一种基于光纤阵列的微悬臂梁阵列生化传感装置及方法_2

文档序号:9785237阅读:来源:国知局
利用微梁阵列检测铜离子抗原抗体的特异性结合各悬臂梁平均响应曲线图;
[0044]图6为本发明实施例提供的利用微梁阵列检测瘦肉精抗原抗体的特异性结合参考梁与实验梁响应曲线图;
[0045]图7为本发明实施例提供的利用微梁阵列检测瘦肉精抗原抗体的特异性结合参考梁响应平均与实验梁响应平均的差异信号曲线图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
[0047]本发明实施例提供一种基于光纤阵列的微悬臂梁阵列生化传感装置的结构示意图。如图1所示,其主要包括:
[0048]半导体激光器7、光导纤维6、V型槽5、透镜组4、微梁阵列3、生化反应池2、光电位置敏感探测器PSD 9和数据处理设备I;其中:
[0049]所述光导纤维6与半导体激光器7—对一耦合连接,所述光导纤维6与半导体激光器7的数量相同且数量大于2;
[0050]所述V型槽5对其与固定各光导纤维6的末端(固定方式如图2所示),并对准透镜组4,使光导纤维6末端发出激光刚好汇聚至设置在生化反应池2内的微梁阵列3各悬臂梁尖端;
[0051 ]所述PSD 9的靶面在微梁阵列3的反射光的光路上,PSD 9的信号输出端连接数据处理设备I的信号输入端。
[0052]进一步的,该装置还包括:
[0053]信号发生器,用于控制所述激光器的输入电压,使激光器周期亮灭。本发明实施例中,所述信号发生器可以集成在如图1所示的数据处理设备I中。
[0054]进一步的,该装置还包括:如图1所示的温控片A、B,具体为:
[0055]与所述激光器连接温控片A,用于稳定所述激光器输出;
[0056]与所述生化反应池连接的温控片B,用于调节反应池中温度从而适应所述反应池中检测生物分子与靶分子的反应。
[0057]进一步的,该装置还包括:
[0058]安装在生化反应池激光入射口一侧的显微镜8,用于观测微梁阵列各悬臂梁上光束照射位置,方便调节激光照射到各悬臂梁上的光点位置。
[0059]本发明实施例中,所述V型槽由硅刻蚀制作完成,槽制作整齐一致,槽尺寸便于固定光导纤维,各槽中心间距与所述微梁阵列各悬臂梁中心间距一致。
[0060]本发明另一实施例还提供一种基于光纤阵列的微悬臂梁阵列生化传感方法,其主要包括:
[0061]将2个以上光导纤维分别与相应数量的半导体激光器一对一耦合,光导纤维末端对齐固定在间距与微梁阵列梁间距相同的V型槽内,光导纤维末端发出的激光通过透镜汇聚至悬臂梁尖端位置,通过对激光器提供时序控制的电压信号来实现对微梁阵列的时序扫描;
[0062]利用光电位置敏感探测器PSD接收通过光杠杆原理放大的激光光点位移变化信号,再利用数据处理设备将激光光点位移变化信号转换为对应悬臂梁的弯曲位移信号,从而实现实时监测各微梁上的生化反应过程信息。
[0063]进一步的,该方法还包括:
[0064]利用一信号发生器控制激光器的输入电压,使激光器周期亮灭。
[0065]进一步的,该方法还包括:
[0066]在每一个激光器上均安装一温控片,来稳定所述激光器输出;
[0067]在所述生化反应池上安装温控片,来调节反应池中温度从而适应所述反应池中检测生物分子与靶分子的反应。
[0068]进一步的,该方法还包括:
[0069]在生化反应池激光入射口上方安装一显微镜,来观测微梁阵列各悬臂梁上光束照射位置。
[0070]本发明另一实施例还提供一种检测待测样品中的靶分子的方法,该方法基于前述的装置实施例实现,其包括如下步骤:
[0071]将能够与待测样品中的靶分子特异性结合的检测生物分子及对照分子分别固定至微梁阵列中的不同微梁上,每个微梁上固定一种分子;
[0072]将微梁阵列固定在反应池中,并在反应池中注入缓冲液,并使缓冲液在反应池中流动;开启与反应池连接的温控器,使反应池内温度适宜所述靶分子与微梁上检测生物分子进行反应;
[0073]启动半导体激光器,并启动与激光器连接的温控器,使各激光器工作温度稳定,保证激光器输出恒定;
[0074]通过信号发生器控制所述激光器的周期亮灭,从而使激光能够周期扫描所述微梁阵列的各悬臂梁,同时利用显微镜观测调节激光光点在悬臂梁上的位置;
[0075]通过光电位置敏感探测器PSD接收由所述微梁阵列反射的激光光点,从而产生每个微悬臂梁的偏转位移信号,并输出;
[0076]数据处理设备接收并处理由所述PSD输出的每个微梁的偏转位移信号,基于固定有对照分子的微梁的位移数据获得固定有检测生物分子的每个微梁弯曲的数据;
[0077]根据预设的弯曲量阈值判断待测样品中是否包含靶分子。
[0078]以上为本发明实施例所提供各个方案的主要技术内容,下面结合具体的示例做进一步说明。
[0079]示例1、对温度变化的响应测量
[0080]将清洗过的一商品化微梁阵列(德国Micromotive公司,微梁尺寸:长500μηι、宽90μm、厚Ιμπι,表面独有20nm厚金层,相邻微梁中心间距为250μπι)固定在图1所示系统反应池中;
[0081]通过显微镜观察,调节激光束照射到悬臂梁尖端位置,通过时序控制使激光周期扫描各悬臂梁并采集位移信号。打开温控器,设置初始温度为24.00C;在微梁位移信号稳定后,利用温控器将微梁阵列所在反应池温度从24.0°C逐步升至32.00C,每步间隔2°C,所得数据曲线如图3所示。从图3中可以看出在升温8°C后,除梁5外,其余四根梁最后位移差异最大为19nm左右,误差为4.4%(差异量19nm除以总的变形量430nm),各悬臂梁响应在同一温度变化激励下基本保持一致。由于微梁传感技术对生化反应的检测主要是针对分子间的特异性结合,因此只要能准确的测量出这种特有的反应信息,PSD靶面测得的微梁弯曲信号误差在10%左右是不影响检测结果的。
[0082]示例2、对铜离子的并行检测
[0083]实验试剂:
[0084]铜离子抗体,铜离子标准样品(以上2中样品均由中国农业大学农学与生物技术学院提供);活化剂:N-(3-dimethyIaminopropyI)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride(EDC),N-hydroxysucc inimide (NHS);硫醇 HS-CH2-COOH (以上3 中试剂购于 Sigma-Aldrich) ;PBS(4.0g NaCl+0.lg KH2P04+1.48g Na2HP04.H20+500mL去离子水);TPBS(PBS+0.5%吐温-20);乙二胺四乙酸EDTA;98%浓硫酸;30%双氧水;无水乙醇,均为分析纯。
[0085]微梁阵列上铜离子抗体的修饰:
[0086]将微梁阵列用30 %双氧水与98 %浓硫酸混合溶液(V/V= 1: 3)浸泡5min除去表面杂质,用去离子水清洗3次,每次1min;将清洗过的梁在室温环境下在硫醇中浸泡12h,此过程使硫醇的巯基(-SH)组装到微悬臂梁的镀金表面,之后将悬臂梁阵列用乙醇和去离子水各清洗2次,每次5min;随后用EDC和NHS活化修饰在微梁表面硫醇的羧基(_C00H)30min;用去离子水清洗后,将用于进行铜离子检测的阵列梁直接放置于浓度为10yg/mL的铜离子抗体溶液中,37°C温浴2h;最后将悬臂梁阵列用TPBS清洗。将微梁阵列固定
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