专利名称：一种集成微流控光学的双探测生化传感检测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于生化传感检测领域，涉及一种集成微流控光学的表面增强拉曼光谱一局域表面等离子体共振双探测生化传感检测仪。
背景技术：
微流控光学等离子体是将微流体、光子学和等离子体集成在一起，是近年逐步形成的一个新的研究方向，将等离子体光学最前沿的研究成果应用于此领域中，因此微流控光学等离子体在生物、化学、生物化学、医学、工程等领域会产生无穷多的新应用。等 离子体具有独特的物理属性，局域纳米尺度的光学性质会增强光与具有自由电子的物质相互作用。其中一个重要应用就是基于等离子体的生物传感器。在医学、卫生、食品、环境科学领域有着广泛的应用和明确的产业化前景。目前主要利用光学属性的微流控光学生化分析或传感有折射率检测，荧光检测，表面增拉曼散射检测，光学捕获及光学操控。无标记生化检测方法得到迅速发展，特别是基于局域表面等离子体共振LSPR传感技术，特别是在探测单分子与金属纳米颗粒表面结合的过程中，局域表面等离子体共振LSPR光谱的变化和表面增强拉曼散射SERS “指纹”谱是重要的手段。单分子与金属表面结合时，LSPR光谱变化分析是可操控的；而此时，SERS可探测识别分子并获取金属表面吸附分子的取向。然而，SERS的产生由单波长的激光激发，LSPR则由白光光源激发，因此，由于激发光源不同，所以这两种检测手段不能实现原位同步检测。
发明内容
为了解决传统单一测试技术LSPR或SERS技术中的不足，利用局域表面等离子体共振LSRP技术、微流控技术和微纳米加工技术，实现高灵敏度、免标记的纳米阵列生化检测仪，并利用LSPR探测生物分子结合过程，用SERS技术来判定所吸咐的分子。本发明的目的在于提供一种集成微流控光学的表面增强拉曼光谱一局域表面等离子体共振双探测生化传感检测仪。本发明的双探测生化传感检测仪包括光源系统、光路整形系统、传感芯片、三维控制系统、表面增强拉曼SERS探测系统、局域表面等离子体共振LSPR探测系统；以及自动进样控制系统；其中，传感芯片安装在三维控制系统上；自动进样控制系统向传感芯片注射样品；由光源系统提供激光或白光光源；经光路整形系统垂直入射到传感芯片；经传感芯片反射的激光进入SERS探测系统，并进行相应的SERS数据处理与分析；从传感芯片投射的白光进入LSPR探测系统，并进行相应的LSPR数据处理与分析。光源系统包括光源；安装在光源上的切换设备；与光源相连接用以控制光源功率的功率控制器。从而，光源系统可以通过切换设备提供激发SERS的单波长的激光，以及激发LSPR的白光。光源采用的白光光源为LED、卤素灯、钠灯及汞灯中的一种，其光谱范围在20(T2000nm 之间。传感芯片固定在三维控制系统中，可以实现三维精确移动，其精度可达到10微米。SERS探测系统包括SERS探测设备；SERS探测设备得到的数据传送至一号计算机，由设置在一号计算机中的SERS数据采集与处理软件对数据进行分析。LSPR探测系统包括LSPR探测器；LSPR探测器收集信号，传输至光谱仪；光谱仪得到的数据传送至二号计算机，由设置在二号计算机中的LSPR数据采集与处理软件对数据进行分析。自动进样控制系统包括两路以上注射泵，可以程序化设置参数，从而实现对样品进行精确控制。 传感芯片包括K*L陈列的传感芯片单元，传感芯片单元包括衬底以及与其键合在一起的上片；形成在上片内构成微流通道的进口、出口及微腔；形成在衬底上并处于微腔内的m*n阵列的纳米颗粒；其中，m、n、K和L为自然数。传感芯片单元的尺寸范围在几十微米到几微米之间。纳米颗粒的尺寸范围在几十纳米到几百纳米之间，纳米颗粒之间的间距范围在几十纳米到几百纳米之间。纳米颗粒为金或银等贵重金属颗粒，形状为球形、椭球形、纳米缝以及纳米孔中的一种。衬底的材料为K9玻璃、石英玻璃、聚二甲硅氧烷PDMS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS等透明材料中的一种。上片的材料为聚二甲硅氧烷PDMS或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。微腔的体积范围在几微升到几十微升之间，其形状可以是球形或立方形。微流通道的宽度范围在10微米到200微米之间，深度范围在50微米到200微米之间。本发明的传感芯片同时采用LSPR和SERS两种光学检测手段，并与微流控技术相结合形成了新型的微流控光学传感芯片，这一技术为扩展了传统LSPR或SERS的应用，这种基于双等离子体结构的传感芯片在基于液体样品的生化检测中有很大吸引力，将会加快微流控光学传感系统的研发与应用。利用LSPR和SERS两种互补模式检测样品，在同一基底上实现LSPR与SERS分析技术的组合。本发明的优点(I)设备结构简单、无需标记可进行直接、实时探测的设备；(2 )实现了 SERS与LSPR的优势互补；(3)可以实现多通道、高通量、并行检测，提高了探测的效率；(4)操作方便、智能化程度高；(5)进样系统具有高精度、易控制的特点；(6)多单元、阵列结构；(7)采用低成本的纳米加工技术，可实现大面积加工；(8)与微流控技术相结合,实现微流控光学传感系统的集成。
图I为本发明的双探测生化传感检测仪的结构示意图；图2为本发明的传感芯片的结构示意图；图3是本发明的实施例中的LSPR测试结果；
图4是本发明的实施例中的SERS测试结果。
具体实施例方式下面结合附图，通过具体实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。如图I所示，本发明的双探测生化传感检测仪包括光源系统I、光路整形系统2、传感芯片3、三维控制系统4、表面增强拉曼SERS探测系统5、局域表面等离子体共振LSPR探测系统6 ;以及自动进样控制系统7 ;其中，传感芯片3安装在三维控制系统4上；自动进样控制系统7向传感芯片3注射样品；由光源系统I提供激光或白光光源；经光路整形系统2垂直入射到传感芯片3 ;经传感芯片3反射的激光进入SERS探测系统5，并进行相应的SERS数据处理与分析；从传感芯片3透射的白光进入LSPR探测系统6，并进行相应的LSPR数据处理与分析。光源系统I中激光光源波长为488nm、632. 8nm和850nm。
如图2所示,本发明的传感芯片包括K*L陈列的传感芯片单元,传感芯片单元包括衬底31以及与其键合在一起的上片32 ;形成在上片32内构成微流通道的进口、出口 33及微腔34 ;形成在衬底上并处于微腔内的m*n阵列的纳米颗粒35 ;其中，m、η、K和L为自然数。本实施例利用本发明一种集成微流控光学的表面增强拉曼光谱一局域表面等离子体共振双探测生化传感检测仪，用于检测不同折射率的多种样品。SERS测试中所选用的SERS探测系统是H0RIBAJ0BIN YVON公司的HR800SERS探测设备，光源为HeNe激光器，其功率为20mW，波长为632. 8nm。LSPR测试中所选择的光源系统中的光源是光谱范围在20(Tll00nm，电流500mA，电压12VDC，输出功率6. 5瓦的卤素灯，经光纤和反射式探头(Ocean Optics, QR400-7_UV_VIS)后出射光束经透镜后，光照射在传感系统中的采用石英作为基底的金纳米结构传感单元，将其固定在一个三维高精度固定架上。光谱仪选用OceanOptics公司的QE65000型光谱分析仪，光透过芯片后，由探测器收集信号，再被后端的光谱仪所探测，所采集的数据通过USB2. O接口与计算机系统进行数据通信，数据处理软件可以包括用户界面、探测、控制和数据处理及输出显示几个功能模块。利用所加工的集成微流控传感单元与本发明公布的生化传感系统进行测试，LSPR测试样品为空气、NaCl (20%)、丙三醇。经分析软件处理得到的数据结果如图3所示，由于空气NaCl(20%)、丙三醇三种测试样品的折射率分别为I、I. 3684和I. 473，因测试样品折射率不同，通过本设备测试获得的LSPR消光光谱的最大值的位置分别在533. 52nm、577. 97nm和587. 37nm，折射率增加，相应的谱线发生了红移。SERS测试样品为若丹明R6G，经分析软件处理得到的数据结果如图4所示，其特征峰的波数分别为1197、1277、1366、1509和1647cm 1O最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
权利要求
1.一种双探测生化传感检测仪，其特征在于，所述传感检测仪包括光源系统(I)、光路整形系统(2)、传感芯片(3)、三维控制系统(4)、表面增强拉曼SERS探测系统(5)、局域表面等离子体共振LSPR探测系统(6);以及自动进样控制系统(7);其中，传感芯片(3)安装在三维控制系统(4)上；自动进样控制系统(7)向传感芯片(3)注射样品；由光源系统(I)提供激光或白光光源；经光路整形系统(2)垂直入射到传感芯片(3);经传感芯片(3)反射的激光进入SERS探测系统(5)，并进行相应的SERS数据处理与分析；从传感芯片透射的白光进入LSPR探测系统(6)，并进行相应的LSPR数据处理与分析。
2.如权利要求I所述的传感检测仪，其特征在于，所述光源系统包括光源；安装在光源上的切换设备；与光源相连接用以控制光源功率的功率控制器。
3.如权利要求2所述的传感检测仪，其特征在于，所述光源采用的白光光源为LED、卤素灯、钠灯及汞灯中的一种，其光谱范围在20(T2000nm之间。
4.如权利要求I所述的传感检测仪，其特征在于，所述传感芯片包括K*L陈列的传感芯片单兀，传感芯片单兀包括衬底(31)以及与其键合在一起的上片(32);形成在上片(32)内构成微流通道的进口、出口(33)及微腔(34);形成在衬底上并处于微腔内的m*n阵列的纳米颗粒(35);其中，m、n、K和L为自然数。
5.如权利要求I所述的传感检测仪，其特征在于，所述SERS探测系统包括SERS探测设备；SERS探测设备得到的数据传送至一号计算机，由设置在一号计算机中的SERS数据采集与处理软件对数据进行分析。
6.如权利要求I所述的传感检测仪，其特征在于，所述LSPR探测系统包括LSPR探测器；LSPR探测器收集信号，传输至光谱仪；光谱仪得到的数据传送至二号计算机，由设置在二号计算机中的LSPR数据采集与处理软件对数据进行分析。
7.如权利要求I所述的传感检测仪，其特征在于，所述自动进样控制系统包括两路以上注射泵，通过程序化设置参数，对样品进行精确控制。
8.如权利要求4所述的传感检测仪，其特征在于，所述纳米颗粒为金或银等贵重金属颗粒，形状为球形、椭球形、纳米狭缝以及纳米孔中的一种。
9.如权利要求4所述的传感检测仪，其特征在于，所述微腔的体积范围在几微升到几十微升之间，其形状可以是球形或立方形。
全文摘要
本发明公开了一种集成微流控光学的双探测生化传感检测仪。本发明的传感检测仪包括光源系统、光路整形系统、传感芯片、三维控制系统、表面增强拉曼SERS探测系统、局域表面等离子体共振LSPR探测系统；以及自动进样控制系统。本发明的传感芯片同时采用LSPR和SERS两种光学检测手段，并与微流控技术相结合形成了新型的微流控光学传感芯片，这一技术为扩展了传统LSPR或SERS的应用，这种基于双等离子体结构的传感芯片在基于液体样品的生化检测中有很大吸引力，将会加快微流控光学传感系统的研发与应用。利用LSPR和SERS两种互补模式检测样品，在同一基底上实现LSPR与SERS分析技术的组合。
文档编号G01N21/65GK102680452SQ201210148739
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者耿照新 申请人:中央民族大学