂ была исследована с помощью флуоресцентной эпихлоргидриной микроскопии и количественно измерена посредством флуорометрии. На Фиг.6 изображен флуоресцентный микроснимок, полученный микроскопом Nikon Diaphot 300 при 200-кратном увеличении. Снимок показывает структуру взаимодействия антигенов PSi частиц, модифицированных IgG антителами.

Пример 11 - Добавление Элемента Распознавания в виде Антитела

Очищенные тела иммуноглобулина G (IgG), полученные от /20/, частично обработанные три-(2-карбокиэтил) хлоргидрат фосфористым водородом (ТСЕР), при комнатной температуре в течение 25 минут, подвергались воздействию сульфгидрильных группы иммуноглобулина. Указанный IgG был присоединен через сульфгидрильные реактивные группы к вторичной связи компоновщика (сульфо-SMCC) частиц, произведенных в Примере 7 выдержкой указанного IgG, в фосфатном буферизированном физиологическом растворе при 37°С в течение 90 минут.

Для визуализации и количественного определения закрепления антитела специфический фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂, сопряженного с Су3 флуоресцентным маркером, вводился в контакт с частицами, имеющими присоединенное антитело IgG. Флуоресцентно-помеченный фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂ в фосфатном буферизированном физиологическом растворе был выдержан в течение 30 минут при комнатной температуре в присутствии частиц с присоединенным IgG. Комплексная структура согласованных закрепленных тела IgG и фрагмента антитела IgG F (ab’)₂ была исследована с помощью флуоресцентной эпихлоргидриной микроскопии и количественно измерена посредством флуорометрии. Она показывала хорошее покрытие и распределение элемента распознавания антитела на PSi частицах.

Пример 12 - Добавление Элемента Распознавания в виде Антитела

Очищенные тела иммуноглобулина G (IgG), полученные от /20/, были присоединены к вторичной связи компоновщика (альдегида глутурата) частиц, произведенных в Примере 8 выдержкой указанного IgG в фосфатном буферизированном физиологическом растворе при 37°С в течение 90 минут.

Для визуализации и количественного определения закрепления антитела, специфический фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (аb’)₂, сопряженного с Су3 флуоресцентным маркером, вводился в контакт с частицами, имеющими присоединенное антитело IgG. Флуоресцентно-помеченный фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂ в фосфатном буферизированном физиологическом растворе был выдержан в течение 30 минут при комнатной температуре в присутствии частиц с присоединенным IgG.

Сопоставимые результаты были получены для окисленных частиц, произведенных в Примерах 4 и 5 и снабженных главным и вторичным компоновщиком в Примере 8.

Пример 13 - Добавление Ферментного Элемента Распознавания

Фермент ацетилхолинэстераза /20/ был присоединен через вторичную связь альдегид глутурата компоновщика частиц, произведенных в Примере 8 выдержкой фермента в фосфатном буферизированном физиологическом растворе при комнатной температуре в течение 90 минут.

На Фиг.7 графически сравнивается контрольный фермент, полученный гидролизом ацетилхолина, с ферментом, нанесенным путем ферментной модификации PSi частицы.

Пример 14 - Обработка протеином А, добавление тела IgG антитела

Частицы, произведенные в Примере 8, были обработаны протеином путем выдержки частиц в растворе протеина в фосфатном буферизированном физиологическом растворе при 37°С в течение 3 часов. После выдержки частицы были промыты фосфорнокислым раствором с буферной добавкой.

Очищенные тела, антитела иммуноглобулина G (IgG), полученные от /20/, были присоединены к протеину А. Обработанные частицы выдерживались в фосфатном буферизированном физиологическом растворе IgG при 37°С в течение 90 минут.

Для визуализации и количественного определения закрепления антитела специфический фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂, сопряженного с Су3 флуоресцентным маркером, вводился в контакт с частицами, имеющими присоединенное антитело IgG. Флуоресцентно-помеченный фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂ в фосфатном буферизированном физиологическом растворе был выдержан в течение 30 минут при комнатной температуре в присутствии частиц с присоединенным IgG.

Флуоресцентная эпихлоргидриная микроскопия и флуорометрия показывали хорошее покрытие и распределение элемента распознавания антитела на PSi частицах.

Также использовался анализ, связанный с флуоресцентными маркерами, чтобы определить, минимизировал ли протеин А - неспецифическое закрепление биомолекул к обработанной протеином А поверхности PSi частицы, по сравнению с иммуноглобулином, использованным в примерах, описанных выше. И флуоресцентная эпихлоргидриная микроскопия и флуорометрия не показали значительного неспецифического закреплению биомолекул других, чем иммуноглобулин к неповрежденным Fc доменам.

Пример 15 - Обработка протеином А, добавление Коллагена IV

Частицы, произведенные в Примере 8, были обработаны протеином, путем выдержки частиц в растворе протеина в фосфатном буферизированном физиологическом растворе при 37°С в течение 3 часов. После выдержки частицы были промыты фосфорно-кислым раствором с буферной добавкой.

Очищенные антитела коллагена IV, полученные от /20/, были присоединены к протеину А. Обработанные частицы выдерживались в фосфатном буферизированном физиологическом растворе IgG при 37°С в течение 90 минут.

Для визуализации и количественного определения закрепления антитела специфический фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (аb’)₂, сопряженного с Су3 флуоресцентным маркером, вводился в контакт с частицами, имеющими присоединенное антитело IgG. Флуоресцентно-помеченный фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂ в фосфатном буферизированном физиологическом растворе был выдержан в течение 30 минут при комнатной температуре в присутствии частиц с присоединенным IgG.

Флуоресцентная эпихлоргидриная микроскопия и флуорометрия показывали хорошее покрытие и распределение элемента распознавания антитела на PSi частицах.

Также использовался анализ, связанный с флуоресцентными маркерами, чтобы определить, минимизировал ли протеин А - неспецифическое закрепление биомолекул к обработанной протеином А поверхности PSi частицы по сравнению с иммуноглобулином, использованным в примерах, описанных выше. И флуоресцентная эпихлоргидриная микроскопия и флуорометрия не показали значительного неспецифического закрепления биомолекул других, чем иммуноглобулин к неповрежденным Fс доменам.

Пример 16 - Обработка блокирующим раствором

Минимизация неспецифического закрепления с использованием блокирующего раствора была проверена на частицах, произведенных в Примерах 6, 8 и 9. Частицы были обработаны буферным раствором аминоуксусной кислоты (или 50 мм, или 200 мм, или в рН 8,6, или рН 10) в течение 30 и 60 минут при комнатной температуре. После выдержки частиц в буферном растворе аминоуксусной кислоты тела IgG (использованное здесь как испытательная материал, имеющий аминовые реактивные группы), сопряженные с Су3 флуоресцентным маркером, были выдержаны с частицами при 37°С в течение 90 минут. После выдержки частицы были промыты в фосфатном буферизированном физиологическом растворе. Определение влияния блокирования буфера аминоуксусной кислоты, то есть способности буфера замедлить закрепление протеина на компоновщике, было сделан по оценке флуоресцентно-помеченного IgG, осевшего на частицах. И флуоресцентная эпихлоргидриная микроскопия и флуорометрия показали значительное, >70%, закрепление антител на обработанных PSi частицах. Подобные результаты были получены для частиц, произведенных в Примерах 6, 8 и 9.

На Фиг.8 представлен флуоресцентный микроснимок с 200-кратным увеличением, который показывает закрепление антител на PSi частицах, не обработанных в аминоуксусной кислоте. На Фиг.9 представлен флуоресцентный микроснимок с 200-кратным увеличением, который демонстрирует понижение числа закрепленных антител на PSi частицах, обработанных буфером аминоуксусной кислоты.

Практически, элементы распознавания были присоединены к PSc частицам до обработки раствором блокирования. Раствор блокирования минимизирует закрепление неспецифических составов и анализируемого предмета прямо к поверхности PSc.

Чтобы проверить, что буфер аминоуксусной кислоты не имеет никакого вредного влияния на способность IgG взаимодействовать с антигенами, специфическими антителами фрагмент антитела иммуноглобулина IgG F (ab’)₂, сопряженных с флуоресцентным эфиром изородановой кислоты, флуоресцентный маркер был добавлен к IgG для 30 точных выдержек при комнатной температуре. Обязательная деятельность IgG, следуя выдержке в буфере аминоуксусной кислоты, была оценена флуоресцентной эпихлоргидридной микроскопией и флуорометрией. Никакого вредного влияния буфера аминоуксусной кислоты на последовательную согласованную обязательная деятельность IgG не наблюдалось.

На Фиг.10 представлен флуоресцентный микроснимок с 200-кратным увеличением, который демонстрирует, что буфер аминоуксусной кислоты не оказывает неблагоприятного воздействия на деятельность антитела по фиг.9.

Пример 17 - Исследование Фотолюминесценции

Прибор, изображенный на фиг.1, использовался, чтобы анализировать фотолюминесценцию множества измерений, произведенных в вышеупомянутых Примерах. Свет, имеющий длину волны 488 nm, был направлен на выборку. Спектральная чувствительность фотодиода была в диапазоне приблизительно от 420 nm до 1100 nm.

Фотолюминесценция PSi частиц, созданных в Примере 1, была проанализирована, и PL интенсивность графически представлена как функция энергии фотона и длины волны на фиг.11. PL максимум интенсивности составил 625 относительных единиц, что соответствовало приблизительно уровню 1,94 eV.

Фотолюминесценция PSi частиц, созданных в Примере 8, была проанализирована. PL интенсивность графически представлена как функция энергии фотона и длины волны на фиг.12. PL максимум интенсивности составил приблизительно 1000 относительных единиц, что соответствовало приблизительно уровню 2,24 eV.

Фотолюминесценция PSi частиц с элементом распознавания в виде антитела, произведенных в Примере 8, также была проанализирована. Анализ этого излучения определил, что PL интенсивность графически представлена как функция энергии фотона и длины волны на фиг.13. PL максимум интенсивности составил приблизительно 1900 относительных единиц, что соответствовало приблизительно уровню 2,27 eV.

Полученные результаты фотолюминесценции показывают значительную, явную и воспроизводимую PL модуляцию. Ожидаемый люминесцентный сигнал более низкой энергии в оранжевой-красной области видимой части спектра, испускаемый PSi частицами Примера 1, показывает увеличение энергии, в желтой области спектра, при добавлении элемента распознавания и явного более высокоэнергетического сигнала в зеленой области спектра, произведенного добавлением анализируемого предмета к элементу распознавания. Испускаемое фотолюминесцентное излучение, измеренное использованным прибором (Фиг.1), имело интенсивность, достаточную для различения глазком, то есть было сильное видимое свечение.

Выше были описаны преимущественные варианты реализации данного изобретения. Понятно, что предшествующие примеры представляют только часть возможных реализаций, но и другие варианты реализации могут использоваться не выходя за объем предложенной формулы изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Структуры PSc/RE могут использоваться как изолированно, так и в комбинации с широким множеством устройств, поддерживающих разнообразие приложений, включая без ограничения биотехнологии типа биосенсоры для медицины, защиты и контроля окружающей среды, для индустриальных приложений. Для целей защиты (например, для химическое и биологическое обнаружение/идентификации факторов вредных воздействий), генных приложений, диагностики и других молекулярно/клеточных биологических вопросов типа выделения/сортировки клеток, микроструктурного анализа клеток, и т.д.

Источники информации

1. Canham Appl Phys Lett 57:1046; 1990.

2. Schmuki et al Appl Phys Lett 72:1039; 1998.

3. Патент CШАNos. 5,338,415 (Sailor et al).

4. Патент СШАNоs. 5,453,624 (Sailor et al).

5. Science 278:840; 31 October 1997.

6. JAm Chem Soc 120:12108-12116; 1998.

7. Bressers et al J Electro-analytical Chemistry, 406:131; 1996.

8. Santa Clara, California, USA.

9. Международная публикация заявки РСТ W098/25090 (Ishikawa. June 11, 1998).

10. Canham Appl Phys Lett 57:10:1046-1048; 1990).

11. Sailor et al Adv Mater 9:10:783-793; 1997.

12. Kurmaev et al J. of Physics Condensed Mater 9:2671; 1997.

13. Yamada et al Japanese J Appl. Physics Part I - Regular Papers Short Note 35:1361:1996.

14. Schmuki et al Phys Rev Lett 80:18:4060-4063; 1998.

15. Tsai et al Appl Phys Lett 60:170; 1992.

16. Fauchet J Luminescence 70, 294; 1996.

17. Liu et al Solid State Communications 106:211; 1998.

18. ASAP 2000^тм instrument (Norcross, Georgia, USA).

19. BJH (Barett-Joyner-Halenda.

20. Sigma-Aldrich Canada Ltd. (Oakville, Ontario, Canada).

Изобретение относится к измерительной технике. Полупроводниковые материалы с пористой текстурой модифицируются элементом распознавания и производят фотолюминесцентную реакцию при экспозиции электромагнитным излучением. Элементы распознавания, которые могут быть выбраны из числа биомолекулярных, органических и неорганических компонентов, взаимодействуют с анализируемой мишенью, что приводит к возникновению модулируемой фотолюминесцентной реакции. Это отличает данные материалы от известных полупроводниковых материалов, модифицированных элементом распознавания. Технический результат - повышение чувствительности. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 2 табл., 13 ил.

1. Композиция модифицированных полупроводников, включающая, по крайней мере, один полупроводниковый материал, имеющий пористую текстуру, и, по крайней мере, один элемент распознавания, модифицирующий указанный полупроводниковый материал, и обеспечивающая, по крайней мере, одну первую люминесцентную реакцию в диапазоне приблизительно 200 - 800 нм при освещении композиции электромагнитным излучением, по крайней мере, одной длиной волны в диапазоне приблизительно 100 - 1000 нм.2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что элемент распознавания выбран из группы, состоящей из биомолекулярных компонентов, органических компонентов, неорганических компонентов и их комбинаций.3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что биомолекулярные компоненты выбраны из группы, состоящей из естественных или синтетических белков, нуклеиновых кислот, олигонуклеотидов, лектинов, углеводов, гликопротеинов, липидов и их комбинаций.4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, один предмет анализа, взаимодействующий с композицией полупроводников.5. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что предмет анализа выбран из группы, состоящей из неорганических, органических и биомолекулярных составов.6. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть указанного предмета анализа взаимодействует с указанной композицией модифицированных полупроводников.7. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть указанного предмета анализа взаимодействует с указанным полупровониковым материалом.8. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть указанного предмета анализа взаимодействует с указанным элементом распознавания.9. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что при освещении указанной композиции полупроводников предмета анализа, по крайней мере, одной длиной волны электромагнитного излучения в диапазоне приблизительно 100 - 1000 нм, указанная композиция полупроводников/предмета анализа производит, по крайней мере, одну вторую люминесцентную реакцию в диапазоне приблизительно 200 - 800 нм.10. Композиция по п.9, отличающаяся тем, что, по крайней мере, одна вторая люминесцентная реакция, модулируется, по крайней мере, по интенсивности или по длине волны по сравнению с указанной, по крайней мере, одной первой люминесцентной реакцией.11. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что самый большой средний размер указанного полупроводникового материала находится в диапазоне приблизительно 100 нм - 1 мм.12. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что элемент распознавания ковалентно связан с указанным полупроводниковым материалом.13. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, один главный компоновщик между указанным элементом распознавания и указанным полупроводниковым материалом.14. Композиция по п.13, отличающаяся тем, что содержит, по крайней мере, одну вторичную связь компоновщика между указанным главным компоновщиком и указанным элементом распознавания.15. Композиция по п.13, отличающаяся тем, что содержит композицию обработки компоновщика.16. Композиция по п.14, отличающаяся тем, что содержит композицию обработки компоновщика.17. Композиция по п.15, отличающаяся тем, что композиция обработки компоновщика выбрана из группы, состоящей из белков иммуноглобулина, биотиновых реактивных средств, блокирующих растворов и их комбинаций.18. Композиция по п.16, отличающаяся тем, что композиция обработки компоновщика выбрана из группы, состоящей из белков иммуноглобулина, биотиновых реактивных средств, блокирующих растворов и их комбинаций.19. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковый материал выбран из группы, состоящей из кремния, карбида кремния, диоксида кремния, германия, галлия, арсенида галлия, кремниевого фосфида галлия, кадмия, селена, окиси меди и их комбинаций.20. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что указанный полупроводниковый материал содержит примесь.21. Композиция по п.20, отличающаяся тем, что примесь выбрана из группы, включающей эрбий, бор, фосфориды, медь, люминофоры из ряда лантанидов и их комбинации.22. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковый материал включает дополнительный материал активной зоны, как основание для указанного полупроводникового материала.23. Композиция по п.22, отличающаяся тем, что материал активной зоны выбран из группы, состоящей из стекла, пластмассы, керамики, цеолитов, металлов и их комбинаций.24. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что предмет анализа находится в организме.25. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что указанный предмет анализа получен из организма.26. Способ измерения люминесцентной реакции при анализе вещества, включающий освещение электромагнитным излучением, по крайней мере, одной длиной волны в диапазоне приблизительно 100 - 1000 нм композиции модифицированных полупроводников, состоящей из полупроводникового материала, имеющего пористую текстуру, и, по крайней мере, одного элемента распознавания, модифицирующего указанный полупроводниковый материал, и обеспечивающей, по крайней мере, одну первую люминесцентную реакцию в диапазоне 200 - 800 нм при указанном освещении, и измерение, по крайней мере, интенсивности или длины волны указанной, по крайней мере, первой люминесцентной реакции.27. Способ по п.26, отличающийся тем, что производится контактирование указанной композиции модифицированных полупроводников с предметом анализа с образованием полупроводниково-аналитической композиции, причем элемент распознавания имеет средство с предметом анализа, указанное освещение электромагнитным излучением с, по крайней мере, одной длиной волны в диапазоне приблизительно 100 - 1000 нм производится, по крайней мере, указанной композиции полупроводников и предмета анализа с получением, по крайней мере, одной второй люминесцентной реакции, измерение, по крайней мере, интенсивности или длины волны, указанной, по крайней мере, одной второй люминесцентной реакции, сравнение, по крайней мере, интенсивности или длины волны указанных, по крайней мере, первой и второй люминесцентных реакций для определения модуляции между указанными, по крайней мере, одной первой и второй люминесцентными реакциями и на основании указанного сравнения устанавливается присутствие указанного предмета анализа.28. Способ по п.27, отличающийся тем, что предмет анализа находится в организме.29. Способ по п.27, отличающийся тем, что предмет анализа получается из организма.30. Способ по п.27, отличающийся тем, что предмет анализа выбран из группы, состоящей из неорганических, органических и биомолекулярных составов.