一种用于oird检测方法的生物芯片及其制造方法和检测方法
【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制造方 法和检测方法。
【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50 kHz，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，可提高检测 灵敏度和分辨率。
[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，由硅或锗构成；
[0010] 固定到所述衬底上的生物样品。
[0011] 根据本发明提供的生物芯片，还包括形成流体腔的容器，该容器具有透明窗口，所 述生物样品位于所述流体腔中，且所述生物样品通过所述透明窗口暴露于斜入射光反射差 检测方法所使用的探测光。
[0012] 根据本发明提供的生物芯片，所述生物样品通过活化层被固定到所述衬底上。
[0013] 根据本发明提供的生物芯片，其中所述衬底与所述生物样品之间还具有透明缓冲 层，选择所述缓冲层的厚度，以使得在所述斜入射光反射差检测方法中，能够：
[0014] 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
[0015] 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
[0016] 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。
[0017] 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20%，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20%。
[0018] 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、SrTiO 3 LaAlO3 或聚合物。
[0019] 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。
[0020] 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，所述生物样品直接位于所述缓冲层上。
[0021] 本发明还提供一种用于检测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60% ;
[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生物芯片的方法，包括：
[0025] 提供由硅或锗构成的衬底；
[0026] 在衬底上固定生物样品。
[0027] 本发明还提供一种用于制造生物芯片的方法，包括：
[0028] 提供由硅或锗构成的衬底；
[0029] 在衬底上形成透明缓冲层；
[0030] 在所述透明缓冲层上固定生物样品，
[0031] 选择所述缓冲层的厚度，以使得在所述斜入射光反射差检测方法中，能够：
[0032] 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
[0033] 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
[0034] 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。
[0035] 综上，本发明提供了一种基于5圭衬底或错衬底的生物芯片，可大大提1? OIRD检测 方法的灵敏度和分辨率。
[0036] 进一步地，根据本发明的一个方面，还提供了一种基于"四层模型"的生物芯片，在 硅或锗衬底与生物样品之间设置一缓冲层。通过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，或者可使OIRD检测同时获取基频和倍频两路信号，并使两路 信号的强度均较大，从而提高OIRD检测方法的检测灵敏度和分辨率，并可根据两路信号拟 合出被检测生物样品的一些物理特性。
[0037] 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】
[0038] 以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0039] 图1为现有技术中的OIRD检测装置的结构示意图；
[0040] 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；
[0041] 图3为根据本发明的一个实施例的基于"三层模型"的生物芯片的结构示意图；
[0042] 图4为根据本发明的又一个实施例的基于"四层模型"的生物芯片的结构示意图；
[0043] 图5a和图5b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 的光路不意图；
[0044] 图6a和图6b示出了根据本发明的一个实施例的OIRD基频和倍频信号强度随缓 冲层厚度变化的关系；
[0045] 图7a和图7b是根据本发明的一个实施例及对比例的OIRD信号二维扫描图；
[0046] 图8a和图8b示出了根据本发明的又一个实施例的OIRD基频和倍频信号强度随 缓冲层厚度变化的关系；
[0047] 图9a和图9b示出了根据本发明的另一个实施例的OIRD基频和倍频信号强度随 缓冲层厚度变化的关系。
【具体实施方式】
[0048] 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OIR