[發明專利]一種基于表面等離子體共振與生物傳感的水芯片

無效

• 申請號: 201010239909.4
• 申請日: 2010-07-29
• 公開（公告）號: CN101929956A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 王曉萍;孫博書;黃子昊;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及工業測試技術領域，尤其涉及一種基于表面等離子體共振與生物傳感的水芯片。

背景技術

表面等離子體共振(Surface?Plasmon?resonance，SPR)技術是一種高精度檢測技術。SPR的基本原理是入射的p光在棱鏡與金屬薄膜交界面發生全內反射，產生的倏逝波會引起金屬薄膜表面自由電子產生表面等離子，當倏逝波和表面等離子波的頻率和波數相等時兩者會發生共振。共振發生時，入射光的能量急劇下降，反射光譜上出現最小光強值。SPR共振發生的條件與金屬薄膜另一面的介質折射率有關，通過檢測反射光譜可精確測得金屬薄膜另一面的介質折射率。捷克人Homola于1998年在《Sensors?and?Actuators》上發表的文章“Novel?polarization?control?scheme?for?spectral?surface?plasmon?resonance?sensors”中提出了一種包括光發射組件、光反射組件、光偏振態調制組件和光接收組件的表面等離子體共振傳感器，并用不同折射率介質驗證了這種偏振調制方法和理論數值的契合度。

如果金屬薄膜另一面的介質是一種溶液，并針對溶液中某種雜質或生物分子對金屬膜表面進行相應的化學生物修飾，使雜質與修飾層發生反應，改變溶液的折射率，從而改變反射光譜。通過表面等離子體共振傳感器檢測此反射光譜則可精確測得該種雜質或生物分子的濃度。SPR相對于其他檢測技術，具有靈敏度高、所需樣品少、樣品無需標記和快速檢測的優點，因此被廣泛應用于生物、化學、醫學、環境監測等領域。

目前，可短時間內分析大量樣本的高通量SPR檢測方法有光強調制法和相位調制法。相位調制法具有很高的靈敏度，它通過觀察干涉圖樣的變化來測定相位的變化，從而測定樣品的折射率。但是這種方法中實現波面相位的高精度實時檢測較困難，并且系統的光路復雜，機械精度要求較高，制作困難。普通的光強檢測法采用入射角固定的平行光入射，通過監視反射光強的變化分布來測定樣品的折射率。這種方法系統結構簡單，測量算法簡便，但是測量精度低。

在現今的水質檢測分析項目中，經常涉及到檢測水樣品中某幾種特定物質的含量。現有的分析方法大多是化學方法，需要在實驗室條件下完成，從取樣到獲得數據耗時較長，且一次只能檢測出一種指標，無法滿足快速精確、多參數測量的水體檢測需求。

發明內容

本發明針對水體檢測中無法快速測試出水體中多種雜質濃度的問題，提供一種基于表面等離子體共振與生物傳感的水芯片，采用特定的生物化學修飾層和SPR原理，能夠同時檢測出水體中多種雜質的濃度。

一種基于表面等離子體共振與生物傳感的水芯片，包括光發射組件、光反射組件、光偏振態調制組件、光接收組件；

所述的光發射組件由光源、擴束鏡組成，光源發出的光線經擴束鏡后變為平行光線；

所述的光反射組件包括等腰直角棱鏡及其斜邊面上的金膜，金膜的反光面朝向等腰直角棱鏡，厚度一般為幾十納米；

所述的光偏振態調制組件包括位于擴束鏡與等腰直角棱鏡入射直角面之間的起偏器和位于等腰直角棱鏡出射直角面之后的四分之一波片、檢偏器；

所述的光接收組件包括位于檢偏器之后的成像透鏡和面陣CCD；

所述的金膜的非反光面上設有生物敏感膜，生物敏感膜上設置鏤空薄膜，鏤空區域形成若干個反應池。

所述的鏤空薄膜由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制備，這種材料透光、無毒、廉價，具有一定的化學惰性，不會與溶液中的雜質反應而干擾測試結果。

所述的生物敏感膜由在反應池底部的金膜上進行特異性抗原或抗體的生物修飾制備，其上表面為能與待測水溶液中的生物雜質發生特異性吸附的抗原或抗體，其下表面為將上表面的抗原或抗體與金膜通過共價鍵偶聯在一起的基質層物質。例如，檢測水溶液中的微囊藻毒素(MC-LR)，生物敏感膜上表面為與微囊藻毒素發生特異性吸附的微囊藻毒素抗體。為了使得微囊藻毒素抗體與金膜緊密連接，需要基質層物質將微囊藻毒素抗體與金膜偶聯起來，基質層物質可選用牛血清蛋白(BSA)。