[發明專利]一種基于回音壁模式光學微腔的傳感檢測方法

在審

• 申請號: 202010970222.1
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112630198A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王秀紅;陸勁松
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N33/53
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種基于回音壁模式光學微腔的傳感檢測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：回音壁模式微腔的選取，包括材料和結構；

材料選用硅基氧化物、聚苯乙烯、發光半導體、球形鈦酸鋇粉體等所有能夠產生回音壁模式的材料；微腔的結構是球形、環形或盤型，尺寸在納米至微米級別；

步驟2，將可以發生熒光共振能量轉移效應的兩種熒光物質作為熒光物質對，將其中一種熒光物質A作為供體摻雜到步驟(1)中的回音壁模式微腔內，另一種熒光物質B作為受體；

步驟3：對微腔表面進行功能化處理，使其可以與特異性識別待檢測物質的核酸適體進行連接；

微腔表面被羧基、氨基或者其他能與核酸適體結合的官能團修飾，使得微腔可以與待測的物質結合進行特異性識別檢測；并且由于在所述的核酸適體具有二級結構，5’端與3’端的堿基可以互補配對，5’端與3’端進行熒光修飾，其中一端修飾或標記步驟2所述的熒光物質B，另一端修飾或標記熒光淬滅物質，能夠使5’端與3’端修飾的所述的熒光物質B與所述的熒光淬滅物質之間發生熒光淬滅，摻雜熒光物質A的微腔與熒光物質B之間能夠發生熒光共振能量轉移(FRET)；

步驟4：對待測生物物質及化學分子的檢測

熒光物質B和摻有熒光物質A的微球分別作為對應的受體與供體進行檢測時，通過設計使核酸適體一端被熒光淬滅物質標記，另一端通過官能團分別依次與熒光物質B、微腔相連，且同一個核酸適體熒光物質B與熒光淬滅物質的距離十分接近，熒光淬滅劑會淬滅熒光物質B的熒光；用激光器對摻熒光染料的微球進行泵浦，使其產生相應波段的激光，由于熒光物質B與熒光淬滅物質的距離十分接近，熒光淬滅劑會淬滅熒光物質B的熒光，使得熒光物質A不被激發，此時沒有能量轉移產生，只有微腔的激光發射峰；當待測物質自適應地與核酸適體結合時，核酸適體的二級結構遭到破壞，熒光淬滅物質遠離了激發態的微腔和熒光物質B，此時，由于熒光物質B與熒光淬滅物質的距離變遠，熒光物質B恢復熒光，同時由于熒光物質B和微腔的距離十分接近，處于激發態的微腔作為供體會把一部分能量轉移給熒光物質A，使得熒光物質A被激發，發生一種非輻射能量轉移，即熒光共振能量轉移,在這個過程中，作為供體的微腔峰值波長會因為能量轉移給熒光基團而發生改變，而作為受體的熒光基團峰值波長則會出現并迅速移動，最終產生兩種不同波段的激光；通過測量未發生能量轉移和發生能量轉移時微腔產生激光的頻譜漂移差值可以檢測出該生物物質以及化學分子。

2.一種基于回音壁模式光學微腔的傳感檢測方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)選擇無熒光的微腔；同權利要求1的步驟1；

(2)將可以發生熒光共振能量轉移效應的兩種熒光物質作為熒光物質對，其中一種作為熒光供體記為熒光物質A，另一種作為熒光受體記為熒光物質B；將上述兩種熒光物質標記或修飾到與適配體兩端，將上述適配體分別被熒光物質A和熒光物質B修飾或標記的兩端通過官能團與無熒光的微腔相連，使得熒光物質A和熒光物質B距離接近能夠產生熒光共振能量轉移；

(3)用激光器對微腔進行泵浦，使供體熒光物質A產生相應波段的激光，由于熒光物質A和熒光物質B之間的距離接近，所以會產生熒光共振能量轉移，在這個過程中，作為供體的熒光物質A峰值波長會因為能量轉移給熒光物質B受體而發生改變，而作為受體的熒光物質B峰值波長則會出現并迅速移動，最終產生兩種不同波段的激光；當待測物質自適應地與適體結合時，適體結構遭到破壞，作為受體的熒光物質B遠離供體熒光物質A，使得熒光共振能量轉移的條件被破壞，激光輸出模式發生改變,激發態的熒光物質A不再作為供體，其峰值波長逐漸移動直至穩定，作為受體的熒光基團由于距離無法接受供體的轉移能量，其頻譜逐漸移動直至消失，通過測量發生能量轉移和未發生能量轉移時熒光基團產生激光的頻譜漂移差值可以檢測出該生物物質以及化學分子。

3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在整個光學系統中，連接了一臺光譜儀和一個CCD裝置，分別用于接收光譜變化和實時對微腔和適體進行成像檢測。

4.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，用該發明方法檢測不同種類的生物物質以及化學分子，通過觀察供體熒光基團或者微球發生熒光共振能量轉移前后諧振波長的變化量達到檢測的目的；同時，不同諧振波長的變化量對應于不同的檢測物質濃度和種類。