基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统

本发明涉及spr生物分子检测，具体而言，涉及基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统。

背景技术：

1、表面等离子体光镊(surfaceplasmonopticaltweezers，spot)是一种利用表面等离子体共振(surfaceplasmonresonance，spr)效应实现光镊功能的技术。表面等离子光镊(plasmonicopticaltweezers)被证明能够将纳米颗粒和生物分子长时间地保留在其传感体积中。特别是在金属纳米结构传感器的金属-电介质界面，光耦合电子能够产生局部的表面等离子体共振。用入射光来激发共振，将电磁场集中到纳米级的体积中，即所谓的热点，产生极端的电场梯度，从而可以形成稳定的对单个生物分子的光学捕获，提供充足的信号读去时间。

2、现有技术中，spr生物分子检测存在两大课题：

3、一是如何提高检测的准确度，当前主流的思路是利用特异性绑定，该方法对一般抗体抗原的蛋白是有效的，然而对非特异性分子却无法使用；另外的思路就是利用主动型传感器，尽管这类传感器取得了巨大成功，但它们也面临着局限性，主要是由于缺乏对生物分子的完全运动控制，导致扩散控制的传感器响应时间分辨率低，以及传感器特异性不足。

4、二是如何提高检测的灵敏度，当前这些方法所需要的制备工艺复杂、成本较高，而且装置的可重复使用性较低，基本停留在实验室阶段。

技术实现思路

1、为克服现有技术中检测的准确度和检测的灵敏度不高的问题，本发明提供了一种基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，是利用基于纳米结构spr的光镊机制，把目标分子捕获到固定位置，同时进行spr检测，该方法可以做为自由检测目标分子的一般方法，不受表面绑定可用性的约束；而提高检测的灵敏度，主要是通过等离子纳米结构优化来提高，或者是通过检测方式方法的改变(比如利用相位检测)来提高，另外，通过异质材料的集成，优化传感的机理，同样可以提高spr传感器的灵敏度。具体技术方案如下：

2、基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，包括：

3、样品室，被配置成容纳有微流体通道，所述微流体通道用以接受待测样品；

4、激光光路组件，被配置成形成激光束，所述激光束针对于所述待检测样品；

5、纳米孔金膜，被配置于所述微流体通道体内，所述纳米孔金膜为开设有纳米孔的金膜层；

6、以及，检测组件，被配置成采集待测样品因激光作用所致的检测信号。

7、其中，纳米孔金膜为独立自支撑纳米孔金膜，当独立自支撑纳米孔金膜从基底上释放后，其两面具有相同共振条件，由于纳米孔的存在，两个共振可以进行耦合。

8、其中，所述微流体通道体包括依次叠置的透光层和腔壁层，所述透光层和腔壁层可拆卸装配，所述腔壁层用以形成容纳检测介质的微流道。

9、其中，所述腔壁层包括叠置的第一铝块和第二铝块，所述透光层为玻璃，所述透光层和腔壁层通过粘结剂粘接。

10、其中，所述微流体通道体配置有微流泵。

11、其中，所述激光光路组件包括用以产生激光的激光器、用以对样品进行观察的显微镜、用于将发散的光束聚焦到一起并提高边缘光束入射到物镜能力的聚焦透镜、用于反射激光光线和汞灯光线的反射镜和用于过滤光线的带通滤光片。

12、其中，所述显微镜包括用以支撑的主机架、用于将激光聚焦在所述纳米孔金膜的表面使其形成局部的表面等离子体共振的物镜、用以观察样品的目镜、镜筒和用以放置样品室的载物台。

13、其中，所述检测组件包括用于激发荧光颗粒荧光的汞灯和检测激发成为绿光的ccd相机。

14、其中，所述聚焦透镜数量为三个，分别放置于所述激光器、所述汞灯和所述ccd相机的光路上游。

15、其中，所述反射镜数量为两个，一个所述反射镜放置于所述激光器前的所述聚焦透镜的光路上游，另一个所述反射镜放置于所述汞灯前的所述聚焦透镜的光路上游。

16、其中，一个所述带通滤光片放置于所述ccd相机的光路上游，用于过滤所述ccd相机的光，另一个所述带通滤光片放置于所述物镜的光路下游，用于过滤所述汞灯的光。

17、有益效果：

18、采用本技术方案产生的有益效果如下：

19、(1)样品室里容纳有微流体通道，待测样品可以通过微流体通道到达纳米孔金膜，打开激光后能将目标颗粒成功捕捉到纳米孔内；激光光路组件所发射出的激光束针对于待测样品，使检测组件可以采集到待测样品的检测信号；金膜沉积在网格上，可以方便将金膜固定在微流体通道中；金膜的孔分布均匀且质量很高，可以达到对称耦合共振模式，从而激发局域场进一步增强，可以产生更高的捕获效率；表面等离子体光镊系统可以通过几微米远的高强度激光焦点的离岸操控，实现对纳米颗粒更准确的捕获和对纳米颗粒更灵敏的动态操纵。

20、(2)采用微流泵来控制流速，能够以极快的速度将纳米粒子送到指定区域，同时也可以通过提高流体流速来打破被捕获粒子的平衡状态，光镊系统还可以通过控制流速的大小来实现对小于100nm的纳米粒子进行分选。

21、(3)汞灯发射的光可以激发荧光颗粒；ccd相机可以实时采集样品室的信号变化；采用带通滤光片可以过滤ccd相机的光和过滤汞灯的光使其变为能激发ps微珠红色荧光的绿光。

技术特征：

1.基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述微流体通道体包括依次叠置的透光层(15)和腔壁层(19)，所述透光层(15)和腔壁层(19)可拆卸装配，所述腔壁层(19)用以形成容纳检测介质的微流道。

3.根据权利要求2所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述腔壁层(19)包括叠置的第一铝块(20)和第二铝块(21)，所述透光层(15)为玻璃，所述透光层(15)和腔壁层(19)通过粘结剂(18)粘接。

4.根据权利要求2所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述微流体通道体配置有微流泵。

5.根据权利要求1所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述激光光路组件包括用以产生激光的激光器(1)、用以对样品进行观察的显微镜、用于将发散的光束聚焦到一起并提高边缘光束入射到物镜(2)能力的聚焦透镜(6)、用于反射激光光线和汞灯光线的反射镜(7)和用于过滤光线的带通滤光片(8)。

6.根据权利要求5所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述显微镜包括用以支撑的主机架、用于将激光聚焦在所述纳米孔金膜(14)的表面使其形成局部的表面等离子体共振的物镜(2)、用以观察样品的目镜、镜筒和用以放置样品室(5)的载物台。

7.根据权利要求1所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述检测组件包括用于激发荧光颗粒荧光的汞灯(3)和检测激发成为绿光的ccd相机(4)。

8.根据权利要求5所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述聚焦透镜(6)数量为三个，分别放置于所述激光器(1)、所述汞灯(3)和所述ccd相机(4)的光路上游。

9.根据权利要求5所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，所述反射镜(7)数量为两个，一个所述反射镜(7)放置于所述激光器(1)前的所述聚焦透镜(6)的光路上游，另一个所述反射镜(7)放置于所述汞灯(3)前的所述聚焦透镜(6)的光路上游。

10.根据权利要求5所述的基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，其特征在于，一个所述带通滤光片(8)放置于所述ccd相机(4)的光路上游，用于过滤所述ccd相机(4)的光，另一个所述带通滤光片(8)放置于所述物镜(2)的光路下游，用于过滤所述汞灯(3)的光。

技术总结
本发明公开了基于纳米孔金膜的表面等离子体光镊系统，属于SPR生物分子检测技术领域，包括：样品室，被配置成容纳有微流体通道，微流体通道用以接受待测样品；激光光路组件，被配置成形成激光束，激光束针对于待检测样品；纳米孔金膜，被配置于微流体通道体内，纳米孔金膜为开设有纳米孔膜的金膜层；以及，检测组件，被配置成采集待测样品因激光作用所致的检测信号。本发明的有益效果是：样品室里容纳有微流体通道，待测样品可以通过微流体通道到达纳米孔金膜，打开激光后能将目标颗粒成功捕捉到纳米孔内；激光光路组件所发射出的激光束针对于待测样品，使检测组件可以采集到待测样品的检测信号。

技术研发人员：贾沛沛,牛浩然,宁文平,郭秋泉,杨军
受保护的技术使用者：电子科技大学（深圳）高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21