专利名称：一种组件式多功能传感器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器及其制备方法，尤其是一种用于大批量同步检测生物、化学物质的传感器，具体地说是一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件及其制备方法。
背景技术：
能够同时检测多种材料的多功能传感器件由于其体积小、信息量大、性能良好、使用方便、可靠性高，是生物、化学传感器件的发展方向，受到全世界科研工作者及传感器供应商的高度关注。目前，生物、化学材料多功能传感器件主要集中在阵列式传感芯片及微流体芯片上。阵列式传感芯片主要通过在某载体表面由点样、原位合成而制备传感敏感材料阵列后与样品反应而检测多种生物、化学物质。该方法存在的主要问题是扩散反应时间长、传感敏感材料间可能存在相互污染的问题及使用范围局限于核酸及蛋白材料而且点样法密度低，而原位合成技术成本高的问题。该方法的主要优点是通量大。微流体芯片也叫微流控芯片它通过微管道网络将整个化验室的功能包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在可多次使用的微芯片上。微流体芯片的优点是适用范围广。但是其主要问题包括通量低、关键技术尚需开发等限制它的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合于大批量标准化生产的阵列式传感器件及其制备方法。
本发明的技术方案是一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，包括若干相同或不同的带有传感敏感材料能够检测特定被检测物的移动式传感功能单元(1)、传感换能平台(2)、边框(4)、盖板(5)及操控装置(3)，其特征是表面连接有传感敏感材料的移动式传感功能单元(1)可在操控装置(3)的能量场作用下，在由传感换能平台、盖板、边框构成的传感换能空间内(6)与被检测物作用，也可在操控装置的能量场的作用下进行物质分离，还可在操控装置的能量场的作用下而定位于传感换能平台(2)上用于检测。
被检测物在经过外界或者辅助单元处理后或者直接引入传感换能空间，在操控装置作用下与移动式传感功能单元(1)、其它试剂进行混合、作用，然后在操控装置(3)作用下，传感功能单元定位于传感换能平台(2)上，在被检测物、其它试剂存在或者分离的情况下进行检测。
移动式传感功能单元1是能够对某种生物、化学物质敏感响应的功能单元。移动式传感功能单元是一种功能颗粒，形貌、材料任选，优选不倒翁结构，大小介于20纳米至1厘米。所谓的不倒翁结构是指结构的下部为弧形，且重心在下部的结构，该类结构能够确保传感功能单元1能够在平面上自由站立，或者在传感换能平台2的坑洞4内密切固定。以确保它能够方便容易地固定入炕洞式传感换能平台的坑洞内或者在坑洞固定及坑洞外分散运动间自由切换。
移动式传感功能单元至少含有传感敏感材料及结构支撑材料。传感敏感材料及结构支撑材料可以是不同的物质也可以是同一种物质。传感敏感材料部分可以是光滑的也可以是粗糙的或者多孔结构的但优选采用高比表面积的结构以提高传感性能。在同一传感器中的功能颗粒优选连接有传感敏感材料的表面大小一致或者具有可比性表面积的功能颗粒。为提高移动式传感功能单元的可操控性传感功能单元内部或者表面优选包含磁、电、声、热或者电磁响应组分。移动式传感功能单元用于检测时可以进行标记也可以不进行标记，但优选进行标记。
传感换能平台2是能够承载传感功能单元1的具有一定面结构的功能单元。它的作用主要表现在承载传感功能单元及传导外部能量场定位传感功能单元于传感换能平台1上以及确保传感功能单元1能够在定位于传感换能平台2上及在外部能量场的作用下分散、运动间切换。传感换能平台可为实际的平台也可为虚拟的平台。当传感换能平台为实际平台时，传感换能平台的面结构可以是平面、曲面或者是形貌任选的面结构而优选具有与传感功能单元匹配的炕洞阵列结构的平面结构，炕洞的洞径大小介于20纳米至1厘米，且根据需要其表面可以载有与每个坑洞相连的印刷电路。传感换能平台可以为单层或多层结构，但优选多层结构，上层为载有坑洞阵列且在坑洞底极薄的能量场非良导体下层为能量场的良导体，或者上层为载有坑洞阵列的能量场良导体而下层是除了与坑洞底相对应部分为能量场良导体外而其它部分则为能量场不良导体材料，以保证能量场有效作用于传感换能单元，使得传感换能单元能够有效地固定于传感换能平台或者在传感换能空间内分散、运动间方便切换。传感功能单元可以固定于传感换能平台上也可以是传感功能单元能够在传感换能平台上固定及分散、运动间切换的。传感换能平台的形状包括条带状、矩形等任选平面结构，还可为条带在转盘上、微流体芯片状、阵列芯片状、笔式等。当传感检测利用电化学、电阻、电感、电容等涉及电的使用时，传感换能平台2上还印有与外部电源连通的印刷电路。当传感换能平台为虚拟平台时，操控装置能够通过能量场将移动式传感换能单元固定在一个或者多个能够进行检测的平面或者曲面上。
传感换能平台可以通过平板印刷-刻蚀结合法、模板压印法、铸模法制备具有特种坑洞阵列的膜片结构。这里所述的模板压印法指的是将载有与特种坑洞结构对应的突起物阵列的模板压入由于熔融、溶解等原因而软化的材料表面，在软化材料变硬固化后即可获得特种坑洞阵列。载有与特种坑洞结构对应的突起物阵列的模板可以通过平板印刷-刻蚀结合法或者其它方法制备。在印有特种坑洞阵列的膜片结构的上方可以根据需要进行包括薄膜沉降、电路印刷、平板印刷-刻蚀等处理使得该结构与传感功能单元兼容并且适合相应的检测手段如需要用电化学进行检测则应该在表面印制印刷电路。在印有特种坑洞阵列的膜片结构的下方为具有良好能量场导通能力并且能与印有特种坑洞阵列的膜片结构结合良好的材料，如对磁场具有良好导通能力并且与坑洞阵列膜片结构高分子材料结合良好的高分子材料。辅助单元包括微型泵等除了可以固定在传感换能空间顶盖外还可以固定在传感换能平台上。
基于功能颗粒的组件式多功能传感器件的操控装置的操控方式包括混合、定位、分离及温度控制。混合方法有机械搅拌、机械混合、磁力搅拌、超声混合、旋转电场混合，定位方法有重力定位、磁场定位、电场定位、离心力定位、向心力定位、机械定位。分离方法有过滤、吸附、机械固定分离、离心、萃取、电泳、层析。当采用磁力操控时，移动式传感功能单元优选包含磁性组分。操控装置可以与组件式多功能传感器件组合在一起，也可以与组件式多功能传感器件分离。一个基于功能颗粒的组件式多功能传感器件的机械操控装置可以只有一个，也可以有多个。
组件式多功能传感器件带有盖板、边框，并且盖板(5)、边框与传感换能平台(2)一起组成换能空间(6)。传感换能空间6是能够容纳离开传感换能平台2的传感功能单元1、检测用试剂及检测样品的空间。传感换能空间可以通过分隔结构分隔成完全分离或者部分分离的结构单元即传感换能空间6可以只有一个腔室也可以包含多个腔室。当有超过一个腔室时，腔室间可以完全流通、通过阀门控制流通还可以互相不相通。不同种类的传感功能单元可以同在一个腔室，也可以是在不同腔室，腔室间试剂、溶液能够自由流通、可控流通或者不能流通。当需要将不同种类的传感换能单元1分隔开时，传感换能平台2上还有坝式结构分隔带使得坝式分隔带的顶部与传感换能空间6的顶部的距离小于传感换能单元1的尺寸。盖板(5)上可以带有注射孔(501)。在传感换能空间(6)的外侧安装有辅助单元(7)。辅助单元7为一些具有辅助功能的结构单元如样品注射单元、促进溶液循环的微型泵、控温装置等。注射单元通常固定在传感换能空间6的顶盖5上或者侧面而微型泵等则通常固定在传感换能平台2上。辅助单元能够实现采样、提纯、分离、富集、试剂添加、反应、清洗、排放、温度控制、流体流动控制、压力控制功能、数据采集、分析、输出中的一种或者多种。
上述组件式多功能传感器件的可通过以下制备方法加以实现a、首先将作为制备材料的有机材料、无机材料或无机-有机复合材料通过注模法、微球聚合合成法、切割法、平板印刷-刻蚀结合法或流体无模固化法同时批量制备得到胚体颗粒；b、其次对表面不带有连接官能团的胚体颗粒通过化学或物理的方法使其表面形成连接官能团；对表面本身带有连接官能团的胚体颗粒，则直接进行下一步操作；c、然后通过化学或物理的方法在上述带有连接官能团的胚体颗粒表面固定传感敏感材料即制得传感功能单元；d、再通过选取适当的版材包括平板、带有尺寸与相对应的传感功能单元的尺寸相匹配的阵列式坑洞的平面或者曲面状板材或者形貌任选的面板作为实的传感换能平台，也可以选取可以通过外部能量场而控制传感换能单元定位的虚拟规则面为虚的传感换能平台；e、最后将上述制得的传感功能单元、传感换能平台与盖板、边框、辅助单元组装，然后与组装的或者分离的操控装置组合即得本发明的组件式多功能传感器件。
组件式多功能传感器件的制备方法中的传感功能单元带有传感标记，该传感标记或在胚体颗粒制备时制作，或在固定传感敏感材料时的增加，或在固定传感敏感材料后增加。标记的方法包括单一或者多种荧光材料进行标记、单一或者多种颜色材料(包括染料、有色金属、结构色材料包括干涉、衍射、光子晶体结构色材料)进行标记、单一或者多种发光材料进行标记、简单或者复杂几何形状包括几何形状大小方式进行标记、利用位置进行标记、利用元素包括放射性同位素进行标记、电导性能进行标记、磁性能进行标记、条码进行标记，以上标记方法的两种或者两种以上的复合标记方法进行标记。
组件式多功能传感器件的组装(即将盖板、边框、传感换能平台、控制装置等结构连接)可以通过胶粘剂、热黏附、镶嵌等方法进行。具体使用时对传感换能单元1在传感换能平台2上的组装可以通过点样法、流体输运法等方法将传感换能单元1导入至传感换能平台2的表面，然后通过传感换能平台2下方的控制装置3来实现固定，而传感换能单元1离开传感换能平台2进行分散、运动也可通过在传感换能平台2上方或者下方的控制装置3来实施。
组件式多功能传感器件通过电磁信号检测如紫外可见光谱、红外光谱、原子光谱、发光检测、波导检测、表面等元激离光谱技术、白光干涉光谱等，电性能检测如电导检测、电容检测、电化学检测、压电检测技术等，磁性能检测如核磁共振检测、磁矫顽力检测等，力性能检测如重量分析、压力分析等，声学性能检测如声频检测、声幅检测等，热性能检测如量热分析、差热分析、热导检测等，成像检测即二维或者二维以上多维物理、化学、生物参数的检测如显微镜检测等方法中的一种或者多种方法进行检测。使用时，对组件式多功能传感器件的检测可以通过标记检测也可以通过无标记检测。
如上所述，本发明的传感换能单元、传感换能平台及其它辅助单元可通过标准件式批量集中进行生产，其传感换能单元大小介于20纳米至1厘米之间；制造时可先通过注模法、微球聚合合成法、切割法、平板印刷-刻蚀结合法或无模板流体固化法制备成特种三维形状的传感功能单元胚，然后通过已有的或者引入的具连接功能的官能团如羟基、羧基、胺基、醛基等连接传感敏感材料从而制备传感换能单元。所述的注模法是指将能够固化的流体态材料注入特定形状的模具内固化而获得特定形状颗粒的方法。注模的材料包括常温常态下为固态由于溶解、熔融而成为流体状态的材料，也包括能够通过化学反应而变为固态的材料。微球合成法是指利用表面张力将流体态材料通过聚合、凝固、溶剂挥发、固化反应而成球体材料的方法。切割法是指通过将固态材料切割成特定的三维形状而获得特定形状颗粒的方法。切割方法包括机械切割、化学腐蚀、流体切割。无模板流体固化法是指将能够固化的流体在无模板的一定条件下固化而获得特定形状颗粒的方法。上述诸方法中所述流体可以是气体、液体、超临界流体、等离子体、液态颗粒包含于载流体、固态颗粒包含于载流体。其中引入具连接功能的官能团是通过偶联试剂如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等引入具连接功能的官能团或者通过等离子体气体反应或者通过化学反应引入具连接功能的官能团或者通过真空镀膜、磁控溅射镀膜、气相沉积等方法在特种三维形状的传感换能单元的表面沉积薄膜后引入具连接功能的官能团。所述的传感敏感材料包括细胞敏感材料、细菌敏感材料、病毒敏感材料、蛋白敏感材料、核酸敏感材料、离子敏感材料、小分子敏感材料、载有传感敏感材料的载体如引入传感敏感官能团或者官能团组的高分子材料。所述的传感功能单元是通过在传感换能平台上组装而用于传感目的的。传感功能单元能够通过外加能量场被固定在传感换能平台上，也能够通过外加能量场而与其它包括被检测样品中物质进行分离，还可以通过外加能量场而被分散到传感换能空间中，这些过程可以重复或者循环进行。所述的外加能量场可为机械作用力、磁场、电场、声场、电磁场。所述的传感换能单元优选不倒翁结构即下部是弧形的，而上部的形状则可任选，传感换能单元重心保证传感功能单元能够立于平面上。
传感功能单元可通过能量场固定在无坑洞或者有坑洞的传感换能平台上。对于有炕洞的传感换能平台及需要与传感换能平台上炕洞对接的下部为弧形的传感功能单元，如传感功能单元不为球形时，传感功能单元与传感换能平台结合坑口处的截面大于等于坑口下方传感功能单元与传感换能平台坑结合处的截面，当传感功能单元为球形时，传感功能单元的弧度小于等于传感换能平台坑的弧度以确保传感换能单元的传感敏感材料在传感换能平台的结合坑外。
传感功能单元1、传感换能平台2、传感换能空间6及辅助单元7特别是传感换能单元1均可通过标准件式批量集中生产。
制造传感功能单元的材料包括有机材料如有机高分子材料、有机小分子材料、无机材料如无机陶瓷材料、无机金属材料及无机-有机复合材料。
多种传感功能单元在传感换能平台上的组装可以通过点样法、机械操控法、流体载入法载入组装。
所检测的材料包括细胞、细菌、病毒等微型生物体，蛋白、核酸等生物化学大分子、离子、糖、氨基酸等生物、化学小分子、气体。
本发明的有益效果本发明首次将标准件批量生产的概念引入多功能生物化学传感器件领域，通过标准件式批量生产传感换能单元、传感换能平台及其它辅助单元然后通过组装生产多功能生物、化学传感器件。由于通过该技术生产的多功能传感器件产量大、成本低、易于将多功能传感器件微型化并且组装后的传感换能单元能够通过外部能量场的控制进行有效分散、运动及固定解决了阵列式生物芯片的适用范围窄、传感敏感材料存在相互污染及扩散反应时间长等缺点及微流体芯片通量低、制备复杂的问题，从而可以获得能够以低廉的价格高效、同步检测多种生物、化学物质的高性能多功能传感器件。
本发明所述的集中批量生产组件式传感的优点体现在以下二个方面一是制造传感功能单元的胚体颗粒时使用的是可大批量生产同种规格的胚体颗粒的方法，而将胚体颗粒制造成带有传感敏感材料的传感功能单元时也可采用化学或物理的方法将上述批量生产得到的胚体颗粒再以批量的形式生产出不同传感敏感材料的传感功能单元，从而可用一种方法同时获得大批量的同种传感功能单元，不同的组合即可生产出大批量不同的传感换能单元，因此可大大降低传感换能单元的制造成本。
二是在将传感功能单元与传感换能平台组装时，在同一个平台上可同时组装多种不同传感敏感材料的传感功能单元，使得一个传感器可同时批量检测不同的对象。
图1是本发明传感器件的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种组件式多功能传感器件，包括传感功能单元1、传感换能平台2、操控装置3、边框4、盖板5、辅助单元7，传感功能单元1安装在传感换能平台2上的阵列式坑洞8中，磁力发生装置3位于传感换能平台2的下方；传感功能单元1的外形与传感换能平台2上的阵列式坑洞8相配，其内部包裹有磁性颗粒101，其表面连接有传感敏感材料，传感功能单元1的大小介于20纳米至1厘米，在传感功能单元1的上部安装有带有注射孔501的盖板5，盖板5与传感换能平台2一起组成一个换能空间6。传感换能平台2上设有若干个将其分割成区的坝状结构。在传感换能平台2的下部，磁力发生装置3的上部设有与传感换能平台2相配的磁导板。在传感换能平台2的外侧安装有辅助单元7；辅助单元7可为微型循环泵。
它通常由四部分组成。它的下部优选为弧形结构以确保它能够方便容易地固定入炕洞式传感换能平台的坑洞内或者在坑洞固定及坑洞外分散运动间自由切换。它的中部为几何形状任选的支撑结构材料，用于连接下部及上部，它的上部为传感敏材料膜，含有传感敏感组分、标记组分，支撑结构材料中包含有便于整个传感功能单在传感换能平台2上定位、固定的磁性颗粒，传感敏感材料膜可以是光滑的也可以是粗糙的或者多孔结构的。传感敏感材料膜可以是弧形的也可以是平面状的。当传感敏感膜呈平面状时可以选用任意的平面几何形状。对于非弧形传感换能单元1，传感换能单元1固定在传感换能平台2的坑洞4口部的截面小于等于传感换能单元1上部传感敏感材料膜的截面，以确保对于非弧形传感换能单元1的传感敏感材料膜在传感换能平台2的坑洞外。对于弧形传感换能单元1，传感换能单元1的弧度小于等于传感换能平台2坑洞4的弧度以确保弧形传感换能单元1能够固定于传感换能平台2的坑洞内4。
传感换能平台2是能够承载传感换能单元1的功能单元。它的作用主要表现在选择性传导外部能量场固定传感功能单元于传感换能平台1的坑洞4内以及确保传感换能单元1能够在密实地固定于传感换能平台2的坑洞4内及在外部能量场的作用下分散、运动间切换。传感换能平台2主要由能够与传感功能单元1密合的坑洞4阵列及其下方的磁力发生装置3组成。磁力发生装置3包括能够可逆或者不可逆地固定或者分散传感换能单元的磁场、电场、声场、电磁场等。当传感检测利用电化学、电阻、电感、电容等涉及电的使用时，传感换能平台2上还印有与外部电源连通的印刷电路。
详述如下对于传感换能单元可以首先通过压印注模法(类似于铸造的方法)、微球聚合合成法、平板印刷-刻蚀结合法、切割法、无模板流体固化法制备成特种三维形状，得到内部包含有磁性颗粒的胚体颗粒，如果制备材料的表层含有连接官能团，如羟基、羧基、胺基、醛基等，则不需引入具连接功能的官能团；如果没有则需要通过偶联试剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等引入具连接功能的官能团或者通过等离子体气体反应或者通过化学反应引入具连接功能的官能团；如果其表面不适合固定连接官能团则根据需要可以在将固定传感敏感材料的一面通过真空镀膜、磁控溅射镀膜、气相沉积等方法在特种三维形状的传感换能单元的表面通过气相或者液相沉积薄膜，然后再引入连接官能团。对于含有或者已经引入了连接官能团的表层则可通过化学共价固定或者物理吸附的方法固定传感敏感材料。传感敏感材料包括对蛋白、核酸、离子、小分子敏感的材料及载有传感敏感材料的载体如引入传感敏感官能团或者官能团组的高分子材料。这里所讲的压印注模法指的是将熔融材料、高分子有机或者无机材料溶液、能够反应变为高分子材料的有机、无机小分子材料溶液注入能够最终形成所需传感换能单元三维形状的模具，通过熔融液的冷却、高分子有机或者无机材料溶液中溶剂的消除、能够通过反应变为高分子材料的有机、无机小分子材料溶液的聚合及溶剂的消除而形成特种传感换能单元的初胚。微球合成法指的是通过在溶剂或者气体中利用表面张力使得高分子材料的溶液或者能够通过聚合、其它化学反应而形成高分子材料的溶液或者熔融材料形成球形，然后利用高分子材料溶液中溶剂的消除、能够通过聚合、其它化学反应而形成高分子材料的溶液的聚合及溶剂的消除、熔融材料的冷却而得到微球。平板印刷-刻蚀法指的是通过平板印刷技术首先在某种材料表面印有特殊选定的形貌然后通过选择适当的刻蚀技术刻蚀出特殊的三维形貌，如果需要可以重复进行平板印刷-刻蚀过程以便获得最终所需的三维形貌。压印注模法及微球合成法中所用材料可以是完全的流体材料也可以是流体与固体材料的混合物或者完全是固态材料的颗粒。
具体实施时，传感换能平台还可为平板式结构，其表面可不加工出或加工出很浅的如上所述的坑洞，传感换能单元的固定完全依赖于磁场的作用。
标记检测中的标记方法包括单一或者多种荧光材料进行标记、单一或者多种颜色材料(包括染料、有色金属、结构色材料包括干涉、衍射结构色材料)进行标记、单一或者多种发光材料进行标记、简单或者复杂几何形状包括几何形状、大小的方式进行标记、利用位置进行标记、利用元素包括放射性同位素进行标记。标记可以采用一种标记方法，也可以采用两种或者两种以上的标记方法。通过标记进行检测的方法包括吸收光谱、荧光光谱、元素检测、电化学检测、发光检测、压电检测、热导检测、电导检测、光学显微镜、荧光显微镜、红外显微镜、椭圆偏振显微镜、电阻检测、电容检测、电感检测、波导检测、白光干涉光谱、表面等元激离光谱技术等。检测可以采用一种检测方法也可以同时采用两种或者两种以上的检测方法。
通过组件式多功能传感器件的检测的材料包括细胞、细菌、病毒等微小生物体，蛋白、核酸等生物、化学大分子、离子、糖、氨基酸等生物、化学小分子、气体。
现在参照下面的实施例来描述本发明，这些实施例仅用于解释本发明而不用来限定本发明的范围。
实施例一先通过铸模法获得大小均一直径约50微米的上表面平整，直径约为50微米的圆形表面的不倒翁结构的内含磁性颗粒的聚苯乙烯颗粒，然后通过氮等离子气体处理其上表面使其表面带有氨基，然后用连接试剂戊二醛连接甲肝抗体，得到能够检测甲肝抗原的传感功能单元。重复上述步骤，分别批量制备表面为方形及菱形的不倒翁结构的内含磁性颗粒的能够检测乙肝、丙肝的聚苯乙烯传感功能单元。将上述三种传感功能单元各取一颗放入一个上盖透明，下底平整，的直径约一厘米的微盒中，并与人体血清样品在磁力搅拌下反应，然后再通过磁力固定传感功能单元于下底即传感换能平台上，并用试剂进行清洗，再与荧光标记的甲肝抗体、乙肝抗体、丙肝抗体溶液反应后清洗，通过显微镜检测形貌及荧光即可判断人体血清样品中是否含有甲肝、乙肝、丙肝病毒。
实施例二先通过微球合成法批量制备直径为10微米的二氧化硅微球，然后浸入1％的胺丙基三己氧基硅烷乙醇溶液中反应2小时后，取出清洗后用戊二醛分别批量连接抗亲和素与乙型流感病毒单克隆抗体、甲型流感病毒单克隆抗体及丙型流感病毒单克隆抗体中的一种抗体，然后分别将标记了不同光谱响应的硒化锌量子点颗粒的亲和素与上述三种微球反应并清洗后将这三种微球放入一个可拆卸式离心管盖上嵌入式微腔内，微腔上有向着离心管内部的微孔。向盖内微腔装有上述三种传感功能单元即标记了量子点微球的离心管注入待分析血液样品及荧光标记的三种流感病毒多克隆抗体的溶液，盖上离心管的盖子并离心去除血液中的细胞，然后将离心管倒置并在适当温度下进行摇晃混合反应，然后正置离心管分离传感功能单元微球与血清混合液，使得传感功能单元微球立于离心管盖上微腔的向着离心管内的带微孔的基板即传感换能平台上，然后通过显微镜进行量子点标记识别微球及荧光标记识别所测定样品中是否含有三种流感病毒。
实施例三先通过微球合成法批量制备内含超顺磁性磁性颗粒的直径为10微米的二氧化硅微球，然后浸入1％的胺丙基三己氧基硅烷乙醇溶液中反应2小时后，取出清洗后用戊二醛分别批量连接抗亲和素与乙型流感病毒单克隆抗体、甲型流感病毒单克隆抗体及丙型流感病毒单克隆抗体中的一种抗体，然后分别将标记了不同光谱响应的硒化锌量子点颗粒的亲和素与上述三种微球反应并清洗后将这三种微球通过一个注射孔注入一个微流体芯片内。通过另外一个注射孔注入待分析血液样品及荧光标记的三种流感病毒多克隆抗体的溶液并在适当温度下进行磁力搅拌混合反应，然后通过外置的柱形永磁体以一定频率将带有磁性颗粒的二氧化硅微球定位在光学检测系统能够检测的位置，从而形成周期性的信号、噪音检测二维图像，对所采集图像进行统计分析进行量子点标记识别微球及荧光标记识别所测定样品中是否含有三种流感病毒。
实施例四先通过微球合成法批量制备直径为10微米的二氧化硅微球，然后浸入1％的胺丙基三已氧基硅烷乙醇溶液中反应2小时后，取出清洗后用戊二醛分别批量连接抗亲和素与乙型流感病毒单克隆抗体、甲型流感病毒单克隆抗体及丙型流感病毒单克隆抗体中的一种抗体，然后分别将标记了不同光谱响应的硒化锌量子点颗粒的亲和素与上述三种微球反应并清洗后将这三种微球放入24孔板内，并分别注入待分析血液样品及荧光标记的三种流感病毒多克隆抗体的溶液，然后在适当温度下进行摇晃混合反应，并通过磁力固定磁性微球在24孔板内从而与包括分析的血液样品及添加溶液的混合溶液分离，然后进行清洗，最后通过磁力将传感功能单元微球定位在24孔板的板底，最后通过显微镜进行量子点标记识别微球及荧光标记识别所测定样品中是否含有三种流感病毒。
权利要求
1.一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，包括若干相同或不同的带有传感敏感材料能够检测特定被检测物的可移动式传感功能单元(1)、传感换能平台(2)、边框(4)、盖板(5)及操控装置(3)，其特征是表面连接有传感敏感材料的移动式传感功能单元(1)可在操控装置(3)的能量场作用下，在由传感换能平台、盖板、边框构成的传感换能空间内(6)与被检测物作用，也可在操控装置的能量场的作用下进行物质分离，还可在操控装置的能量场的作用下而定位于传感换能平台(2)上用于检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，其特征是被检测物在经过外界或者辅助单元处理后或者直接引入传感换能空间，在操控装置作用下与移动式传感功能单元(1)、其它试剂进行混合、作用，然后在操控装置(3)作用下，传感功能单元定位于传感换能平台(2)上，在被检测物、其它试剂存在或者分离的情况下进行检测。
3.根据权利要求1所述的一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，其特征是所述的移动式传感功能单元是一种功能颗粒，形貌、材料任选，而优选连接有传感敏感材料的表面向上的不倒翁结构，大小介于20纳米至1厘米。在同一传感器中的功能颗粒优选连接有传感敏感材料的表面大小一致或者具有可比性表面积的功能颗粒。传感功能单元连接有传感敏感材料的表面可以是光滑的也可以是粗糙的或者多孔结构的但优选采用高比表面积的结构以提高传感性能。为提高移动式传感功能单元的可操控性传感功能单元内部优选包含磁、电或者电磁响应组分。移动式传感功能单元用于检测时可以进行标记也可以不进行标记，但优选进行标记。
4.根据权利要求1所述的一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，其特征是所述的传感换能平台为承载移动式传感功能单元和/或者操控装置的平台。传感换能平台可为实际的平台也可为虚拟的平台。当传感换能平台为实际平台时，传感换能平台可为平面或者曲面的板材或者片材，平面或者曲面可以是光滑的也可以含有能够承载移动式传感换能单元的炕洞的。当传感换能平台为虚拟平台时，操控装置能够通过能量场将移动式传感换能单元固定在一个或者多个能够进行检测的平面或者曲面上。
5.根据权利要求1所述的一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，其特征是所述的操控装置的操控方式包括混合、定位、分离及温度控制。混合方法有机械搅拌、机械混合、磁力搅拌、超声混合、旋转电场混合，定位方法有重力定位、磁场定位、电场定位、离心力定位、向心力定位、机械定位。分离方法有过滤、吸附、机械固定分离、离心、萃取、电泳、层析。当采用磁力操控时，移动式传感功能单元优选包含磁性组分。操控装置可以与组件式多功能传感器件组合在一起，也可以与组件式多功能传感器件分离。一个基于功能颗粒的组件式多功能传感器件的机械操控装置可以只有一个，也可以有多个。
6.根据权利要求1所述的一种基于功能颗粒的组件式多功能传感器件，其特征是组件式多功能传感器件带有盖板、边框，并且盖板(5)、边框与传感换能平台(2)一起组成换能空间(6)。换能空间可以通过分隔结构分隔成完全分离或者部分分离的结构单元。盖板(5)上可以带有注射孔(501)。
7.根据权利要求1、2、5、6所述的一种组件式多功能传感器件，其特征是在传感换能空间(6)的外侧或者内部安装有辅助单元(7)。辅助单元能够实现采样、提纯、分离、富集、试剂添加、反应、清洗、排放、温度控制、流体流动控制、压力控制功能中的一种或者多种。
8.一种组件式多功能传感器件的制备方法，其特征是包括以下步骤a、首先将作为制备材料的有机材料、无机材料或无机—有机复合材料通过注模法、微球聚合合成法、切割法、平板印刷—刻蚀结合法或流体无模固化法同时批量制备得到胚体颗粒；b、其次对表面不带有连接官能团的胚体颗粒通过化学或物理的方法使其表面形成连接官能团；对表面本身带有连接官能团的胚体颗粒，则直接进行下一步操作；c、然后通过化学或物理的方法在上述带有连接官能团的胚体颗粒表面固定传感敏感材料即制得传感功能单元；d、再通过选取适当的版材包括平板、带有尺寸与相对应的传感功能单元的尺寸相匹配的阵列式坑洞的平面或者曲面状板材或者形貌任选的面板作为实的传感换能平台，也可以选取可以通过外部能量场而控制传感换能单元定位的虚拟规则面为虚的传感换能平台；e、最后将上述制得的传感功能单元、传感换能平台与盖板、边框组装，然后与组装的或者分离的操控装置组合即得本发明的组件式多功能传感器件。
9.根据权利要求8所述的组件式多功能传感器件的制备方法，其特征是所述的传感功能单元带有传感标记，该传感标记或在胚体颗粒制备时制作，或在固定传感敏感材料时的增加，或在固定传感敏感材料后增加。标记的方法包括单一或者多种荧光材料进行标记、单一或者多种颜色材料(包括染料、有色金属、结构色材料包括干涉、衍射、光子晶体结构色材料)进行标记、单一或者多种发光材料进行标记、简单或者复杂几何形状包括几何形状、大小方式进行标记、利用位置进行标记、利用元素包括放射性同位素进行标记、电性能进行标记、磁性能进行标记、条码进行标记，以上标记方法的两种或者两种以上的复合标记方法进行标记。
10.根据权利要求1所述的组件式多功能传感器件其特征在于组件式多功能传感器件通过包括光谱检测在内的电磁场检测、元素检测、电性能检测、磁性能检测、成像检测方法中的一种或者多种方法进行检测。
全文摘要
本发明公开了一种适合于大批量生产的组件式多功能传感器件，包括若干相同或不同的带有传感敏感材料的移动式传感功能单元(1)、传感换能平台(2)、操控装置(3)、辅助功能单元，其特征是移动式传感功能单元(1)安装在传感换能平台(2)上，操控装置(3)位于传感换能平台(2)的旁边优选在下方；传感功能单元(1)的表面连接有传感敏感材料，并且能够在操控装置的能量场的作用下进行定位、分离、混合、检测中的一种或者多种。本发明还同时公开了其大批量制备的方法。
文档编号G01N31/00GK1866008SQ20061004021
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者张爱华, 张继中 申请人:张爱华