一种用于oird检测方法的生物芯片及其检测方法

文档序号:9372976阅读:1019来源:国知局
一种用于oird检测方法的生物芯片及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生物芯片及其检测方法,尤其涉及一种用于斜入射光反射差 (oblique-incidence reflectivity difference,0IRD)检测方法的生物芯片及其检测方 法。
【背景技术】
[0002] 生命科学是一个复杂的体系,如蛋白、核酸、糖类等每一类都包含了上万种不同的 生物分子,其小分子更是不计其数。因此生物分子的检测及其相互作用研究对生命科学中 的基础研究、医学研究、新型药物研发以及临床等领域都是十分重要和有意义的,已发展成 为生命科学中最为活跃的前沿领域之一。
[0003] 为了研究众多生物分子的特性和分子间的相互作用,在20世纪九十年代出现了 生物芯片技术,生物芯片一次可平行的同时检测上万个生物样品点的相互作用,被称之为 20世纪具有划时代意义的微量分析技术之一。但到目前为止,在检测生物芯片方面,还是以 荧光为代表的标记方法占统治地位。标记法不仅过程复杂、费时费力成本高,尤其是标记分 子的引入,可能影响或改变被检测生物分子的结构和活性。因此生命科学领域急需无标记、 高通量的检测技术和方法。
[0004] 近年来发展了 OIRD检测方法,可无标记、高通量地检测和研究生物分子及其相互 作用。OIRD检测方法的基本原理是,使一束在p偏振和s偏振之间周期性变化的调制光斜 入射到被检测物质(例如生物芯片上的生物样品)表面,并测量反射光的s和p两个偏振 分量的差值,从而检测和研究物质表面在微纳尺度上的变化和特性。图1示出了一个OIRD 检测装置的基本原理图。如图1所示,OIRD检测装置主要包括:He-Ne激光器11,用于输 出P偏振光;光弹调制器12,用于把He-Ne激光器11输出的p偏振光调制为频率(Ω )为 50kHz,在p偏振和s偏振之间周期性变化的调制光;相移器13,可在调制光的p偏振和s 偏振分量之间引入一个固定的位相差,用于基频信号调节;第一透镜14,使调制光聚焦后, 斜入射到被检测的生物样品16的表面;透镜(18),用于聚焦被生物样品16表面反射的反 射光;检偏器19,通过调节其光轴与偏振光方向之间的夹角,对倍频信号进行调节;光电二 极管探测器120,用于检测经过偏振分析器19的反射光,并将光信号转变为电信号;第一、 第二锁相放大器121、122,分别检测反射光差值的基频和倍频信号,其生成的数据由计算机 采集和处理。对于不同的生物样品、或同一样品的不同浓度、或生物分子之间的相互作用, OIRD检测装置得到的基频和倍频信号会有所不同,从而可获得生物分子或生物分子之间相 互作用的信息。
[0005] 关于OIRD检测生物芯片方法的进一步具体细节,例如可参考文献1 : Xu Wang, et al. , J Appl Phys, 2010, 107, 063109,文献2:3.1^116七&1.,厶卩卩1· Phys. Lett. ,2004,104,163701,文献 3 :He Liping,et al.Sci China Phys Mech Astron, 2014, 57, 615,中国发明专利 ZL201010128589. 5、ZL200810057538. 4、 ZL200810101699. 5 等。
[0006] 已有的研究结果表明,OIRD检测方法是目前无标记、高通量地检测生物芯片的最 好方法之一。但是目前的OIRD检测方法的检测灵敏度和分辨率尚需要进一步提高。

【发明内容】

[0007] 因此,本发明的目的在于,提供一种用于OIRD检测方法的生物芯片,可使其检测 灵敏度和分辨率达到最佳值。
[0008] 本发明提供了一种用于斜入射光反射差检测方法的生物芯片,包括:
[0009]衬底;
[0010] 所述衬底上的透明缓冲层;
[0011] 固定到所述透明缓冲层上的生物样品,
[0012] 其中,所述缓冲层的厚度被设置为:
[0013] i)同时获取所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号和倍频信号;或
[0014] ii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号的强度等于其负极大值 或其正极大值;或
[0015] iii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的倍频信号的强度等于其负极大 值或其正极大值。
[0016] 根据本发明提供的生物芯片,其中所述缓冲层的厚度被选择为使所述基频信号的 强度超过其负极大值或其正极大值的50%,同时使所述倍频信号的强度超过其负极大值或 其正极大值的50%。
[0017] 根据本发明提供的生物芯片,其中所述透明缓冲层的材料为Si02、SrTi03LaA103 或聚合物。
[0018] 根据本发明提供的生物芯片,其中所述生物样品通过活化层固定到所述缓冲层 上。
[0019] 根据本发明提供的生物芯片,其中所述缓冲层由适于固定所述生物样品的活化材 料构成。
[0020] 根据本发明提供的生物芯片,还包括流体腔,覆盖在所述衬底上,用于容纳与所述 生物样品反应的反应液。
[0021] 本发明还提供一种检测上述生物芯片的斜入射光反射差检测方法,包括:
[0022] 将背底信号的值设置为一预定值,该预定值使得斜入射光反射差检测方法的信号 的强度至少达到该信号强度能够达到的最大强度的30% ;
[0023] 对所述生物芯片进行斜入射光反射差法检测。
[0024] 本发明还提供一种用于制造上述生物芯片的方法,包括:
[0025] 在衬底上形成透明缓冲层;
[0026] 在所述透明缓冲层上形成生物样品;
[0027] 其中所述缓冲层的厚度被设置为:
[0028] i)同时获取所述斜入射光反射差检测方法的信号中的所述基频信号和所述倍频 信号;或
[0029] ii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号的强度等于其负极大值 或其正极大值;或
[0030] iii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的倍频信号的强度等于其负极大 值或其正极大值。。
[0031] 本发明提供的生物芯片中,通过设置一缓冲层,合理地选择缓冲层的厚度,可使 OIRD的基频/或倍频信号达到最大值,还可使OIRD检测同时获取基频和倍频两路信号,并 使两路信号强度较大,从而提高OIRD检测方法的检测灵敏度和分辨率。
[0032] 另外,本发明提供的无需背底调零的OIRD检测方法,可进一步提高OIRD信号的灵 敏度和分辨率。
【附图说明】
[0033] 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明,其中:
[0034] 图1为现有技术中的OIRD检测装置的结构示意图;
[0035] 图2为现有技术中的OIRD检测方法所使用的生物芯片的结构示意图;
[0036] 图3为根据本发明的一个实施例的生物芯片的结构示意图;
[0037] 图4a和图4b示出了在进行OIRD检测时根据本发明的一个实施例的生物芯片中 的光路图;
[0038] 图5a和图5b示出了一个OIRD基频和倍频信号强度随缓冲层厚度变化的关系。
[0039] 图6a示出了实施例2提供的生物芯片和对应于人IgG抗体反应的OIRD的倍频信 号二维扫描图;
[0040] 图6b示出了实施例2提供的生物芯片和对应于兔的IgG抗体反应的OIRD的倍频 信号二维扫描图;
[0041] 图7a是实施例3提供的生物芯片和兔IgG抗体反应的OIRD倍频信号的二维扫描 图;
[0042] 图7b是反应过程中用OIRD倍频信号实时监测实施例3提供的生物芯片上不同浓 度蛋白与兔IgG抗体反应的动态曲线。
【具体实施方式】
[0043] 到目前为止,还没有OIRD检测方法专用的生物芯片,因此目前OIRD检测方法使用 的生物芯片均采用荧光标记法等所使用的生物芯片的结构。图2示出了目前的OIRD检测 方法所使用的生物芯片的结构,包括:载玻片17 ;附着在载玻片17上的活化层161 ;多个生 物样品16,以矩阵状、单分子层的形式被固定在活化层161上;流体腔15,覆盖在载玻片17 上,如果流体腔15中是空气/或缓冲液体,可直接检测生物芯片表面的生物样品。如果流体 腔的液体是反应液,可检测生物芯片上生物样品和反应液的反应动态过程及其反应结果。
[0044] 由于载玻片17表面对生物样品16的附着性通常很差,因此通常需要在载玻片17 表面上设置一层活化层161,以结合生物样品16。一般而言,活化层161的厚度很薄,因此在 用OIRD检测方法检测生物样品时,可忽略活化层161对检测结果的影响。因此现有的OIRD 检测方法中,只考虑生物芯片中的载玻片17、生物样品16和流体腔15这三层的作用,所以 这种生物芯片也被称作是基于"三层模型"的生物芯片。
[0045] 在检测时,利用OIRD检测装置(例如如图1所示的OIRD检测装置)生成一束在 P偏振和s偏振之间周期性变化、且在P偏振分量和s偏振分量之间具有一定位相差的调 制光L,并将该调制光L聚焦后斜入射到生物芯片的生物样品16的表面,反射光经过OIRD 检测装置(例如如图1所示的OIRD检测装置)中的偏振分析器19,光电二极管探测器120 接收后,经第一、第二锁相放大器121U22放大,最终得到OIRD信号。
[0046] 通过理论计算可知,在生物样品16的厚度d〈〈 λ (调制光L的波长)和一级近似 的情况下,经过化简后可得到如下三层模型的关系式:
[0047]
[0048」 兵ψ 刃s和P偏怩亢汉坍竿TO对艾亿的左俚,d刃王物件m 10的序度, 调制光L入射到生物芯片表面的入射角,es、ε,ε。分别
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