专利名称：一种用于生化分子检测的微纳生化传感芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生化分子检测的微纳生化传感芯片。
背景技术：
随着人民生活水平的不断提高，人们对临床诊断和生物医学、司法鉴定、食品卫生产品监督分析、药物开发、工矿业领域有毒气体等生化成份的监测和处理提出了更高的要求。传统的生化分子探测识别主要是使用放射性同位素、酶或荧光等做为标识物，存在安全性和稳定性差、效率和灵敏度低的缺点，不能满足快速(以便实时处理和控制危险物)、灵敏(以便探测微量的剧毒物质)、特效(排除非致病性成份的干扰和污染)的需求，迫切希望发展新一代高灵敏度、高效、准确、方便、快速、经济的生化分子检测技术。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服上述技术的不足，提供一种高效、高灵敏度、准确、方便、快速、经济的用于生化分子检测的微纳生化传感芯片。
本发明的技术解决方案是一种用于生化分子检测的微纳生化传感芯片，其特征在于将微机械无阀泵和微纳生化传感器集成到一起构成微纳生化传感芯片，主要包括进液口、储液池、微流道、金属微纳米结构传感器、左右异阻流道、微机械无阀泵、废液池、出液口，生物分子液体由进液口流入储液池，经微流道进入由金属纳米结构传感器，部分生物分子会附着在金属微纳结构传感器的表面，再经左异阻流道进入微机械无阀泵中，当微机械无阀泵的泵腔容积发生周期变化时多余的生物分子液体经右异阻流道泵入废液池，最后经出液口排出生化传感芯片。
金属微纳米结构传感器为周期金属纳米点阵，采用微纳加工设备(如电子束光刻机)进行制作，周期金属纳米点阵的最小特征尺寸在100纳米以下，周期为百纳米量级。
异阻流道可采用Nicola Tesla发明的Tesla流道。异阻流道的工作原理是当正向流动时，流体经过宽度较大、弯折角度较小、总长度较小的主流道流动，其流阻很小；当反向流动时，流体由于惯性将首先选择与原来动量方向角度较小的方向前进，所以相当一部分流体将进入宽度较小的侧流道。侧流道的长度大于主流道，弯折角度也大于主流道，截面积小于主流道。侧流道的出口方向将被设计成与主流道前进方向形成大于90°的角，从而构成对主流道流体前进的阻力。
本发明的原理是异阻流道依靠其不同的流阻起到流动导向作用，当微机械无阀泵的泵腔吸入液体时，左异阻流道内的液体沿正方向流动，右异阻流道内的液体沿负方向流动，由于异阻流道的方向选择性，从左侧流入泵腔的液体流量大于从右侧流入的流量。当泵腔排出液体时，左异阻流道内的液体沿负方向流动，右异阻流道内的液体沿正方向流动，同理，从右侧流出泵腔的液体流量大于从左侧流出的流量。经过这样一个工作周期，将左侧的一部分流量泵向了右侧。光源发出的光被用于激发金属膜中的非辐射表面等离子体，传感器表面上大分子的吸附和解吸附作用改变了局部折射率，表面等离子体的波矢发生变化，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光中的能量损失。
本发明相比于现有技术有以下优点(1)将微机械无阀泵和微纳生化传感器集成到一起构成微纳生化传感芯片，具有结构紧凑、体积小、效率高等优点，可用于快速分析和高级过程控制。
(2)微机械往复无阀泵的结构简单，并且可以设计成平面布局，特别适合采用微细加工工艺制作。
(3)本发明中的表面等离子体传感元可以被用于重复利用。与此相反，传统的免疫测定，包括酶相联系的免疫吸收剂化验，基本上只能用一次。
(4)传统的生化分子探测识别主要是使用放射性同位素、酶或荧光等做为标识物，存在安全性和稳定性差、效率和灵敏度低的缺点。本发明利用金属微纳结构的优良电磁性质和生物亲和性对生化分子检测，可满足快速(以便实时处理和控制危险物)、灵敏(以便探测微量的剧毒物质)、特效(排除非致病性成份的干扰和污染)的需求。
本发明可以实现新的生化传感探测技术，为DNA分子、蛋白质标定和识别、药物传输、分子器件、病毒探测、细菌探测、微观组织诊断和活性治疗等领域奠定新的技术基础。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明的微机械无阀泵的工作原理图；图3为本发明的金属微纳结构传感器的结构图；图4为本发明的工作过程示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明由进液口1、储液池2、微流道3、金属微纳米传感器4、左右异阻流道7、微机械无阀泵8、废液池9、出液口10组成，生物分子液体由进液口1流入储液池2，经微流道3进入由金属微纳结构5构成的金属微纳米传感器4，部分生物分子6会附着在金属微纳结构5的表面，微机械无阀泵8的泵腔容积发生周期变化时，如图2所示，多余的生物分子液体经左右异阻流道7流入废液池9，最后经出液口10排出生化传感芯片。其中微机械无阀泵8可以设计成平面布局，这种结构最简单、便于加工，特别适合采用微细加工工艺制作。
如图3所示，金属微纳结构传感器为周期金属纳米点阵，在金属(如银)薄膜上采用微纳加工设备(如电子束光刻机)进行制作，点阵的最小特征尺寸在100纳米以下，周期为100-900纳米，即百纳米量级。
如图4所示，光源发出的光经透镜准直后照射到表面附着有生物分子的金属微纳结构传感器上产生表面等离子体波，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光的能量损失，这在反射光谱或透射光谱中是一个明显的低谷。反射光谱或透射光谱经光谱仪后成像在CCD上，通过CCD将光信号转换为电信号送入计算机处理系统进行分析。
若光源为白光，通过吸收光谱的变化可探测生物分子。若光源为单色光，共振角度强烈地依赖于传感器表面上瞬逝波范围内样品的折射率轮廓。传感器表面上大分子的吸附和解吸附作用改变了局部折射率，使共振角度发生一个移动，这个移动与生化分子的种类有关。
权利要求
1.一种用于生化分子检测的微纳生化传感芯片，其特征在于将微机械无阀泵和微纳生化传感器集成到一起构成微纳生化传感芯片，主要包括进液口、储液池、微流道、金属微纳米结构传感器、左右异阻流道、微机械无阀泵、废液池、出液口，生物分子液体由进液口流入储液池，经微流道进入由金属纳米结构传感器，部分生物分子会附着在金属微纳结构传感器的表面，再经左异阻流道进入微机械无阀泵中，当微机械无阀泵的泵腔容积发生周期变化时多余的生物分子液体经右异阻流道泵入废液池，最后经出液口排出生化传感芯片。
2.根据权利要求1所述的实现生化分子检测的微纳生化传感芯片，其特征在于所述的金属微纳米结构传感器为采用微纳加工设备进行制作的周期金属纳米点阵，周期金属纳米点阵的最小特征尺寸在100纳米以下，周期为百纳米量级。
3.根据权利要求1所述的实现生化分子检测的微纳生化传感芯片，其特征在于所述的微机械无阀泵可以设计成平面布局，特别适合采用微细加工工艺制作。
全文摘要
一种用于生化分子检测的微纳生化传感芯片，其特征在于将微机械无阀泵和微纳生化传感器集成到一起构成微纳生化传感芯片，主要包括进液口、储液池、微流道、金属微纳米结构传感器、左右异阻流道、微机械无阀泵、废液池、出液口，生物分子液体由进液口流入储液池，经微流道进入由金属纳米结构传感器，部分生物分子会附着在金属微纳结构传感器的表面，再经左异阻流道进入微机械无阀泵中，当微机械无阀泵的泵腔容积发生周期变化时多余的生物分子液体经右异阻流道泵入废液池，最后经出液口排出生化传感芯片。本发明具有结构紧凑、体积小、效率高等优点，可用于DNA分子、蛋白质标定和识别、药物传输、分子器件、病毒探测、细菌探测、微观组织诊断和活性治疗等领域。
文档编号G01N33/50GK1715916SQ20051001223
公开日2006年1月4日 申请日期2005年7月21日 优先权日2005年7月21日
发明者陈献忠, 罗先刚, 王皓, 姚汉民, 陈旭南, 李海颖 申请人:中国科学院光电技术研究所