[發明專利]基于介質微球陣列光學增強檢測的微流控芯片及檢測裝置

在審

• 申請號: 202310204195.0
• 申請日: 2023-03-06
• 公開（公告）號: CN116273221A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王光輝;張家暉;朱毅凡;徐峰;董振永
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N21/64;G01N21/65;G01N21/76
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩琦

本發明公開了一種基于介質微球陣列光學增強檢測的微流控芯片，包括芯片本體，芯片本體包括依次堆疊的上蓋板、流道層和底板層；上蓋板與流道層的接觸面上嵌入介質微球陣列，能夠聚焦入射的激發光并將所激發的光學信號折射到上蓋板外側；介質微球陣列裸露出上蓋板的部分進行特異性修飾；流道層與上蓋板的接觸面上設置注液口、出液口、檢測區，檢測區與注液口、出液口相連，檢測區與介質微球陣列裸露出上蓋板的部分直接接觸。本發明還公開了一種微流控檢測裝置。本發明通過介質微球陣列裸露出來的表面做特異性修飾，實現抗體的包被，被檢測的對象通過抗原抗體的結合，抓捕在漏出來的微球表面，起到富集作用，極大地提高了光學檢測靈敏度和分辨率。

技術領域

本發明屬于光學檢測芯片與裝置，具體為一種基于介質微球陣列光學增強檢測的微流控芯片及檢測裝置。

背景技術

光學信號檢測可以分為檢測熒光信號、拉曼光譜信號等。熒光是物質吸收光照或者其他電磁輻射后發出的光，在生化和醫藥領域有著廣泛的應用。人們可以通過化學反應把具有熒光性的化學基團粘到生物大分子上，然后通過觀察示蹤基團發出的熒光來靈敏地探測這些生物大分子。拉曼光譜是研究分子振動、轉動的一種光譜方法，是激發光照射在待測物上與待測分子產生的非彈性散射所產生的特異性光譜。拉曼光譜被稱為物質的“指紋譜”，可研究分子結構信息，具有十分良好的檢測特異性，且它具有檢測時間短、對樣品非接觸、可定性定量地同時檢測多種液體/氣體/固體等優點。光學信號檢測技術飛速發展，在材料分析、生物醫學、石油化工等各個領域有著廣泛的應用，為各學科的發展提供了強有力的研究方法。

微流控技術指的是使用微管道處理或操縱微小流體的系統所涉及的科學和技術，它集成了復雜的處理流程，在有機合成、微反應器、化學分析和生物醫學等等領域發揮著重要的作用。而在微流控系統中往往需要一種光學的檢測手段，它和光學檢測技術的結合應用有著十分大的潛力和發展前景。

蛋白質芯片是一種高通量的蛋白功能分析技術。原理是對固相載體(玻片、硅等)進行特殊的化學處理，再將已知的蛋白分子產物(抗體等)固定其上，根據這些生物分子的特性，捕獲能與之特異性結合的待測蛋白(抗原等)，經洗滌、純化，再進行確認和生化分析。它的檢測方式是將待測蛋白用熒光素或同位素標記，結合到芯片的蛋白質就會發出特定的信號，檢測時用相機記錄并利用計算機軟件進行數據分析。目前研究高靈敏度、高分辨率檢測方法，實現成像與數據分析一體化仍是未來發展的重點。

目前，在熒光檢測中往往需要很高的檢測靈敏度，這就要求在很低的熒光信號強度下依然能檢測到光學信號。同樣的，在拉曼光譜檢測中，拉曼散射光的強度很低，在檢測中靈敏度較低，這極大地限制了拉曼光譜的應用。且主流成熟的拉曼檢測光譜儀工作距離短，聚焦位置需要精準定位，這也阻礙了拉曼光譜方法的集成化。這使得很難將光學檢測技術應用在集成化的微流控系統中。而在蛋白質芯片領域，利用玻片作為載體做光學信號的檢測，得到的靈敏度和分辨率往往達不到要求。這就要求尋找到一種能增強光學信號的微納結構。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種增強光學檢測靈敏度、信號穩定性好的基于介質微球陣列光學增強檢測的微流控芯片，本發明的另一目的是提供一種顯著提高光學信號強度的微流控檢測裝置。

技術方案：本發明所述的一種基于介質微球陣列光學增強檢測的微流控芯片，包括芯片本體，芯片本體包括依次堆疊的上蓋板、流道層和底板層；上蓋板與流道層的接觸面上嵌入介質微球陣列，能夠聚焦入射的激發光并將所激發的光學信號折射到上蓋板外側；介質微球陣列裸露出上蓋板的部分進行特異性修飾，實現抗體的包被，被檢測的對象(抗原、外泌體、細胞)可以通過抗原抗體的結合，抓捕在漏出來的微球表面；流道層與上蓋板的接觸面上設置注液口、出液口、檢測區，檢測區與注液口、出液口相連，檢測區與介質微球陣列裸露出上蓋板的部分直接接觸。

進一步地，介質微球陣列嵌入上蓋板的深度為介質微球直徑的0.3倍～1.0倍。介質微球的折射率、融化溫度比上蓋板的高，直徑小于等于300μm。介質微球優選為BaTiO₃微球或者摻雜高折射率玻璃微球。