[發(fā)明專利]一種太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的生物傳感器及在液相生物樣本檢測中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010393434.8
• 申請日: 2020-05-11
• 公開（公告）號: CN111504940A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張陽;李育敏;府偉靈;張秀明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院
• 主分類號: G01N21/3581
• 分類號: G01N21/3581;B01L3/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的生物傳感器及在液相生物樣本檢測中的應(yīng)用。本發(fā)明在太赫茲超材料生物傳感芯片的基礎(chǔ)上整合微流體技術(shù)制作太赫茲微流體生物傳感芯片，該芯片具有液體流動可控、消耗樣品和試劑少、分析速度快的特點(diǎn)，可以在樣本檢測池內(nèi)進(jìn)行樣品引入以及換樣一體化循環(huán)操作。由于采用微流體技術(shù)控制微量樣本進(jìn)入微流道，結(jié)合太赫茲超材料的高靈敏性，克服了太赫茲波的水敏感性，實(shí)現(xiàn)液相狀態(tài)下生物樣本的無標(biāo)記、快速、高靈敏檢測，并可再生重復(fù)利用。因此本發(fā)明采用太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的方法和裝置可發(fā)展成為一種高靈敏和自動化檢測液相生物樣本的太赫茲生物傳感新技術(shù)，具有較高的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的生物傳感器及在液相生物樣本檢測中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

太赫茲(Terahertz radiation，THz)波在電磁波譜中位于微波和紅外線之間，其頻率范圍在0.1THz～10THz(1THz＝1012Hz，或1THz＝4.14meV光子能)，波長范圍在30μm～3mm。THz波技術(shù)綜合了電子學(xué)和光子學(xué)的特點(diǎn)，屬于典型的交叉學(xué)科，在生物醫(yī)學(xué)、安保國防、環(huán)境監(jiān)測和航空航天等多個領(lǐng)域擁有廣泛、開闊的應(yīng)用前景，是一種純物理、無需任何化學(xué)和生物學(xué)標(biāo)記的新手段。

目前THz波技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要集中在對生物有機(jī)分子、細(xì)胞或組織的檢測與識別，其技術(shù)特點(diǎn)在于：一方面，生物分子間及分子內(nèi)的低頻運(yùn)動(范德華力、氫鍵、分子振動、分子轉(zhuǎn)動等)頻譜落在太赫茲波段內(nèi)，通過分析識別這些活動產(chǎn)生的獨(dú)特的太赫茲特征光譜，可以辨別不同的生物分子。另一方面，THz超材料的應(yīng)用為提高THz波檢測生物樣本的靈敏度提供了技術(shù)支撐。金屬材料，例如金、銀等，它們的表面等離子體極化效應(yīng)主要發(fā)生在可見光波段，而THz波的表面等離子體電場在金屬中的趨膚深度小，電場束縛弱，無法直接在金屬表面產(chǎn)生等離子體效應(yīng)。THz超材料是將金屬表面制作成一定結(jié)構(gòu)，以增加THz波在金屬中的趨膚深度，經(jīng)過加工后的金屬表面能夠在THz波段產(chǎn)生表面等離子體效應(yīng)，對于其表面覆蓋的目標(biāo)物質(zhì)具有較高的檢測靈敏度。

目前THz波技術(shù)在生物樣本檢測方面的推廣應(yīng)用尚需解決以下關(guān)鍵性的技術(shù)難題：

1)THz波的檢測靈敏度：THz波技術(shù)的探測速度、信噪比、探測深度等靈敏特性需要從光源和探測接收兩方面來進(jìn)一步完善，對于微量或低濃度的生物樣本檢測靈敏度尚有待突破。

2)THz波的水敏感性：由于THz波對水非常敏感，水的強(qiáng)吸收性可能掩蓋被測物質(zhì)的自身性質(zhì)，已往的研究多局限于固相或干燥狀態(tài)下的樣本分析，因此THz光譜檢測必須克服水敏感性對檢測信號的干擾與湮沒。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的生物傳感器及在液相生物樣本檢測中的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、一種太赫茲超材料與微流體技術(shù)聯(lián)用的生物傳感器，包括上下粘附為一體的PDMS(聚二甲基硅氧烷)和硅基板，在硅基板上沉積微加工的金膜SRRs陣列，所述金膜SRRs陣列為周期排布的雙開口圓環(huán)，雙開口的夾角為120°，排布周期為90μm；并且，在硅基板上加工微流體通道，使金膜SRRs陣列位于微流體通道內(nèi)，微流體通道兩端分別與一對微管道連通，所述的一對微管道組裝到PDMS上。

優(yōu)選的，PDMS的厚度為1mm，所述硅基板的厚度為500μm，單元面積為15mm*15mm；金膜SRRs陣列的陣列面積為5mm*5mm，厚度為120nm，圓環(huán)的外徑為60μm，內(nèi)徑為48μm，所述雙開口的開口間隙G為3μm。

優(yōu)選的，采用SU-8光刻膠光刻工藝在硅基板上制備微流體通道模具，高度為50μm，然后根據(jù)模具制作PDMS微流體通道。

優(yōu)選的，所述微管道的材質(zhì)為不銹鋼連接透明塑料。