[发明专利]聚合物SPR芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统技术领域，尤其涉及一种表面等离子体谐振(Surface PlasmonResonance，SPR)芯片及其制备方法。

背景技术

二十一世纪是交叉学科发展的时代，特别是生物芯片的研制和生化检测技术。传感技术是信息获取的一个重要手段，利用传感技术获取生物样品的信息是生物检测技术发展的一个重要内容。

其中，光学方法具有非破坏性和高灵敏度的特点，而被认为是最成熟和最好的生物测试技术。自Wood在光学实验中首次发现表面等离子体共振(SPR)现象以来，SPR仪器和SPR生物传感器的研究一直受到关注。

SPR生化传感技术的理论基础是表面等离子体谐振的光学物理现象。如果一束单色偏振光在一定的入射角范围内，透过玻璃，照射到镀在玻璃表面的银薄膜或金薄膜上时，此时玻璃为光疏介质，金属薄膜为光密介质，因此发生全反射，光束被金属薄膜反射出去。但是金属薄膜表面存在着一层自由电子(称为表面等离子体)，入射光的一部分能量会被表面等离子体吸收。当入射光的波矢与表面等离子体的固有振荡频率相匹配时，引起自由电子发生共振，此时入射光子的大部分能量被金属膜表面电子吸收，使反射光的能量最小，此种现象称为表面等离子体谐振。发生表面等离子体谐振时的入射角度称为SPR角。

SPR现象对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感。附着在金属膜表面上的电介质不同，或同种电介质的数量不同，都会引起SPR角的移动。根据上述原理，SPR生物传感技术通常将已知的生物分子(如抗体)固定在金属膜表面，并将含有互补目标生物分子(如目标抗原)的溶液流过金属表面，两者结合或解离将使金属膜溶液界面的折射率发生变化，从而引起SPR角的移动，据此可以检测生物分子间的相互作用。由SPR曲线可获得如下信息：哪些分子发生了相互作用，相互作用的强度，结合和解离的速度，样品中分析物浓度，是否存在异构效应，结合位点分析，复合物中不同成分对结合的影响等。

基于SPR原理的生物传感产品已有很多报道，一般的SPR生物传感器主要是由光源1、反射棱镜4、金属膜8、待测样品流道结构10、生化修饰层9和探测器6构成，具体结构见图1。其中SPR芯片是由玻璃基质的反射棱镜4、金属膜8、生化修饰层9和待测样品流道硅结构10组成，其制备方法为，在反射棱镜4上制备一层很薄的金属膜8，在金属膜上制备生化修饰层9，再用一种折射率与棱镜匹配的聚合物将待测样品流道硅结构耦合到玻璃棱镜上。现有的SPR芯片由于选择了上述反射棱镜和待测样品流道结构，其尺寸较大、结构复杂，而且还存在加工困难，测试不方便，成本相对较高等缺陷，因此目前基于SPR原理的生物传感产品只应用于一些大型的实验室。

发明内容

针对上述现有SPR芯片存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单的SPR芯片，该芯片性能高、成本低。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：

一种聚合物SPR芯片，包括反射棱镜、金属膜和样品流道结构，其特征在于，反射棱镜为一聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列，金属膜在所述聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列的背面，与聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列相对应的一个或多个样品流道结构也采用聚合物材料，样品流道结构与所述聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列热压键合在一起。

所述聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列的材料可是聚甲基丙烯甲脂(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

样品流道结构的材料可为聚甲基丙烯甲脂(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

在所述金属膜的外表面上做一层化学修饰层。

聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列中的棱镜的底角可以在20°到60°之间。

聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列中的棱镜的截面可以是三角形，也可以是梯形。

一种聚合物SPR芯片的制备方法，其步骤包括：

1)清洗硅片，在硅片表面长一层氮化硅；

2)光刻，用离子刻蚀开窗，去胶，KOH腐蚀，形成聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列以及样品流道结构的模具，并对模具表面做处理；

3)用聚合物光学棱镜的材料注模复制出棱镜或棱镜阵列；

4)用聚合物材料注模复制出样品流道结构；

5)在聚合物光学棱镜或聚合物光学棱镜阵列背面溅射或电子束蒸发形成金属膜；

6)将聚合物棱镜或聚合物棱镜阵列及样品流道结构与硅模具进行剥离；

7)通过热压将聚合物光学棱镜与聚合物样品流道结构键合在一起。