[發明專利]檢測自由液體中DNA錯配的光學生物傳感器及方法

有效

• 申請號: 201711399492.6
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108152249B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 冀煒邦;陳景東;王文杰;劉紹鼎;范旭東
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種檢測自由液體中DNA錯配的光學生物傳感器，其特征在于：包括發光裝置（1）、微流控芯片（2）、可調狹縫裝置（3）、光電轉化單元（4）和信號處理單元（5），可調狹縫裝置（3）設置在微流控芯片（2）和光電轉化單元中間（4），光電轉化單元（4）與信號處理單元（5）電相連；

發光裝置（1）用于向微流控芯片（2）中的DNA樣品發射單色光或白光；

微流控芯片（2）包含一個或多個微流通道對，所述微流通道對用于作為楊氏干涉的干涉臂，每個微流通道對包括一對相互平行的微流通道(23)，每一對微流通道中的一個微流通道（23）作為待測通道，另一個微流通道作為參考通道；

可調狹縫裝置（3）用于使穿過DNA樣品溶液的單色光或白光形成干涉條紋；

光電轉化單元（4）用于接收所述干涉條紋并進行光電轉化后發送給所述信號處理單元；

信號處理單元（5）用于根據光電轉化單元（4）的探測信號，得到微流控芯片（2）兩個微流通道（23）內分別放入完全匹配DNA鏈和含有不同錯配堿基數目的不完全匹配DNA鏈，經過雜化反應后的干涉條紋相位，并根據相位信號變化確定待測DNA的錯配堿基個數；

其中，DNA樣品為短鏈DNA，長度不超過50個堿基對，微流控芯片（2）包括底板（21）和蓋板（22），蓋板（22）與底板（21）同形，微流通道（23）設置在底板（21）上，微流通道（23）包括U型通道（231）和直通道（232），U型通道（231）底端的中心與直通道（232）的開端相連，蓋板（22）上設置有入液口（221）和出液口（222），入液口（221）設置在U型通道（231）的左右兩個尖端的正上方，出液口（222）設置在直通道（232）的末端的正上方。

2.根據權利要求1所述的檢測自由液體中DNA錯配的光學生物傳感器,其特征在于:所述發光裝置（1）為單色激光器或白光LED燈。

3.根據權利要求1所述的檢測自由液體中DNA錯配的光學生物傳感器,其特征在于:所述光電轉化單元（4）為線陣CCD或面陣CCD。

4.根據權利要求1所述的檢測自由液體中DNA錯配的光學生物傳感器,其特征在于:所述可調狹縫裝置（3）包括狹縫，狹縫的寬度與所述直通道（232）的寬度相等。

5.一種檢測自由液體中DNA錯配的方法，其特征在于包括如下步驟：

S10.在微流控芯片上設置一對相互平行的微流通道，分別為待測通道和參考通道，每個微流通道頭部上方的蓋板上設有兩個注液口，發光裝置從微流通道的開端對微流通道進行照射，光線穿過微流通道經過可調狹縫裝置形成干涉條紋并通過光電轉化單元進行接收，光電轉化單元對干涉條紋進行光電轉化后輸入到信息處理單元，信息處理單元經過快速傅里葉變化法計算得到干涉條紋的相位；

S20.在微流控芯片內發生分別利用不同濃度、不同堿基對錯配數的DNA溶液發生雜化反應，測量對應的干涉條紋相位，建立堿基對錯配數和干涉條紋相位的標準工作曲線；

S30.將微流控芯片的測量通道內注入含有錯配堿基對的DNA溶液待測樣品，將完全匹配的DNA溶液注入參考通道，測量干涉條紋相位，根據所述標準工作曲線即可得到DNA待測樣品的堿基對錯配數目。

6.根據權利要求5所述的檢測自由液體中DNA錯配的方法，其特征在于步驟S20包括如下步驟：

S21.將含有一個錯配堿基對的單鏈DNA分子溶液與含有另一條單鏈DNA分子溶液同時分別從微流控芯片一側的的兩個入液口注入測量通道內，使其發生雜化反應；同時，作為參照，將相同濃度的完全匹配的單鏈DNA分子溶液分別從微流控芯片另一側兩個注液口注入參考通道，使其發生雜化反應，信息處理單元得到此時的干涉條紋相位φ₁，計算出這兩條微流通道中溶液的折射差率，利用溶液的熱光效應,根據折射差率計算出兩條微流通道內DNA雜化所放出的熱量差；

S22.改變DNA溶液的濃度，重復步驟S21,信息處理單元得出不同的一系列干涉條紋相位φ₂、φ₃、…φ_n,并計算出不同的熱量差，由此得到熱量差與溶液濃度變化的關系曲線，得到檢測單堿基錯配的檢測能力以及檢測極限；

S23.在接近檢測極限的溶液濃度下，改變錯配堿基對的數目，重復步驟S21，信息處理單元得出不同的一系列干涉條紋相位，并計算出不同的熱量差，得到熱量差與錯配堿基對的數目的關系曲線；

S24.利用步驟S22和步驟S23得到的兩個關系曲線，計算得到不同濃度、不同錯配堿基對數目的DNA溶液中錯配堿基對數目和干涉條紋相位的標準工作曲線。