[發(fā)明專利]一種基于連續(xù)體束縛態(tài)的表面拉曼增強(qiáng)傳感結(jié)構(gòu)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111657038.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114295601A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱錦鋒;陳威;申家情;謝奕濃;劉雪瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張娟娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于連續(xù)體束縛態(tài)的表面拉曼增強(qiáng)傳感結(jié)構(gòu)，包括生物連接介質(zhì)層、周期性一維光柵陣列層、生物配體層、生物受體層；所述周期性一維光柵陣列分布在所述生物連接介質(zhì)襯底層之上；所述生物配體層只附著在所述生物連接介質(zhì)層之上并根據(jù)待檢測(cè)物的大小調(diào)控生物配體層的厚度；所述生物受體層只與所述生物配體層特異性免疫結(jié)合。使表面拉曼增強(qiáng)因子最為理想、待檢測(cè)物質(zhì)剛好可以位于近場(chǎng)增強(qiáng)最強(qiáng)烈的區(qū)域，以此顯著提高待測(cè)受體對(duì)局域近場(chǎng)的利用率，以此來(lái)滿足不同待測(cè)樣品的定制化表面拉曼增強(qiáng)的需求，從而提高傳感靈敏度實(shí)現(xiàn)生物分子的定制化高性能傳感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)和生物分子特異性免疫檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于連續(xù)體束縛態(tài)的表面拉曼增強(qiáng)傳感結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

由于表面拉曼增強(qiáng)(SERS)效應(yīng)對(duì)吸附在納米結(jié)構(gòu)上的待分析物具有高靈敏回應(yīng)和指紋譜識(shí)別等特性，SERS光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)、材料科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)以及生物科學(xué)等領(lǐng)域，如毒品檢測(cè)、藥品分析、單分子檢測(cè)等。為了提高SERS的近場(chǎng)增強(qiáng)因子，研究者已經(jīng)采取了很多手段，如使用表面等離激元增強(qiáng)近場(chǎng)；尖端效應(yīng)產(chǎn)生局域熱點(diǎn)；核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)以及金屬-介質(zhì)復(fù)合基底等。但研究者忽略了激勵(lì)光源對(duì)拉曼增強(qiáng)因子的增強(qiáng)作用,我們的研究表明，通過(guò)打破結(jié)構(gòu)相對(duì)于垂直入射光源的對(duì)稱性，可以觸發(fā)準(zhǔn)BIC，從而形成高局域近場(chǎng)。

此外，SERS存在重復(fù)性差的問(wèn)題，這是因?yàn)榇龣z測(cè)物的隨機(jī)分布特性，其很難每次都位于場(chǎng)最局域的位置。因此，本項(xiàng)目首次提出SERS特異性免疫檢測(cè)的概念，是指通過(guò)免疫標(biāo)記的方法，利用抗體捕獲和識(shí)別抗原，進(jìn)行信號(hào)分子標(biāo)記或是酶聯(lián)標(biāo)記的形式，將檢測(cè)物每次都能位于理想的位置并通過(guò)連續(xù)體束縛態(tài)顯著提升場(chǎng)增強(qiáng)因子從而放大拉曼增強(qiáng)信號(hào)。

特別的，針對(duì)一些腦部疾病，如阿爾茨海默癥、腦卒中、帕金森等，由于血腦屏障的存在，其血液標(biāo)志物的濃度在pg/mL甚至fg/mL級(jí)別，因此需要超靈敏的單分子檢測(cè)手段。表面拉曼增強(qiáng)所用的納米陣列的光學(xué)空間近場(chǎng)特性與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸、幾何形狀密切相關(guān)，可通過(guò)尖端效應(yīng)、局域表面等離激元共振、瑞利散射等物理機(jī)制顯著增強(qiáng)近場(chǎng)的局域能力，以提升生物傳感性能。然而，醫(yī)學(xué)實(shí)時(shí)檢測(cè)廣泛依賴于目標(biāo)生物分子與中間生物識(shí)別素的特異性免疫結(jié)合(例如抗體/抗原特異性結(jié)合，RNA與DNA的特異性結(jié)合等)，以及分子的特殊基團(tuán)與界面的相互作用、生物分子與金屬的鍵合方式等。如常規(guī)的腫瘤標(biāo)志物糖類抗原19-9分子量為10kDa，而免疫球蛋白的分子量為900kDa，且其傳感需借助中間生物配體的生物特異性捕獲。因此盡管表面拉曼的近場(chǎng)增強(qiáng)因子理想，但研究者忽略了其近場(chǎng)空間利用的有效性，這嚴(yán)重影響實(shí)際的生物傳感性能。表面拉曼增強(qiáng)機(jī)制研究仍需充分關(guān)注生物分子自身屬性與中間生物配體的影響，以提高納米尺度下的增強(qiáng)近場(chǎng)的利用率，從而更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)生物分子的高靈敏、精準(zhǔn)傳感。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于連續(xù)體束縛態(tài)的表面拉曼增強(qiáng)傳感結(jié)構(gòu)，旨在解決對(duì)于不同尺寸的檢測(cè)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)表面拉曼增強(qiáng)場(chǎng)空間的高性能利用。在對(duì)于不同的待檢測(cè)物質(zhì)，定制化生物抗體層厚度以及器件相對(duì)于入射光源的角度，從而打破光源對(duì)于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性觸發(fā)準(zhǔn)BIC,并將待檢測(cè)物質(zhì)置于局域場(chǎng)最強(qiáng)烈位置，從而達(dá)到最佳表面拉曼增強(qiáng)的場(chǎng)空間利用率的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于連續(xù)體束縛態(tài)的表面拉曼增強(qiáng)傳感結(jié)構(gòu)，包括生物連接介質(zhì)層、周期性一維光柵陣列層、生物配體層、生物受體層；所述周期性一維光柵陣列分布在所述生物連接介質(zhì)襯底層之上；所述生物配體層只附著在所述生物連接介質(zhì)層之上并根據(jù)待檢測(cè)物的大小調(diào)控生物配體層的厚度；所述生物受體層只與所述生物配體層特異性免疫結(jié)合。

優(yōu)選的，所述周期性一維光柵陣列的幾何形狀是長(zhǎng)方形、橢圓形、三角形幾何圖案中的任意一種。

優(yōu)選的，所述周期性一維光柵陣列、生物連接介質(zhì)襯底層組成的定制化表面拉曼增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述周期性一維光柵陣列的材質(zhì)為氧化鋁、二氧化硅、氟化鎂、鍺、金、銀、鋁、或鈦中的任一種或多種復(fù)合，所述生物連接介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅、一氧化硅、氟化鎂或氧化鋁。