[發明專利]具有增強的光學信號的微流體傳感器

在審

• 申請號: 201380062419.3
• 申請日: 2013-10-01
• 公開（公告）號: CN104823049A
• 公開（公告）日: 2015-08-05
• 發明（設計）人: S·Y·周;C·王;R·彭
• 申請（專利權）人: 普林斯頓大學理事會
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N33/487
• 代理公司: 北京坤瑞律師事務所 11494
• 代理人: 羅天樂

交叉引用

本申請要求2012年10月1日提交的序列號為61/708,314的美國臨時申請的權益，通過本文中的提述收錄該申請用于所有目的。

關于得到聯邦政府資助的研究的聲明

本發明是在美國政府的支持下由(美國)國防部高級研究計劃局(DARPA)授予的基金號FA9550-08-1-0222資助而做出的。美國政府對本發明具有某些權利。

發明背景

人們對于增強發光信號(例如熒光信號)和檢測靈敏度及縮短生物學和化學測定法的測試時間存在強烈的需求。本申請涉及用于實現性能增強(即冷發光放大和檢測靈敏度改進)和測定時間縮短的微結構/納米結構和分子層和微流體通道和方法，它們的制造和應用。

發明概述

本公開提供，除其他事項之外，用于檢測液體中的分析物的微流體裝置，其包括：基片；所述基片的表面上的流體通道；和位于所述通道的某一位置的納米傳感器，該納米傳感器包括：納米結構，該納米結構包括至少一個納米結構元件，每個元件包括至少兩個由間隙分開的金屬結構；和沉積于該納米結構的表面上的捕捉劑，其中該捕捉劑特異性結合分析物。當分析物結合于或接近于捕捉劑時，該納米傳感器放大去往和/或來自分析物或附接于分析物的光標記物的光信號。本公開還提供能與移動智能電話集成的便攜式測定系統。微流體裝置還提供比沒有微流體通道的裝置更短的測定時間和更小的樣品體積。

附圖簡述

本領域技術人員將會理解，如下所述的附圖僅用于說明目的。所述附圖并不意圖以任何方式限制本文教導的范圍。有些附圖并未依比例給出。

圖1A-1I示意性地示出了納米流體裝置的一些實施方案的各種特征。

圖2示意性地示出了一種示例性的抗體檢測測定。

圖3示意性地示出了一種示例性的核酸檢測測定。

圖4示意性地示出了另一實施方案的核酸檢測測定。

圖5示意性地示出了一種示例性的自組裝單層。

圖6示意性地示出系統的一個實施方案。

圖7示意性地示出了系統的另一實施方案。

圖8示意性示出智能手機的實施方案。

圖9：裝置結構及其制造過程。(a-b)裝置架構；(c)通過納米壓印制造的鉻(Cr)點陣列的電子掃描顯微鏡(SEM)圖像；(d-e)底部傳感器和通道層的制造；(f)中間的聚二甲基硅氧烷(PDMS)入口和出口層；(g)金(Au)蒸鍍和全部三個層的接合。

圖10：(a)模型免疫測定實驗的光學機構。激光束掃描面積為100μm×100μm；(b)-(c)熒光強度與濃度的關系。五參數邏輯回歸模型顯示，微流體通道裝置中的D2PA的檢測極限為850aM；玻璃參比的檢測極限為2nM，96孔板測定中的D2PA的檢測極限為1fM。

圖11A和11B：流體通道中的金納米點的納米壓印形成圖案的原理圖。(a)涂覆有底層的二氧化硅(SiO₂)/抗反射膜(ARC)的熔融石英基片；(b)通過光刻定義出的微流體通道；(c)在底層的二氧化硅/抗反射膜和熔融石英中圖案化(patterning)的微通道，在這里光刻膠被除去；(d)涂覆在基片上的二氧化硅/抗反射膜的中間層；(e)第二次光刻，以定義出用于金納米點的納米結構窗口(nano-featuring?patterning?window)；(f)通過反應離子刻蝕(RIE)轉印到中間層二氧化硅/抗反射膜的納米結構窗口；(g)基片上涂覆并平坦化的壓印膠層；(h)通過納米柱壓印模具在壓印膠中圖案化覆蓋以鉻掩模的納米孔；(i)通過蒸鍍和剝離納米柱在流體通道中圖案化金納米點。

圖12A：DNA分子的熒光增強。(a)等離激元(Plasmonic)納米結構增強熒光以實現增強熒光激發和輻射發射的示意圖；(b)流體通道中的等離激元D2PA結構同時拉伸DNA和增強熒光的原理圖，其中圓點指示出強熒光增強的熱點。

圖12B：圖案化流體通道中的等離激元金D2PA的原理圖。a-b，通道中的D2PA陣列的設計橫截面幾何尺寸：(a)密封之前；(b)為增強DNA熒光而接合之后。c-j，制造示意圖：(c)涂覆有二氧化硅/抗反射膜底層的熔融石英基片；(d)熔融石英中定義的微流體通道；(e)二氧化硅/抗反射膜的中間層；(f)第二次光刻和反應離子刻蝕，以在二氧化硅(中間疊層)中定義出D2PA結構窗口；(g)壓印膠中UV壓印出的納米孔；(h)剝離后熔融石英上圖案化的Cr納米點；(i)熔融石英中的納米柱蝕刻；(j)蒸鍍金之后的D2PA陣列。