[发明专利]一种基于LSPR的无实体壁微阵列芯片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LSPR的无实体壁微阵列芯片及其应用。

背景技术

贵金属纳米材料由于其独特的光学性质，被广泛应用于传感、热疗、成像等领域。局域表面等离子体共振（LSPR）是贵金属纳米结构的重要光学属性，当某频率的光入射到纳米粒子表面，光与纳米粒子表面自由电子耦合产生共振，这种共振宏观上表现为光谱选择性吸收，该共振模式对金属纳米结构周围区域介质折射率的变化非常敏感。基于LSPR纳米传感器已被证明是一种可用于定量检测生物标志物或是化学物质的有效平台。LSPR借助纳米材料的新特性，不仅拥有高灵敏度、高选择性、实时测量、无标记、测试样品体积小等特点，同时借助于单粒子散射光谱测量，可达到传统SPR无法达到的分辨，且设备简单，开发成本低。

临床应用中，多种生物标记物同时检测可以为疾病提供更精确的诊断信息，同时完成多个样品的检测分析或是同时检测同一样品中不同物质对高通量传感器提出了迫切的需求。LSPR传感方法可以用来检测生物标志物或是金属离子等，但受检测方法限制检测通量通常较低。不同长径比的金纳米棒具有不同的等离子共振吸收峰，研究人员将不同长径比金纳米棒材料表面修饰不同目标分析物的特异性分子，同时检测多种蛋白（Yu,C.et al.Analytical Chemistry2006）或是细菌（Wang,C.et al.Small2008）。Huang等采用同一长径比的金纳米棒检测到了溶液中的不同种类的金属离子，检测下限可以达到10-10M（Huang,H.et al.Analytical Chemistry2013）。这些多通量检测方法局限于溶液状态，当检测复杂成分的待检测样品时，这种检测方式容易产生误判信号，因为纳米粒子在溶液状态下，容易受其他物质影响而产生团聚。Endo等通过硅纳米球自组装形成的微纳米结构并结合金喷涂技术(Endo,T.,et al.Analytical Chemistry,2006.)，获得了具有纳米微结构的金基底芯片，利用点样仪可以实现高通量检测。他们进一步对这项技术进行了改进，由于金价格相对昂贵，铜被用来替换上层的金涂层(Kim,D.,et al.,Analytical Chemistry2011)，可以检测临床或是细菌样品中的DNA达到10fM。这种芯片加样时需要使用微量移液设备（如单/多通道移液枪或者自动化加样设备），且这种形式的芯片需要反射式的自制光谱仪检测输出信号。有些研究采用分隔池的形式分成不同的检测区域，每个检测池可以检测出一种物质，如采用带孔的聚二甲基硅氧烷（PDMS）模板，将特异性分子修饰后的金膜分隔为不同的区域，用于多通量检测（Lin,C.et al.Biosensors and Bioelectronics2008）。类似的，Shin等利用氨基硅烷将镀金层吸附到玻璃表面，通过退火形成金岛（Shin,Y.et al.Biosensors and Bioelectronics2007），采用光敏感剂SU-8，在光掩模的辅助下，形成了一系列反应池。反应池起到了反应隔离的作用，在一定程度上实现了多通量测试，但由于池壁的影响，无法避免非特异性的吸附，给洗涤过程带来一定的困难。Zhang等通过改装正常的光谱仪测试单元，制造了具有五通道的金岛微流道检测芯片（Zhang,Y.et al.Lab on a Chip2012），利用PDMS形成分隔的微流道，由于PDMS的透光性的影响，测量吸收谱时需要将PDMS揭下测量，操作过程繁杂。

基于单粒子的等离子检测使超灵敏、高空间分辨率LSPR检测成为可能。Chilkoti等成功的利用单个纳米金棒检测链霉亲和素，其检测下限可以达到1nM（Nusz,G.J.et al.Analytical Chemistry2008）。采用单个的金纳米棒可以检测到1aM的前列腺癌生物标志物（Truong,P.L.et al.Lab on a Chip2011）。但是基于单粒子检测的方式往往依赖于可以测量散射谱的暗视野散射光谱显微镜，需要比较贵重的检测仪器，不易实现低成本化检测。

常规的吸收光谱同样可以作为检测信号输出端，如紫外可见光谱仪、酶标仪或是一些便携式光谱测试仪器，这种检测仪器普及面比较广，容易实现小型化、便携式、低成本检测。同时完成多个样品的检测分析或是同时检测同一样品中不同物质，可以为临床疾病提供更精确的诊断信息，这种检测需求对高通量传感器提出了迫切的需求。然而阵列式光谱检测仪器在技术水平上很容易实现，基于常规阵列光谱检测为高通量、低成本检测提供了可能性支撑。