[發明專利]一種微懸臂梁陣列生化傳感裝置及其生化檢測方法

無效

• 申請號: 201310132317.6
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN103234961A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 鄔林;胡國俊;張加波;時凱;王紅軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所;合肥公共安全技術研究院
• 主分類號: G01N21/76
• 分類號: G01N21/76
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 方榮肖

技術領域

本發明屬于生化傳感技術領域，具體地涉及一種微懸臂梁陣列生化傳感裝置和所述微懸臂梁陣列生化傳感裝置的生化檢測方法，該裝置和方法可應用于食品安全、環境污染、生物醫學、科學研究和生產制造等領域中的監控和檢測。

背景技術

基于表面應力檢測的微懸臂梁生化傳感技術是近年出現的一種新興傳感技術，其原理是：把探針（抗原或抗體）分子用直接或間接的方式固定（修飾）到微懸臂梁一側的鍍金層上，當被檢測樣品液中的靶分子與微懸臂梁金表面上的探針分子發生特異性反應時，會使微懸臂梁表面應力改變，從而導致微懸臂梁彎曲變形，通過光學或電學方法檢測這種變形的過程，可得到生化反應的實時信息。與傳統的免疫傳感方法相比，該方法無需使用任何酶標、熒光物質和放射性作為反應示蹤劑，消除了標記過程的影響，靈敏度高（比酶聯免疫試驗高數倍），還可以通過監測微懸臂梁變形來實時、定量的監測抗原抗體的反應過程，得到更豐富的免疫生化反應信息。經過這些年的發展，微懸臂梁傳感被作為一種新興技術，在生物工程和環境污染監測技術等方面與傳統的方法進行對比研究，如RNA轉錄因子、酶、汞排放及揮發性化合物等，由于微懸臂梁的厚度尺寸僅為亞微米量級，對微懸臂梁表面生化反應（比如，修飾的探針分子與靶分子結合）導致的應力變化極為敏感，使其檢測極限達到納克甚至亞納克級每毫升，優于常規的酶聯免疫方法。

在單微懸臂梁檢測系統基礎上，為進一步消除環境溫漂、溶液折射率變化等背景噪聲影響、實現多種靶標分子的快速并行檢測，微懸臂梁傳感技術正逐步向多陣列發展。已報道實現微懸臂梁陣列傳感研究的方法主要有：（1）利用并排的光纖陣列作為陣列光源，對微懸臂梁陣列進行逐一照射，再利用光電位置敏感探測器（PSD）對各根微懸臂梁的偏轉信號進行接收檢測；（2）利用擴束后的面光源照射微懸臂梁陣列，用CCD記錄二維微懸臂梁陣列變形前后的圖像進行微懸臂梁的變形檢測。

由于光纖陣列本質上是后端連接了多個半導體激光器，導致其布線復雜，附屬裝置較多，體積變大，靈活性較低；同時光纖端面的平整度對出射激光束的發散角和光斑形狀影響也很大，這將極大影響光纖陣列發出激光束的一致性及有效探測距離；CCD面光源檢測法中，由于微懸臂梁尖端的彎曲會使圖像產生彌散，嚴重影響光斑位移的檢測質量，導致其檢測靈敏度不高。

如何利用簡單光路設計出方便實用的傳感系統，實現微懸臂梁陣列高靈敏度、快速、并行的變形檢測，研制出微懸臂梁陣列免疫傳感裝置，并利用陣列免疫傳感器進行抗體親和常數測定以及應用于食品安全中多殘留和多種重金屬離子并行實時原位檢測，一直是生化檢測領域關注的焦點。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種微懸臂梁陣列生化傳感裝置和所述微懸臂梁陣列生化傳感裝置的生化檢測方法。

本發明微懸臂梁陣列生化傳感裝置的原理是利用垂直腔面發射激光器陣列發射出的激光束周期性地掃描微懸臂梁陣列；再通過光杠桿原理將微懸臂梁陣列中各微懸臂梁的彎曲變形信號放大，用光電位置敏感探測器（PSD）時序接收檢測，從而實時監測各微懸臂梁上的生化反應過程信息。

因此，在第一個方面，本發明提供了一種基于垂直腔面發射激光器陣列的微懸臂梁陣列生化傳感裝置(下面有時簡稱為“本發明的裝置”)。所述微懸臂梁陣列生化傳感裝置包括：

生化反應池，其用于容納緩沖液和待測樣品；

微懸臂梁陣列，其包括兩個以上平行間隔排列的微懸臂梁，并被可拆卸地固定在密閉的生化反應池中，其中所述每個微懸臂梁上固定有檢測生物分子或對照分子（在本發明中也稱為“參考分子”，固定或修飾有參考分子的微懸臂梁也稱為“參考梁”）；

垂直腔面發射激光器陣列（VCSELs），其包括兩個以上平行間隔排列的激光器；

信號發生器，其控制所述垂直腔面發射激光器陣列的輸入電壓變化周期，以控制各激光器的周期性亮滅；

光電位置敏感探測器(PSD)，其接收由所述微懸臂梁陣列反射的激光光點，從而產生并輸出關于每個微懸臂梁的位移信號；

數據處理設備，其處理由所述光電位置敏感探測器輸出的每個微懸臂梁的位移信號，基于固定有對照分子的微懸臂梁的位移數據關于獲得固定有檢測生物分子的每個微懸臂梁彎曲的數據；

其中，當待測樣品中含有與所述檢測生物分子特異性結合的靶分子時，固定有所述檢測生物分子的微懸臂梁與所述待測樣品在生化反應池中在適于兩者的反應條件下反應后會發生彎曲。