[發明專利]通用高效多底物檢測光子晶體微芯片

在審

• 申請號: 202010894697.7
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112229826A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 李風煜;王贊梅
• 申請（專利權）人: 廣東比派科技有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 深圳科灣知識產權代理事務所(普通合伙) 44585
• 代理人: 鐘斌

本發明屬于微納米材料與光化學分析領域，涉及一種由多種3D形貌光子晶體點陣圖案排列的高效通用多底物檢測分析微芯片。本發明使用具有親水?疏水圖案化性質的表面作為基材，利用多噴頭精細噴墨打印技術與聚丙烯酸?聚丙烯酸甲酯(殼)?聚苯乙烯(核)聚合物納米小球快速自組裝，制備由多種3D形貌光子晶體陣列化排列形成的光子晶體芯片。芯片利用3D形貌光子晶體表面的曲率，使用同一種顆粒尺寸的聚合物納米小球實現全帶隙的光子晶體陣列。本發明利用單一尺寸的納米顆粒構建多種3D形貌光子晶體微陣列，實現單一化學傳感器對多底物的檢測與分析，產品對各種復雜環境的多底物識別與檢測具有廣譜地通用性與很強的可操作性。

技術領域

本發明屬于微納米材料與光化學分析領域，特別涉及一種多種形貌3D光子點陣排列的高效通用多底物檢測分析微芯片。

背景技術

多底物檢測是對多種樣本的高通量和高效率檢測方式，在臨床診斷、生物篩選、食品工業、環境監測等領域具有巨大優勢。為了成功地實現多底物檢測，需要采集足夠的差異化傳感信息。基于有機熒光化合物，設計具有類似結構或衍生物的分子并將之構建傳感器陣列，可進行相應分析物的交叉反應識別。基于這種思想，科學家們已經開發出數十萬種可用于傳感器的有機化合物，這一過程往往涉及復雜的化學合成和有效分子的篩選。然而，基于單一化學傳感器的響應性單一或十分有限，通常無法實現對多底物的識別與分析。因此，盡管許多的檢測分子陣列系列已經被設計和合成，如何便捷的實現多底物檢測陣列和發展一種普遍、高效的多底物檢測方法仍然是一個巨大的挑戰。開發一種通用高效的微/納米結構檢測芯片的制備與分析方法，利用盡量單一、普通易得的傳感器化合物實現多底物的快速分析與檢測，具有十分現實的應用價值與廣闊的科學意義。

近年來，隨著納米科學的高速發展，利用納米技術開發新材料，為提升材料的性能和改進器件性能提供了新的思路。通過構造具備微/納米結構的材料或器件提供多底物分析所需的差異化信息，為避免復雜的有機化合物傳感器的設計與大規模的合成提供了可能。在這類微/納米結構材料中，被比喻為“光的半導體”的光子晶體受到人們的廣泛關注。當具有不同介電常數的介電材料組成周期性結構，電磁波在其中傳播時由于布拉格散射的存在，電磁波將會受到結構的調制從而形成能帶結構，這種能帶叫做光子能帶，光子能帶之間將出現光子禁帶。這種具有光子能帶的周期性介電結構稱為光子晶體。光子晶體可以按照介電材料周期性變化的空間維度可劃分為一維、二維、三維光子晶體。光子晶體具有優秀的光傳播調控性能，在光學傳感、光學增強、光富集、光波導、光學防偽、催化等領域具有廣泛的應用前景。特別的，當光子晶體的光子禁帶與熒光染料的熒光發射峰相匹配是，由于光子晶體的慢光子效應可實現對熒光發射數量級級別的增強。利用光子晶體的熒光增強效應，已在爆炸物、DNA等生物和化學領域的高靈敏檢測實現應用。然而，利用光子晶體在多底物復雜環境的分析與檢測的研究還少有涉及。基于我們課題組在生命物質高靈敏度檢測和微/納米加工技術的基礎，利用硬核-軟殼結構微粒乳膠液，在氫鍵誘導作用下實現高質量光子晶體噴墨打印和自組裝，在控制基地浸潤性圖案化的同時，實現對墨滴的精確控制，從而制備具有不同 3D形貌的光子晶體點陣陣列。

發明內容

本發明的主要目的開發了一種通用性的用于高效多底物檢測與分析的3D 形貌光子晶體微芯片。

本發明的目的之二在于利用同一種納米顆粒自組裝形成不同3D形貌的光子晶體點陣，利用不同形貌光子晶體表面分布的光子禁帶，實現熒光信號的選擇性調控作用，針對化學傳感器對不同檢測底物的熒光響應差別，利用光子禁帶將與之匹配的熒光響應差異進行選擇性的放大，為多底物分析提供更多的差異化信息，從而達到單一傳感器無法或難于實現的多底物檢測與分析。

本發明的目的之三在于利用光子晶體光子禁帶對熒光的增強作用，放大化學傳感器響應過程中的熒光信號，以提高傳感器的檢測靈敏度、降低檢測限。