[发明专利]一种双探测生化传感检测仪的传感芯片及其制备方法

说明书

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---局域表面等离子体共振双探测生化传感检测仪的传感芯片及其制备方法。 

背景技术

大量研究表明金属纳米粒子的光学特性是局域表面等离子体共振LSPR频率与金属纳米颗粒的组成成分、间距、大小、形状和局域介电环境有着密切相关的联系。所以，基于局域表面等离子体传感芯片作为一种有发展潜力的光谱分析技术，在物理、化学、医学、环境监测、公共安全等各个方面都得到广泛应用。金属纳米结构的形貌、尺寸、间距变化对LSPR光学属和表面增强拉曼散射SERS增强效应都有影响。在LSPR传感测试和SERS测试中，每一个贵重金属纳米结构可以与分析物结构进行特异的传感检测或识别，这一特点使其可以小型化，多参数传感。特别是在探测单分子与金属纳米颗粒表面结合的过程中，LSPR光谱的变化和SERS的“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。同一纳米等离子体结构的芯片同时采用LSPR和SERS的光学检测手段，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，这一技术为扩展了标准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芯片的研发与应用。 

然而，金属纳米结构基底的制备是获得SERS增强信号和LSPR传感信号的前提，为了将SERS和LSPR作为一种常规、在线的分析工具，所制备的金属纲米结构应具有增强能力强且均一性好、易于制备和存储、使用方便等特点。同时，将微流体与金属纳米结构传感单元集成于一体，可以实现所需样品少，实时观测，多通道、多参数并行测试、原位SERS和LSPR的测试。当前，金属纳米结构加工方法主要有以下几种：电子束光刻(EBL)、聚焦离子束(FIB)、纳米球光刻(NSL)、化学合成、纳米压印、化学自组装、LB膜组装技术、有序模板沉积法等。电子束光刻和聚焦离子束虽然具有高分辨率、重复性高等优点，但其加工成本高、耗时，不容易大面制备。美国西北大学Van Duyne等人利用纳米球光刻制备了不同结构周期的金属纳米结构阵列，并利用此金属纳米结构阵列开展了大量的局域表面等离子体 共振LSPR传感和表面增强拉曼光谱SERS探测研究。实验证明纳米球光刻具有低成本、高产出、重复性高等优点，但重复性差。化学自组装法使得纳米粒子在固体基片表面排列，形成SERS活性基底。这类基底上纳米粒子之间的问距比较大，因此基底的SERS效果比较有限，可控性差。纳米压印方法是一种很好的方法，虽有一些报道，但都在加工金属纳米结构，而没有将微流控技术引入。可见，现有技术中的金属纳米结构还不能满足这些需要，急需一种新型的金属纳米结构。 

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，本发明提出一种新型的金属纳米结构—双探测生化传感检测仪的传感芯片。 

本发明的一个目的在于提供一种双探测生化传感检测仪的传感芯片。 

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。 

本发明的另一个目的是提供一种传感芯片单元的制备方法。 

本发明的一种传感芯片单元的制备方法包括以下步骤： 

1）提供透明的衬底； 

2）在衬底上形成m*n阵列的纳米颗粒，m和n为自然数； 

3）用光刻方法加工上片，在其内形成由进口、出口及微腔构成的微流通道；