用于制备能够沿多个预定线条来结合目标样本的平面波导的外表面的方法以及平面波导

摘要

根据本发明，提供一种用于制备平面波导(1)的外表面(11)以便沿多个预定线条(4)来结合目标样本的方法。所述方法包括以下步骤。提供具有外表面(11)的平面波导(1)，该外表面(11)适于将连接分子(2)的头部基团(21)附接至所述外表面(11)。顺序地将至少一个多个连接分子(2，5)施加至所述外表面(11)。至少一个多个连接分子(2，5)中的每个多个连接分子组装形成连接分子(2，5)的个体层，其中从平面波导(1)的外表面(11)开始，个体层被形成为一个在另一个之上。每个连接分子(2，5)包括官能团(22，52)和头部基团(21；51)，其中所述头部基团(21；51)能够附接至平面波导(1)的外表面(11)或者附接至连接分子(2)的在前层的官能团(22)。最上层的多个连接分子(5；2)的官能团(52)结合至对光不稳定的保护基团(3)，使得结合至所述对光不稳定的保护基团(3)的每个官能团(52)不能够附接另外分子的互补官能团。将沿多个预定线条(4)布置的最上层的那些对光不稳定的保护基团(3)暴露于预定波长的光线以便将暴露的对光不稳定的保护基团(3)从所述官能团(52)移除，从而使这些官能团(52)能够附接另外分子的互补官能团。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备能够沿多个预定线条来结合目标样本的平面波导 的外表面的方法，以及涉及一种根据相应独立权利要求的平面波导。

背景技术

在未涉及波导的远程技术领域中，金属表面(比如自然钛)上的纳米结构 的图案是公知的(比如、“Getachew Tizazu et al.Large area nanopatterning of  alkylphosphonate self-assembled monolayers on titanium oxide surfaces by  interferometric photo-lithography”、Nanoscale，2011，3,2511，公开于2011年3 月23日，http://pubs.rsc.org,doi:10.1039/C0NR00994F)。金属总体上并不适于形 成平面波导。金属表面的制备不会为平面波导的外表面的制备提供线索。特别 地，自然钛是不适于被应用在平面波导中的材料。

本发明的申请的领域是结合事件的检测。众所周知的设备通过标记的使用 利用捕捉分子来检测目标样本的结合事件，其中，当激发时，标记能够发出荧 光。例如，荧光标签可以被用作对目标样本进行标记的标记。当激发时，荧光 标签被使得发出具有特定发射光谱的荧光。在特定斑处的特定发射光谱的检测 指示出被标记的目标分子已经结合到存在于平面波导的外表面上的相应的特定 斑处的特定类型的捕捉分子。用于检测被标记的目标样本在文献“Zeptosens’s  protein microarrays:A novel high performance microarray platform for low  abundance protein analysis”Proteomics 2002,2,S.383-393,Wiley-VCH Verlag  Gmbh,69451Weinheim,Germany中被描述了。

用于结合事件的光学检测的新型设备提供一种有利方式在于：通过直接检 测在捕捉分子处的目标样本的存在而克服标记的需要。设备包括平面波导，光 线通过光耦合器耦合到该平面波导中以使得相干光传播通过该平面波导，其中， 相干光的消逝场沿该平面波导的外表面传播。该平面波导的外表面被制备成使 得能够沿多个预定线条结合目标样本，从而消逝场的光线被沿多个预定线条布 置的目标样本所散射。散射光结构性地在预定检测位置上干涉以有助于来自于 目标样本的叠加的散射光的可检测信号。

这个新型设备通过在沿多个预定线条布置的目标样本处散射的相干光的叠 加来实现高的检测灵敏度，这个物理现象被称为“衍射”。散射光例如在预定检 测位置中在强度上结构性地干涉至最大值，这是由于多个预定线条中的线条布 置成使得在不同线条上的目标样本处散射的光线在预定检测位置中具有在传播 通过平面波导的光线的波长的整数倍的光路长度上的差异。预定检测位置相对 多个预定线条来布置以满足结构性干涉的需要。在另外示例中，光线在多个预 定线条处衍射以便在平面波导中的预定方向上干涉。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种用于制备能够沿多个预定线条结合目标样 本的平面波导的外表面的方法。本发明仍然另外目标是提供一种平面波导，其 具有能够沿多个预定线条结合目标样本的平面波导的制备出的外表面。

根据本发明的方法的有利实施例是相应的从属权利要求的主题。

根据本发明，提供一种用于制备能够沿多个预定线条结合目标样本的平面 波导的外表面的方法。所述方法包括下列步骤。

提供一种具有外表面的平面波导，该外表面适于将连接分子的头部基团附 接至该外表面。

此后，顺序地将至少一个多个连接分子施加至所述外表面。至少一个多个 连接分子中的每个多个连接分子组装形成连接分子的个体层，其中从平面波导 的外表面开始，个体层被形成为一个在另一个之上。每个连接分子包括至少一 个官能团和头部基团，其中所述头部基团经由静电相互作用吸收的形成或者通 过共价键的形成以能够附接至平面波导的外表面或者附接至连接分子的在前层 的官能团。最上层的多个连接分子的官能团结合至对光不稳定的保护基团，使 得由所述对光不稳定的保护基团所保护的每个官能团不能够附接另外分子的互 补官能团。

随后，将沿多个预定线条布置的最上层的那些对光不稳定的保护基团暴露 于预定波长的光线以便将暴露的对光不稳定的保护基团从所述官能团移除，从 而使这些官能团能够附接另外分子的互补官能团。

因此，将暴露的对光不稳定的保护基团从官能团的移除限定了能够附接另 外分子的互补官能团的这些官能团的几何位置。官能团的位置被选择为多个预 定线条。如在介绍性部分描述的，在那些线条上的目标样本处散射的相干光在 预定检测位置中结构性地干涉。技术上更优选的是在多个预定曲线上的布置具 有相邻线条之间的渐减距离。具有邻线条之间的渐减距离的曲线的布置将衍射 光聚焦到预定检测位置中。多个预定曲线的布置包括一个在另一个之上的一系 列多个预定线条的重复布置，以提供另外独立的焦距(比如，通过使每个后续 的多个预定线条相对于在前的多个预定线条轻微旋转)。该系列多个预定线条的 每个可以具有不同的化学、生物或药学特性。可选的优选是布置在直线上以便 在平面波导的平面内使光线衍射，其中衍射光在平面波导内的预定方向上干涉。 沿多个预定线条布置的那些对光不稳定的保护基团的曝光可以利用多种光刻方 法(例如接触模式或远场光刻法)来全部地(理想地所有对光不稳定的保护基 团被移除)执行或部分地(对光不稳定的保护基团的预定部分被移除，比如10％、 20％)执行，但优选地通过近场光刻来执行，在近场光刻中，光刻掩膜不与波导 接触但却在掩膜和波导的外表面之间形成小的间隙(相应地，在与平面波导的 外表面附接的连接分子上的对光不稳定的保护基团的曝光期间可以被填充有液 体的连接分子的暴露的对光不稳定的保护基团)。光刻方法中的曝光包括光刻生 成工具的使用，比如用于近场接触模式光刻的弹性体相位掩膜，其在John  A.Rogers等人的Generating～90nanometer features using near-field contact-mode  photophoto-lithography with an elastomeric phase mask,J.Vac.Sci.Technol.B16(1), Jan/Feb 1998,59页et seq.中有详细描述。

至少一个多个连接分子的顺序应用包括以下被描述的两个优选示例。在一 种变型中，一个多个连接分子被直接施加到平面波导的外表面，以组装在单一 个体层中。在另一种变型中，第一多个连接分子被施加至外表面并且顺序地第 二多个连接分子被施加到第一连接分子，以使得它们组装在一个在另一个之上 的正好两个个体层中。在每个示例中，组装在连接分子的最上层中的连接分子 的官能团结合至对光不稳定的保护基团。这可以在应用最上面的多个连接分子 之前或之后来实现。最上层，或者换句话说最外层允许光刻掩膜的布置使得最 上层可以直接通过其被光刻地照明。

在本申请的含义中“分子”包括广泛的含义，但原理上是由化学键结合在 一起的两个或多个原子的亲和性。原子的类型和数量并未限制，其中术语分子 清晰地包括两个或多个分子的组合物。术语分子并不限于内部的和内在的分子 结合的具体类型以及具体的化学、药学或物理特性。具体地，大分子和分子组 装被明确地包括在这个术语中(比如聚合物、低核苷酸、核酸、蛋白质、脂质 体和缩氨酸)。原理上讲，术语分子代表任意合成的或自然稳定的多原子亲和性。

应该理解的是，在本发明的保护范围中，化学键可以由任意其他稳定的分 子间相互作用的具体组装来替换，比如本领域技术人员知道的离子相互作用、 疏水相互作用、络合物形成、氢键结合、氟相形成等。

“官能团”在本申请的含义是以下半族(分子的部分)和分子(包括生物 分子)，针对该半族(分子的部分)和分子(包括生物分子)，特定半族或分子、 尤其是另外分子的互补官能团可以结合至其。例如，连接分子包括至少一个官 能团。官能团的示例是普通的官能团，比如氨基、羧酸、羧酸酯、硫酯、羟基、 氢硫基、硼酸、炔、叠氮基、环辛炔、马来酰亚胺(maleinimido)、碘乙酰、乙 醛、酮类、羟氨基、氰基、磺酸的组。其他示例是双官能组，比如邻二醇、芳 香烃邻二醛或者阿尔法琉基氨基烷烃(比如N终端半胱氨酸)和有机或缩氨酸 金属螯合物，比如三乙酸腈(NTA)，或者形成具有“Ni²⁺”的稳定复合物的聚 乙烯组氨酸，单链DNA，抗生蛋白链菌素，生物素，受体或其配位体。官能团 的进一步实施例是“标签”，所述“标签”由酶来识别以在标签和互补“标签” 之间形成共价键。示例为捕捉标签，夹持标签以及分捡酶标签。

多个连接分子的一些官能团和另外分子的互补官能团的多个相互作用也被 包括在内。多个相互作用可以是共价的和非共价的，并且还包括疏水相互作用， 这意味着术语官能团还包括能够与另外分子的疏水实体相互作用的疏水半族。

因此，会导致另外分子的固定的官能团和互补官能团的所有类型的相互作 用被包括在内。

“具有互补官能团的另外分子”在本申请中的含义是捕捉分子、改性捕捉 分子或者包括应用的另外多个连接分子的头部基团的连接分子。互补官能团能 够与连接分子的官能团发生反应或者相互影响。

“互补官能团”在本申请中的含义是半族(分子的部分)，分子或者生物分 子，特定分子可以结合至其。例如，另外分子的互补官能团是连接分子的头部 基团以及能够结合至在前层的连接分子的官能团的捕捉分子的一部分。例如， 互补的单链DNA可以由氢键结合来形成双螺旋以执行正交耦合化学。另外选项 是通过使用蛋白质配位体相互作用来形成稳定的非共价键。互补官能团的示例 是普通的官能团，比如氨基、羧基、羟基、巯基、磺酸、有机或缩氨酸金属螯 合吸收剂(比如三乙酸腈(NTA)，或者形成具有“Ni²⁺”的稳定复合物的聚乙 烯组氨酸、单链DNA、抗生蛋白链菌素、生物素、受体或其配位体。大体上讲， 互补官能团可以具有与官能团相同的类型以使得提及示例的官能团施加到互补 官能团。

针对结合事件的检测，“捕捉分子”是目标样本可以结合至其以用于结合事 件的检测的任意类型的药学、生物学或化学分子目标。例如，生物受体、蛋白 质、脂质体、纳米反应器等。大体上讲，“目标样本”是样本中的目标分子，可 以结合至捕捉分子以用于结合事件的检测。

“结合”和“结合事件”在本申请中的含义包括任意类型的分子识别以及 在任意类型的捕捉分子或其结合地点与任意类型目标样本之间的任意类型的分 子相互作用。这包括两个或多个结合伙伴的实际结合以及生物分子相互作用伙 伴(具有通道蛋白质的焦油脂肪)的聚集。

术语“附接”类似于耦合的使用并且大体上涉及每种类型的化学或物理附 接(或耦合)，以使得一个分子(比如连接分子或捕捉分子的头部基团)经由范 德瓦尔斯力或者静电相互作用或者离子相互作用或者氢键结合或者氟相形成、 通过共价键或者通过化学吸附作用或者物理吸着被附接至平坦波导的外表面或 者附接至连接分子的官能团。大体上讲，使一个结合伙伴结合至另外结合伙伴 的每种类型的化学附接被包括在内。应该理解的是，两个化学伙伴彼此附接， 而无需有关每个相应附接分子的相应结合能力的先决条件。例如，官能团附接 至捕捉分子等同于捕捉分子附接至官能团，或者两者彼此附接。

提供的平面波导具有连接分子的头部基团可以附接至其的材料。用于本发 明的适合的波导材料是高折射率材料，比如薄膜沉积技术可用于其以制备具有 波导特性的光滑的光学薄膜、比如Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅或Si₃N₄。用于在光学光 栅耦合器在其中形成的玻璃上或聚合物基板上的高折射率波导的高效制作过程 被详细地解释在“Fattinger等人的,Bidiffractive grating coupler:Universal  transducer for optical interface analytics”,OPTICAL ENGINEERING,Vol.34 No.9, page 2744-2753,September 1995.中。平面波导可以包括多个层，在其中，至少 一个层具有高折射率。提供的平面波导相对于在外表面上形成平面波导的上侧 的介质具有高折射率。例如，平面波导的折射率可以在1.7至2.8的范围内，然 而在平面波导的表面处的介质的折射率典型地在1至1.5的范围内，尤其是对于 水或水缓冲液而言为1.33至1.4、对空气而言为1的折射率。相干光被耦合通过 光耦合器进入到平面波导中，以便在波导的外表面处利用消逝场进行传播。穿 出外表面的消逝场在目标样本处被衍射，其中目标样本沿多个预定线条在波导 的外表面处被结合。波导膜的厚度优选地在60纳米至200纳米范围内。消逝场 进入到在波导外表面处的介质中的穿入深度优选小于150纳米。

在方法的第一种变型中，上述描述的步骤：顺序施加至少一个多个连接分 子包括施加仅两个多个连接分子。两个多个连接分子组装形成连接分子的两个 个体层，其中，从平面波导的外表面开始，个体层被形成为一个在另一个之上。

根据第一变型的方面，所述方法还包括以下步骤。将捕捉分子的互补官能 团附接至沿多个预定线条设置的官能团。每个捕捉分子能够结合目标样本。随 后，将设置在多个预定线条之间的对光不稳定的保护基团暴露至预定波长的光 线以从官能团移除被暴露的对光不稳定的保护基团从而使这些官能团能够附接 所述另外分子的互补官能团。此后，将改性捕捉分子的互补官能团附接至设置 在多个预定线条之间的官能团。每个改性捕捉分子被选择以使其不能够结合至 第一捕捉分子能够结合至其的目标样本。

设置在多个预定线条之间的对光不稳定的保护基团的曝光(第二曝光)被 执行在剩余的对光不稳定的保护基团设置在其处的整个层上，而无需阴影区域。 实际上，设置在多个预定线条之间的对光不稳定的保护基团为在沿多个预定线 条设置的对光不稳定的保护基团的第一光刻曝光之后的仅剩余的对光不稳定的 保护基团。改性捕捉分子是这样一种分子：与捕捉分子相比，相干光在分子处 被类似地散射。有益地，从捕捉分子和改性捕捉分子散射的光线匹配振幅以及 光路长度上的差异以便破坏性地在预定检测位置进行干涉。因此，在预定检测 位置上的最小信号可以通过改变相应的、涉及(其中对光不稳定的保护基团被 从其移除的)官能团的数量的曝光时间来进行调节。最小信号具有在以下范围 内的益处，在目标样本的应用之后，信号在检测位置上的变化主要由结合至捕 捉分子的目标样本引起。从而，与来自于不存在目标样本的捕捉分子的信号相 比，即、与在单独捕捉分子处散射的光相比，目标样本在检测位置对信号的贡 献增加了。捕捉分子或改性捕捉分子通过沉浸、浸渍、去油污渍、印刷或者流 体设备的使用等被施加到波导的外表面。

在所述方法的第二种变型中，在上述步骤中：顺序地施加一个多个连接分 子包括仅施加一个多个连接分子。

根据第二变型的方面，所述方法还包括以下步骤：将作为具有互补官能团 的所述另外分子的另外多个连接分子的头部基团(其优选为已经经由官能团部 分地或全部地结合至捕捉分子)附接至沿多个预定线条设置的、在前层的连接 分子的官能团(具有去保护的官能团)。另外多个连接分子的连接分子的官能团 是未被结合(在本变型中，另外多个连接分子的连接分子实际上从未结合至对 光不稳定的保护基团)至对光不稳定的保护基团并且能够附接另外分子的互补 官能团。另外多个连接分子的连接分子不同于在前层的连接分子以便提供不同 的特性，比如柔韧性、亲水性、最小化非特定结合以及用于将捕捉分子固定在 平面波导的外表面上的最优化长度。在这个步骤之后，另外多个连接分子的连 接分子和结合至另外多个连接分子的捕捉分子仅沿多个预定线条设置。

根据第二变型的另一方面，所述方法还包括以下步骤。将捕捉分子的互补 官能团附接至沿多个预定线条设置的另外多个连接分子的连接分子的官能团。 (这可以经由施加与捕捉分子一起的连接分子来实现)。随后，将设置在多个预 定线条之间的那些对光不稳定的保护基团暴露于预定波长的光线以从官能团将 暴露的对光不稳定的保护基团移除，从而使这些官能团能够附接另外分子的互 补官能团。此后，将其他另外多个分子的互补官能团(头部基团)附接至设置 在多个预定线条之间的在前层的连接分子的官能团。另外多个连接分子的连接 分子的官能团未被结合(实际上从未被结合)至光不稳定的保护基团并且能够 附接另外分子的互补官能团。此后，将作为具有互补官能团的另外分子的其他 另外多个改性捕捉分子的互补官能团附接至设置在多个预定线条之间的另外多 个连接分子的连接分子的官能团。

在这个第二变型中，相同的益处如在第一变型中一样被实现了，尤其是关 于从捕捉分子和改性捕捉分子散射的光线在预定检测位置的破坏性干涉。如果 另外多个连接分子的应用与捕捉分子或改性捕捉分子的应用被一起执行，则具 有益处。这提供了以下益处：捕捉分子和改性捕捉分子可以被应用地由另外连 接分子来部分地包围。通过这种方式，连接分子可以提供捕捉分子被嵌入在其 中的松装的矩阵(loosly packed matrix)(比如例如诸如右旋糖苷或者聚乙二醇 (PEG)之类的聚合物)。其益处在以下被详细讨论。

根据本发明的一个方面，暴露沿所述多个预定线条布置的那些对光不稳定 的保护基团的步骤针对第一曝光时间来执行，并且此后暴露在所述多个预定线 条之间布置的那些对光不稳定的保护基团的步骤针对第二曝光时间来执行。相 比于第二曝光时间，第一曝光时间不同于第二曝光时间。大体上讲，曝光时间 与从多个连接分子的官能团移除的对光不稳定的保护基团的数量相关联。这确 定出了能够附接另外分子(比如捕捉分子)的互补官能团的官能团的总量。结 合至官能团的捕捉分子的数量确定散射到检测位置中的光线的信号。因此，与 设置在多个预定线条之间的那些相比，第一曝光时间和第二曝光时间确定了在 沿多个预定线条设置的捕捉分子处散射的光线的相对贡献。由于两者的贡献破 坏性地干涉，因此可以通过独立地改变两个曝光时间来将检测到的信号调节为 最小值。

最大曝光时间对应最大曝光能量剂量，其被选择位于1焦耳/平方厘米至10 焦耳/平方厘米之间，以便沿具有比预定线条的距离的一半还小的宽度的线条来 分隔对光不稳定的保护基团。优选地，当使用大约390纳米波长的标准LED光 源少于60秒或者更优选地在1秒和10秒之间时，第一曝光剂量和第二曝光剂 量均小于2焦耳/平方厘米，从而导致曝光时间。这个曝光剂量显示出适于将对 光不稳定的保护基团从官能团移除，因为针对瞬时生物共轭体合成的具有二芳 基硫化物光敏基团(NPPOC)主链的可光解的连接分子处于高产率并且具有最 小的副反应。

在仍然另一实施例中，如在“D.WOLL,S.Walbert,K.-P.Stengele,T.Albert, T.Richmond,J.Norton,M.Singer,R.Green,W.Pfleiderer,U.E.Steiner中的光去保 护的敏化作用，方案中的微阵列芯片上的寡核苷酸的三重敏化的光去保护,Helv. Chim.Acta 2004,87(1),28-45”可以用于通过照射时的三重FRET能量传递来在 期望波长处完成光去保护步骤。

在有益的方面，暴露沿多个预定线条布置的那些对光不稳定的保护基团包 括以下步骤。将相位掩膜设置在承载对光不稳定的保护基团的平面波导的外表 面的附近。相位掩膜具有多个突起，其是具有第一折射率n₁的材料，所述第一 折射率n₁不同于存在于相位掩膜和平面波导的外表面(连接分子的相应的最外 层)之间的介质的第二折射率n₂。传输预定波长的光线通过相位掩膜以用于暴 露沿多个预定线条布置的那些对光不稳定的保护基团。

这种相位掩膜包括玻璃基板和优选由高折射率的适合材料诸如Ta₂O₅、TiO₂、 Nb₂O₅或Si₃N₄制成的多个突起。相位掩膜例如为二元衍射相位掩膜。与传播通 过位于相位掩膜的突起之间的液体介质的光线相比，每个这样的突起具有预定 深度以及至相邻突起的预定距离，以便为传播通过相位掩膜的的突起的光线提 供周相移动π(即半波长)。传播通过相位掩膜的光线的界面以最小的光强度沿 突起的边缘创建干涉图案。因此，与在相位掩膜中的突起的局部周期性相比， 在相位掩膜后面的干涉图案是周期性的双倍暗亮图案。突起的宽度和形式可以 沿相位掩膜而变化。光刻照明包括如在Suleski,等人的,“Fabrication of  high-spatial-frequency gratings through compute-generated near-field holography,” Optical Letters,Vol.24,No.9,pp.602-604,May 1,1999.中被详细描述的全息方 法。由于全息方法，比如近场全息图可以被用于生成(或者设置)多个预定线 条，术语“全息成像(mologram)”已经被创造了，其指代目标样本可以结合至 其的结合地点，所述结合地点沿多个预定线条设置。作为示例，多个预定线条 可以被称为Mologram A，并且位于多个预定线条的线条之间的线条可以被称为 Mologram B。在使用的应用中，与在Mologram B处衍射的光线相比，碰撞在探 测器上、且在Mologram A处衍射的光线由周相移动了π(即半波长)。此外， 相位掩膜可以被涂覆以改善干涉图案的质量，如在“Pasi Laakkonen等人的, Coated phase mask for proximity printing of Bragg gratings,Optics Communications  192(2001)153-159,ELSEVIER”中所详细描述的。用于将对光不稳定的保护基 团的曝光传送通过相位掩膜的光线，例如具有390纳米波长。其他波长的使用 也是所需的，这取决于从官能团移除的对光不稳定的保护基团。应该理解的是， 曝光可以适于直接的光化学附接(比如使用苯丙酮或者芳化基或者Diazirin，光 基本插入反应或者通过基本引发剂的感光、比如噻吨酮)。原理上讲，突起的尺 寸根据这些波长来选择。

优选地，其头部基团附接至波导的外表面的多个连接分子组装形成具有0.5 纳米至10纳米厚度的、从外表面向外引出的个体层。在第一层中的连接分子的 平均密度被选择为以防止另外应用的分子与波导外表面的接触。这对于防止例 如、捕捉分子和在应用样本中的另外分子至波导外表面的非特定结合是重要的。 连接分子的第一层直接附接到平面波导的外表面上。有益地，第一层具有高密 度以及低高度。理想地，第一层覆盖外表面以使得由任意另外分子至外表面的 接触时不可能的。

在有益的方面中，其头部基团附接至波导的外表面的多个连接分子组装形 成连接分子的单层。当第一层有序地布置在外表面时，在检测位置中的衍射光 的信号的质量被加强了，其中第一层在波导的外表面处提供在连接分子处散射 的光的非常小和均匀的背景。多个连接分子形成第一层，第一层优选地为自组 装单层(SAM)。SAM可以承载光不稳定的保护基团以便能够进行光刻工艺。

在根据本发明的一个实施例中，SAM可以包括承载在10％至100％之间的 氨基作为官能团的烷烃的混合物，其继而可以由光保护团在SAM形成之前或 SAM形成之后来改性，以生成根据本发明的为光调制而准备的期望的SAM。

在根据本发明的另一实施例中，SAM可以包括承载在10％至100％之间的 羧基作为官能团的烷烃的混合物，其继而可以由光保护团在SAM形成之前或 SAM形成之后来改性，以生成根据本发明的为光调制而准备的期望的SAM。

在发明的另一方面，其头部基团附接至连接分子的在前层的官能团的多个 连接分子组装形成具有10纳米至200纳米厚度的最上个体层。每面积的连接分 子局部平均密度被选择为是低的以便允许捕捉分子通过此而扩散或者捕捉分子 被部分地封闭在其内。优选的，与第一层的分子相比，最上层包括长的连接分 子。最上层应该具有低的空间密度以允许在目标样本中的分子通过此而侧向地 扩散。这些连接分子可以是灵活的以便能够适应形状。这些连接分子例如包括 由在D.Kyprianu等人的,Talanta 103.2013,260-266中描述的有益示例的松装矩 阵、比如诸如类似右旋糖苷的聚乙烯糖、羧基甲基糖、羧基甲基透明质酸、透 明质酸、和褐藻酸、或聚乳酸、聚丙烯酸或亲水性3D-丙烯酸脂聚合物，或者包 括聚乙烯(乙二醇)(聚乙二醇)或者单链DNA低聚核苷酸。

聚合物可以进一步被改性为生成主链改性的聚合物网络，其中，主链改性 可以包括离子基、脂类、缩氨酸、低聚核苷酸等。

在方法的另一示例中，多个预定线条布置在平面波导的外表面处的至少两 个独立衍射斑中。每个衍射斑具有大于25平方微米((μm)²＝μm²)的面积。多 个预定线条在相邻线条之间具有小于1.5微米尤其是小于1.0微米的距离。这为 在其上散射的光线的检测提供了衍射斑，其中衍射斑具有最小尺寸以用于提供 待被检测的足够强度的信号。多个预定线条在相邻线条之间具有最大距离，其 由在衍射斑处被衍射的光线来决定。优选的是使用可见光。这个距离包括预定 波长的谐波，为此目的，相邻线条之间的距离是传播通过平面波导的光线的波 长的倍数。

根据以前描述的方法，本发明进一步提供一种具有制备的外表面的平面波 导。多个预定线条被布置在位于在外表面处的至少两个独立的衍射斑中。每个 衍射斑具有大于25平方微米的面积。多个预定线条在相邻线条之间具有小于1.5 微米尤其是小于1.0微米的距离。优选地，平面波导具有多个衍射斑，即，每平 方厘米100,10000,100000…至4×10⁶个衍射斑。所述方法描述的益处类似地提 供有平面波导。

根据一个方面，每个多个预定线条是弯曲的并且在通过光耦合器耦合至平 面波导的光的传播方向上布置成相邻线条之间具有减少的距离。具有在相邻线 条之间减少距离的弯曲线条的设置使在目标样本处散射的光聚焦(和干涉)在 预定检测方向(可与相光栅透镜比较)上。根据可选的设置，多个预定线条是 直的并且相对耦合到波导中的光线的传播方向成角度。相对光线的传播方向成 角度的多个预定线条的可选布置实现在预定方向上的结构性干涉的要求(与布 拉格衍射比较)。多个预定直线线条使光线在平面波导的平面上衍射。在平面波 导内衍射的光线经由另外光耦合器(相光栅透镜)从平面波导耦合出并且进入 到检测方向。

根据本发明的另一方面，成套工具提供了一种如此前描述的平面波导以及 用于制备平面波导的外表面的相位掩膜。相位掩膜允许执行此处描述的光刻方 法。根据此前描述的方法，这种成套工具还可以包括根据此前描述的方法的适 于制备平面波导的外表面的化学、药学和/或生物学试剂。这种试剂可以在不同 的成套工具中有变化。

附图说明

参考所附附图，本发明进一步的有益方面通过以下本发明实施例的描述将 变得显而易见，其中：

图1示出了具有多个预定线条和光刻掩膜的一部分的放大细节的平面波导 的实施例；

图2示出了如在图1中图示出的具有施加到其的两个多个连接分子的平面 波导的一部分的侧视图；

图3示出了图2的平面波导，示出了使没有另外多个连接分子中的连接分 子结合到其的官能团失活的步骤；

图4示出了图3的平面波导，示出了将那些沿多个预定线条设置的对光不 稳定的保护基团曝光于光线的步骤；

图5示出了图4的平面波导，示出了施加多个捕捉分子的步骤；

图6示出了图5的平面波导，示出了使没有捕捉分子结合到其的官能团失 活的步骤；

图7示出了图6的平面波导，示出了将那些设置在多个预定线条之间的对 光不稳定的保护基团曝光于光线的步骤；

图8示出了图7的平面波导，示出了施加多个改性捕捉分子的步骤；

图9示出了图8的平面波导，示出了使没有改性捕捉分子结合到其的官能 团失活的步骤；

图10示出了图9的平面波导，示出了施加多个目标样本的步骤；

图11示出了根据进一步实施例的、如在图1中示例出的且连接分子设置在 其上的平面波导的侧视图，示出了施加具有对光不稳定的保护基团的连接分子 的一层的步骤；

图12示出了图11的平面波导，示出了将那些沿多个预定线条设置的对光 不稳定的保护基团曝光于光线的步骤；

图13示出了图12的平面波导，示出了施加经由官能团被部分地结合以捕 捉分子的另外多个连接分子的步骤，其中，该另外多个连接分子沿多个预定线 条设置；

图14示出了图13的平面波导，示出了将那些设置在多个预定线条之间的 对光不稳定的保护基团曝光于光线的步骤；

图15示出了图14的平面波导，示出了施加经由官能团被部分地结合到改 性捕捉分子的另外多个连接分子的步骤，其中，该另外多个连接分子设置在多 个预定线条之间；

图16示出了图15的平面波导，示出了使没有另外连接分子结合到其的连 接分子的第一层的剩余官能团失活和使没有捕捉分子结合到其的连接分子的第 二层的剩余官能团失活的步骤，以及使没有改性捕捉分子结合到其的连接分子 的第二层的剩余官能团失活的步骤。

图17示出了根据本发明另一种变型的分子连接器设置在其上的平面波导的 侧视图，示出了可选的分子连接器和可选的捕捉分子；

图18示出了具有设置在单一衍射斑中的三个多个预定线条的本发明的另一 方面，其中，每个多个将衍射光聚焦在不同的检测位置中；

图19示出了图18的平面波导，该平面波导具有被施加在平面波导外表面 上的整个衍射斑上的两个多个连接分子，其中最上面的多个携带对光不稳定的 保护基团。

图20示出了图19的平面波导，示出了部分地将沿第一多个预定线条设置 的对光不稳定的保护基团曝光于光线的步骤；

图21示出了图20的平面波导，具有随后要被施加为布置在三个部分曝光 的预定线条处的三种类型的单链DNA；

图22示出了图21的平面波导，具有设置在三个不同预定线条处的三种不 同类型的捕捉分子；

图23示出了具有设置在单一衍射斑中的两个多个预定线条的本发明的另一 方面，其中，每个将衍射光聚焦在各个检测位置；以及

图24示出了与图23的设置在两个多个不同预定线条处的前述示例相比、 具有不同种类的两种不同类型捕捉分子的平面波导。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的具有连接分子可以设置在其处的外表面11的平面 波导1的示例的透视图。从结构上讲，平面波导1设置在基板(未示出)的顶 部上并且包括设置在外表面11上的25个独立的衍射斑41。多个预定线条4(每 个示出的线条代表线条多重性)设置在每个这样的衍射斑41中。在示出的示例 中的线条4是弯曲的，但是在另一种变型中可以是直的。在本示例中的线条4 在相邻线条4之间具有距离，该距离从左到右(光线传播通过平面波导的方向) 减少以改善被检测信号。可选地，线条4可以等距设置或者多个不同的预定线 条4可以设置在所述衍射斑41中。此外，光耦合器12和另外光耦合器13设置 在平面波导1处以用于分别地将相干光耦合到平面波导1中和将相干光从平面 波导1中耦合出来。两者都可以形成在由玻璃或聚合物材料制成的基板的表面 处。另外光耦合器13可以可选地或附加地为光吸收装置。根据用于检测结合事 件且包括示出的平面波导1的设备的工作原理，相干光耦合通过光耦合器12而 进入到平面波导1中以便利用在外表面11处的消逝场进行传播。相干光的消逝 场在沿多个预定线条4设置在外表面11上的分子(连接分子、捕捉分子、目标 样本等)处被散射，以使得散射的相干光构造性地在预定检测位置(未示出) 上干涉。

示出的圆形提供了设置在这种斑点41中的多个预定线条4中的少量预定线 条的放大的视图，其中斑点41具有黑线条42以及在黑线条之间的白线条43。 沿黑线条42，捕捉分子设置在连接分子的官能团处。捕捉分子能够结合目标样 本(因为比设备的尺寸相比的小尺寸，所以分子并未示出在当前图示中)。白线 条43包括改性捕捉分子，该改性捕捉分子不能够结合捕捉分子能够结合的目标 样本。耦合到平面波导1中的相干光的消逝场在设置在示出的黑线条42处和白 线条43处的分子处发生散射。被设置在黑线条42处的分子所散射的光线具有 相对于检测位置(未示出)的第一光路长度以便在其内在强度上干涉至最大值。 在设置在黑线条42之间的多个白线条43处散射的相干光具有相对于检测位置 的第二光路长度以便在其内在强度上干涉至最大值。两个最大值相对彼此具有 相移π以便破在整个强度中坏性地干涉至最小值。这允许使来自于散射的光线 的背景信号而非来自于结合至捕捉分子的目标样本最小化。可以通过改变用于 使捕捉分子和改性捕捉分子可以结合到其的相应官能团去保护的曝光时间来调 节最小信号。理论上讲，在目标样本被施加之前，设置成黑线条42的捕捉分子 和设置成白线条43的改性捕捉分子在单一检测位置上不提供在其上散射的光线 的全部背景信号。

在提供放大的视图的圆形上，相位掩膜9的一部分被示出以解释沿多个预 定线条4设置的在那些对光不稳定的保护基团的光刻照明。相位掩膜9包括玻 璃基板92和由高折射率的材料诸如Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅或Si₃N₄制成的多个突 起91。突起91的厚度(或深度)被选择为对应突起91的材料(比如Ta₂O₅)的 第一折射率n₁以及对应存在于相位掩膜9和平面波导1的外表面11之间的介质 的第二折射率n₂，从而提供预定的相移。Ta₂O₅的第一折射率n₁处于390纳米波 长时，n₁＝2.246。在使用中，相位掩膜9设置为在外表面11的附近具有突起91 以便经由近场照明来曝光沿多个预定线条4布置的那些对光不稳定的保护基团。 具有那些对光不稳定的保护基团的连接分子(由于相对小的尺寸而未示出)在 比如带有5％水份的二甲基亚(DMSO)溶液中被施加到外表面11以便填充外 表面11和相位掩膜9之间的空间。DMSO溶液的第二折射率n₂可以通过以下进 行估计。DMSO在590纳米波长处具有折射率n₂＝1.477。针对390纳米的波长 来计算的折射率n₂＝1.50，更详细的解释在Kozma,J.Opt.Soc.Am.B,22(7),p 1479(2005)中。针对具有5％水份的DMSO的针对390纳米的近似折射率是 n₂＝1.494，更详细的解释在Le Bel和Goring,J.Chem.Eng.DATA 7(1),p100 (1962)。根据变型，甲基-2-吡咯烷酮(NMP)可以被用作为用于溶液以施加分 子接头和那些对光不稳定的保护基团。与传播通过相位掩膜9和外表面11之间 的介质的光线相比，相位掩膜9针对传播通过突起91的光线会引起相移。与相 位掩膜9的图案相比，干涉会引起倍频的黑暗明亮图案(frequency doubled dark  bright pattern)。针对Ta₂O₅，突起91的高度被选为d＝259纳米(d＝λ/2 (n_Ta2O5-n_DMSO))。突起91的宽度可以在斑点41处变化，例如沿通过平面波导1 的光线的传播的方向变化。突起91的宽度优选地被选择为等于或接近在平面波 导1的外表面11处的预定线条4；42，43的距离。通过将相位掩膜9布置在对 光不稳定的保护基团的附近处并且通过使传输通过相位掩膜9的光线照明沿黑 线条42布置的那些对光不稳定的保护基团，来执行那些对光不稳定的保护基团 的光刻照明。通过相位掩膜9的曝光被执行第一曝光时间。沿多个黑线条之间 的白线条42设置的那些对光不稳定的保护基团的第二曝光在没有相位掩膜9的 情形下被执行。

示出的在黑线条42上面的实体轮廓61和在白线条43下面的虚线轮廓62 表示传输通过相位掩膜9的光的近场中的光强度轮廓(或者干涉图案)。此外， 两个轮廓可以被解释为表示捕捉分子或去保护的官能团(黑线条42)以及结合 至连接分子的相应被曝光的官能团的改性捕捉分子(白线条43)的局部平均密 度。在上述进一步提及的理想情形中，在设置在黑线条42上的捕捉分子处散射 的光线以及在沿白线条43设置在黑线条42之间的改性捕捉分子处散射的光线 在检测位置上有助于最小化(理想地为零)背景信号。这理论上通过捕捉分子 和改性捕捉分子的相同的局部平均密度来实现。黑线条42和白线条43之间的 锐边近似于黑线条和白线条之间的正弦变换(由于形式上的需要，这种阴影的 图示未被示出，但会是实际存在的)。原则上讲，捕捉分子的局部密度通过相位 掩膜9由近场照明的正弦强度轮廓来引起。

方法的第一实施例和第二实施例此后被示出，两者都能够执行本发明。两 个实施例使用如在图1中示例出的平面波导。在这些实施例中，以相同的方式、 但是在不同的步骤中来执行光刻步骤。实际上，通过使用光刻掩膜仅执行一次 那些对光不稳定的保护基团的曝光。光刻掩膜的再对齐是困难的并且是不实际 的，使得第二曝光是在不使用掩膜情况下执行的剩余的对光不稳定的保护基团 的曝光。

在下列图2至图10中，根据本发明的方法的第一实施例被解释。

图2示出了多个连接分子2和另外多个连接分子5的应用，其中，多个连 接分子2和另外多个连接分子5随后被应用为开始于平面波导1的外表面11从 而在两个独立的个体层中进行组装。多个连接分子2中的连接分子2被直接组 装在外表面11上以形成自组装单层(SAM)。这些连接分子2包括头部基团(比 如－(PO₃)^2－、－(O－PO₃)^2－、三烷氧基矽烷、聚乙烯(L-赖氨酸))以用于附接 到外表面11以及能够附接另外分子的互补官能团的官能团22。用于在过渡金属 氧化物(比如Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅)上形成自组装单层(SAM)的适合的连接 分子2比如是：NH2－终止的自组装分子氨基十二烷基－磷酸酯(NH₂－(CH₂)₁₂－(PO₃)H₂)，COOH－终止的自组装分子羟基－十五烷基－磷酸酯(COOH－ (CH₂)₁₅－(PO₄)H₂)或者是OH－终止的自组装分子羟基－十二烷基-磷酸酯铵盐 (OH－(CH₂)₁₂－(PO₄)(NH₄)₂)。(参见Samuele Guido Pio Tosatti: FUNCTIONALIZED TITANIUM SURFACE FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS: PHYSICO-CHEMICA CHARACTERIZATION AND BIOLOGICAL IN VITRO  EVALUATION,DISS.ETH NO.15095)。官能团22可以为普通的官能团、有机 或缩氨酸金属螯合吸收剂、单链DNA、蛋白质受体或其配位体。另外分子并不 限于特定类型的分子而是在示出的情形中，为利用互补的官能团(头部基团) 51(比如像随后施加的多个连接分子5的连接分子5的羧基的普通官能团)来 进行功能化的松装的矩阵(loosely packed matrix)(比如、诸如右旋糖苷或者聚 乙二醇(PEG)之类的聚合物)。此外，随后施加的多个连接分子5的连接分子 5包括能够附接到前面施加的层的官能团22的头部基团51。官能团52能够附 接另外分子的互补官能团。在示出的情形中，官能团52由对光不稳定的保护基 团3保护。对光不稳定的保护基团3保护了官能团52从而使得没有另外分子(比 如捕捉分子)的互补官能团可以结合至其上。因此，官能团52限于能够由对光 不稳定的保护基团保护的官能团，比如氨基的、含巯基的、羟基的、羧酸盐基 团。

在图3中，比如通过与不包括能够与具有互补官能团的另外分子起反应或 相互作用的官能团的另外分子其反应，来使没有另外多个连接分子5的头部基 团51结合至其的多个连接分子2的官能团22失活。失活的官能团221不能够 进行任何进一步的结合。

在图4中，与沿多个预定线条4布置的另外多个连接分子5的官能团52结 合的那些对光不稳定的保护基团3被暴露于光线并且被从官能团52移除。因此， 沿多个预定线条4布置的官能团52能够附接另外分子(比如捕捉分子)的互补 官能团并且布置在多个预定线条4之间的官能团52承载对光不稳定的保护基团 3。如针对图1所解释的，可以借由相位掩膜来光刻地实现暴露。示出的单一线 条4示例出那些对光不稳定的保护基团3沿其暴露于光线的多个预定线条4中 的一个线条。

理论上讲，本方法的这个状态提供一种可以用于检测结合事件的平面波导。 例如，是否所施加的目标样本直接结合至沿多个预定线条布置的多个连接分子 的官能团。

在图5中，多个捕捉分子6被施加到沿多个预定线条4布置的官能团52。 总体上讲，这种捕捉分子6是能够与分子连接器5的官能团52以及待被调查的 样本(图10所示出的)中的目标分子同时结合的任意分子。说明性的捕捉分子 6表示具有两个结合地点以用于结合样本中的目标分子的蛋白质。连接分子5也 可能松装于能以捕捉分子6填充的连接分子之间的空间。在这个情形下，捕捉 分子6优选地嵌入松装的多个连接分子5中。有利地，这种多个松装的连接分 子5包含松装的矩阵(比如诸如右旋糖苷或者聚乙二醇(PEG)之类的聚合物)， 该矩阵不具有或具有最小的、与捕捉分子6和施加的样本中的分子进行的非特 定交互作用。

每个连接分子5也许承载沿连接分子5布置的几个(比如两个或多个)官 能团52。在根据本发明的方法的第一实施例的变型中，通过对光线的第一曝光 在将保护基团从官能团52移除之前，沿连接分子5布置的所有官能团52由对 光不稳定的保护基团来保护。

在图6中，没有捕捉分子6结合至其的另外多个连接分子5的官能团52被 失活。失活的官能团521不能够进行任何进一步的结合。

这提供了可以用于检测结合事件的平面波导。目标样本可以结合至由沿多 个预定线条布置的捕捉分子所提供的结合地点以在其上散射相干光从而在预定 检测位置干涉至最大值。然而，在实践中，相当强烈的背景信号由只在捕捉分 子(即不存在结合至捕捉分子的目标样本)处散射的光而有助于检测位置中的 信号。相对于检测到的信号来减少背景信号的可能性在以下被示出。

在图7中，通过曝光于光线将那些对光不稳定的保护基团从被布置在多个 预定线条4之间的另外多个连接分子5的官能团52移除。这个第二曝光(通过 相位掩膜来执行第一曝光)不需要光刻掩膜，这是因为剩余的对光不稳定的保 护基团沿多个预定线条被合适地布置，该剩余的对光不稳定的保护基团在于第 一曝光中形成的多个预定线条4之间形成。

在图8中，多个改性捕捉分子7被施加到布置在多个预定线条4之间的另 外多个连接分子5的官能团52。改性捕捉分子7在当前示例中为变异蛋白质。 总体上讲，改性捕捉分子7结构上类似于捕捉分子6并且通过变异或通过化学 方法而改性了，从而不能够结合样本(未示出)中的、捕捉分子6能够结合至 其的目标分子。换句话说，改性捕捉分子7不具有能够结合目标样本的结合地 点而相较于捕捉分子6相似地散射相干光。

在图9中，没有改性捕捉分子7结合至其的多个连接分子5的官能团52是 被失活。失活的官能团52不能够进行任何进一步的结合。

这会产生可以用在检测结合事件中的平面波导。这种平面波导的益处、就 像上面解释的，在于：来自于捕捉分子和改性捕捉分子的散射光的贡献破坏性 地干涉至最小化信号。有利地，由于改变曝光时间以及后续的附接至去保护的 官能团的捕捉分子和改性捕捉分子的数量，所以最小化信号被调节，从而使背 景信号在检测位置最小化。

图10示出了样本中的多个目标分子8应用至沿多个预定线条4布置的捕捉 分子6。可以看到，那些目标分子8仅结合至捕捉分子6。改性捕捉分子7不能 够结合目标分子8。因此，通过相对于在改性捕捉分子7处散射的光线而调节在 捕捉分子6处散射的光线的贡献，来使在检测位置(未示出)的光线最小化。 有利地，在应用目标样本8之后，检测位置的检测光线的变化起源于目标样本8 至捕捉分子6的实际结合。

检测结合事件的益处在于：相干光不仅被沿多个预定线条4(对应图1的黑 线条42)布置的捕捉分子6散射，而且附加地被改性捕捉分子7(对应图1的 白线条43)散射。由于捕捉分子6和改性捕捉分子7之间的距离被选择为相干 光的波长的一半(或者波长的倍数加上波长一半)，相干光理论上在检测位置上 干涉至最小值。在实践中，在检测位置上的来自于捕捉分子6和改性分子7的 贡献并非干涉至零光线，而是存在一些背景光线。目标样本的结合导致所述最 小化信号的变化，其相对于最小化背景信号是比较大的。

在以下的图11至图16中，第二实施例被描述以解释出执行根据本发明的 方法的另一种方式。

在图11中，多个连接分子2被施加成将头部基团21粘合至平面波导1的 外表面11。多个连接分子2包括由对光不稳定的保护基团3保护的官能团(未 示出，因为它们被覆盖住了)。相比于第一实施例，第二实施例的不同之处在于： 单一多个连接分子2被施加在承载对光不稳定的保护基团3的第一步骤中(仅 SAM)。

在图12中，沿多个预定线条4布置的对光不稳定的保护基团3被曝露于光 线并且被移除。沿多个预定线条4的曝光被光刻地执行。因此，连接分子2的 去保护的官能团22沿多个预定线条4布置。

在图13中，结合至连接分子5的官能团52的多个捕捉分子6沿多个预定 线条4被施加在一起(彼此附接)。捕捉分子6的互补官能团被附接至连接分子 5的官能团52，并且两者经由头部基团51被附接至官能团22。在优选示例中， 这允许部分地将捕捉分子6装入所述连接分子5中(比如连接分子5形成松装 的矩阵(诸如右旋糖苷或者聚乙二醇(PEG)之类的聚合物))，同时允许目标样 本(未示出)结合至由捕捉分子6提供的结合地点。

在图14中，布置在多个预定线条4之间的对光不稳定的保护基团曝露于预 定波长的光线(在不使用光刻掩膜下的第二曝光)。去保护的官能团22能够附 接另外分子(像改性捕捉分子)的互补官能团。与针对第一实施例解释的相类 似，在第二实施例中实现了最小化背景信号。

在图15中，附接(结合)至连接分子5的官能团52的多个改性捕捉分子7 被施加到布置在多个预定线条4之间的官能团22(类似于图13)。

在图16中，没有改性捕捉分子结合至其的官能团521以及没有连接分子的 头部基团结合至其的官能团221被失活。这提供了一种如在图10中解释的待被 使用的制备的平面波导。

图17示出了本发明的另外变型，在其中，具有可选头部基团511和可选官 能团522的可选分子连接器被使用。膜状上部结构(比如囊或脂质体)61和改 性膜状上部结构(比如改性囊或改性脂质体)71被布置在可选官能团522处。 具有合并的或重新构成的膜运输蛋白质611(运输部或通道)的膜状上部结构 61表示被捕获的捕捉分子。具有合并的或重新构成的改性膜运输蛋白质711(改 性运输部或改性通道)的改性膜状上部结构71表示改性被捕获的捕捉分子。对 应于图10和图17，膜状上部结构61和改性膜状上部结构71分别沿多个预定线 条4布置和布置在多个预定线条4之间。可以在被捕获的捕捉分子中来捕捉目 标样本81(在膜状上部结构中被捕捉到)。通过这种方式，术语捕捉分子不仅可 以被视为提供目标样本可以结合至其的多个独立结合地点，或不是这样，而是 适于经由膜运输蛋白质来捕捉目标样本。针对于完整地检测目标样本81而言， 这提供了在时段内聚集捕捉的目标样本811的方法。

图18示出了本发明的另一方面。三个多个预定线条401、402和403布置 在平面波导上的一个衍射斑41中。每个多个预定线条布置为使得经由光耦合器 12被耦合到平面波导中的光线在每个多个预定线条401、402和403处衍射，从 而在独立的检测位置421、422和423中结构性地干涉。三个多个预定线条401、 402和403的当前布置被视为一种示例，而宁可说是其他数量的多个预定线条 401、402和403可以被布置。相同适用于示出线条的以下几何形状，该几何形 状在当前示例中被选择为使光线经由光耦合器12被耦合以在沿线条布置的三个 不同检测位置421、422和423中结构性地干涉。具有多个检测位置的衍射斑41 被表示为(或者表示)具有多个焦距的交织图案(mologram)。

以下描述了用于将(三个)不同类型的捕捉分子中的每一个都施加到不同 (三个)多个预定线条上的方法。当过程级联是可检测时，这种布置是有利的。 例如，目标样本在第一类型捕捉分子处被分解为独立的产物从而在第一检测位 置提供信号。这个反应的第一产物随后结合至第二类型捕捉分子，从而在第二 检测位置提供信号。反应的第二产物结合至第三类型捕捉分子，从而在第三检 测位置提供信号。不同类型捕捉分子附接至不同的预定的多个预定线条可以例 如通过使用如下描述的单链DNA(正交化学)来实现。可选地，使用了用于曝 光和移除对光不稳定的保护基团的不同波长的正交光化学可以被执行以实现： 仅预定类型的捕捉分子被布置在衍射斑中的预定的多个预定线条处。

图19为具有外表面11的平面波导1，在该外表面11上施加了两个多个连 接分子2、5。最上面多个连接分子5承载对光不稳定的保护基团3(相比于图3)。

图20示出了将沿第一多个预定线条401布置的对光不稳定的保护基团3部 分地暴露至光线的步骤。“部分地暴露”为仅移除沿这种线条401的多个对光不 稳定的保护基团3。数量足以为被结合至第一多个捕捉分子的目标样本来提供衍 射光的可检测信号。数量应该很小，即进一步(部分)曝光可以沿另外多个预 定线条(402，403)被执行，这导致在相同衍射斑中沿另外线条(402，403) 移除另外多个对光不稳定的保护基团。这种线条(401，402，403)可以交叉， 换句话说，多个线条可以形成在彼此之上。参考图18，线条(401，402，403) 的交叉有助于在不同检测位置(421，422，423)的信号。图20示出了具有多 个焦距的交织图案的可能的分子结构。

图21示出了经由重复在图20中解释的局部曝光而被随后施加为布置在三 个多个预定线条处三个类型的单链DNA 621(类型I)、DNA 622(类型II)和 DNA 623(类型III)。不同多个预定线条在不同焦距(独立的检测位置)使光线 衍射。

单链DNA允许执行正交化学以使得不同的捕捉分子6、72和73选择性地 结合至不同的互补单链DNA 621、622和623，从而仅预定类型的捕捉分子布置 在预定的多个预定线条处。在图22中示出的布置允许独立地检测在相应的检测 位置(421，422，423)中的药学、生物学或化学反应。

图23示出了本发明的另一方面。两个多个预定线条402和403布置在平面 波导(类似于图18)的一个衍射斑41中。每个多个预定线条被设置为使得经由 光耦合器12被耦合到平面波导中的光线在每个多个预定线条402和403处衍射， 从而结构性地在独立的各个检测位置422和423中干涉。

图24为图23的平面波导1，显示出外表面11的区域，在外表面11的区域 中，两个多个预定线条402和403的线条交叉。不同的捕捉分子(在当前示例 中能够结合至被施加为目标样本的蛋白质的至少两个结合地点中的一个结合地 点的分子)75、76布置在不同多个预定线条(参见图23；402,403)处，这可以 通过正交化学来实现。如上所解释的，正交化学使用例如不同的单链DNA 621 和DNA 622，以及对应的互补单链DNA 631和DNA 632以用于固定不同类型的 捕捉分子75和76，从而被布置在相同衍射斑中的不同多个预定线条处(参见图 23；41)。一种可选方式是，针对对光不稳定的保护基团的曝光，使用不同波长 的正交光化学。为一种能够与捕捉分子75和76结合的蛋白质的目标样本81可 以经由多个结合交互作用来形成协作结合。由于目标样本81至捕捉分子75的 结合以及目标样本81至捕捉分子76的结合这两者的组合强度，因此这种多个 结合交互作用具有高强度。两种结合可以在短时段内同时形成或者即刻形成。 多个结合交互作用经由两个检测位置来光学检测，以在两个检测位置中提供关 联信号。有利地，可以通过使用时间分辨检测方法来实现这一点。