[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

一種基于回音壁模式光學微腔的傳感檢測方法，屬于檢測技術領域。這種檢測方法包括了以下幾點：(1)回音壁模式微腔的選取，(2)微腔與具有二級結構核酸適體的結合，(3)具有熒光共振能量轉移效應的熒光物質對的選取，(4)對待測生物物質及化學分子檢測的具體實施方法。此探測方法的探測范圍涉及到核酸、蛋白質、DNA、RNA、外泌體，細胞及微生物等眾多生物物質以及一些化學分子，但不限于這些物質該方法也適用于細胞內物質傳感檢測。

技術領域

本發明涉及到光學回音壁微腔及核酸適體，一種利用回音壁模式 微腔和熒光共振能量轉移對生物物質及化學分子進行檢測的技術，屬 于激光技術與生物光子學領域。

背景技術

作為一種特殊的光學諧振腔，回音壁模式光學微腔將光約束在環 形邊界上使其發生連續的全反射，當光束繞幾何結構邊界傳播一圈的 光程滿足波長的整數倍時，會產生共振現象。其中用來約束光場的環 形結構即被稱為回音壁模式光學微腔。由于其特有的光學微腔結構可 以將諧振光子長時間限制在微米尺度，使得光子可以與諧振模式范圍 內的物質多次相互作用。因此，回音壁模式光學微腔具有極小的微腔 尺寸、超高的品質因子(Q)、較小的模式體積和極高的內部能量密度 等特點，成為了人們進行前沿學科研究所使用的重要光學器件之一。

目前，回音壁模式光學微腔已廣泛應用于眾多領域，由于其具有 極高的傳感靈敏度，這使得其在生物傳感和檢測方面的應用尤為引人 注意，也是目前國內外前沿研究的熱點領域。當光在回音壁模式微腔 表面發生全反射時，會在表面產生具有一定深度的倏逝波，當被檢測 物質處于倏逝場內時，就會導致微腔周圍的有效折射率發生變化，使 得其光譜發生頻移。所以在實驗中通過測量光譜的頻移量來達到檢測 的目的。2011年，美國賓夕法尼亞州立大學Svetlana V.Boriskina和 SvetlanaV.Boriskina等人首次將回音壁模式光學微腔的高靈敏度與 基于金屬納米顆粒的檢測相結合，通過Au-NPs與BSA蛋白混合孵育形成BSA-Au-NPs,并利用聚乙烯亞胺溶液增強Au-NPs與AAO膜的粘 附，使得AAO膜捕獲大量的Au-NPs。之后，采用錐形光纖將回音壁 模式微腔與層內Au-NPs進行短暫的耦合，通過測量和記錄空氣中以 及與NPs層接觸后回音壁模式微腔的共振波長，成功證明了回音壁模式可以探測被等離子體金納米顆粒吸附的BSA蛋白。本發明是基于此 背景產生的。

發明內容

本發明是一種基于回音壁模式光學微腔、核酸適體的二級結構和 熒光共振能量轉移對生物物質和化學分子進行檢測的方法。這種檢測 方法包括了以下幾點：(1)回音壁模式微腔的選取(2)微腔與具有 二級結構核酸適體的結合(3)具有熒光共振能量轉移效應的熒光物 質對的選取(4)對待測生物物質及化學分子檢測的具體實施方法(5) 此探測方法的探測范圍涉及到核酸、蛋白質、DNA、RNA、外泌體，細 胞及微生物等眾多生物物質以及一些化學分子，但不限于這些物質(6) 該方法也適用于細胞內物質傳感檢測。

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；

本實驗所使用的材料為能夠形成回音壁模式微腔的物質，例如, 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，通過聚合、熔融、納米加工等手段制作而成。 微腔的結構可以是球形、環形和盤型等，其一般尺寸大約在納米至微 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，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；