[发明专利]集成太赫兹和拉曼光谱的多光谱纳米阵列芯片和应用

说明书

本发明涉及一种集成太赫兹和拉曼光谱的多光谱纳米阵列芯片和应用，包括纳米天线和位于纳米天线表面的金纳米柱，所述纳米天线横轴可放大太赫兹波信号，所述金纳米柱纵轴可放大拉曼散射信号，通过横轴和纵轴的尺寸设计使得纳米天线在太赫兹波和拉曼光谱内均具有等离子体共振信号放大效应。将纳米天线设计阵列排列，在不同单元包被不同亲和受体，可实现多种肿瘤标志物的高通量检测，且灵敏度能达到pM量级，对临床检测样本中微量肿瘤标志物具有重要意义。

技术领域

本发明属于医学检测领域，涉及集成太赫兹和拉曼光谱的多光谱纳米阵列，还涉及检测 生物传感器和应用。

背景技术

肿瘤是严重威胁人类健康的疾病，全球每年肿瘤死亡例数约为820万，其死亡率高居常 见疾病中的第二位。肿瘤的早期筛查有助于提高患者检出率并及时采取有效治疗措施。组织 病理学活检和影像学检查是目前临床上肿瘤诊断的主要手段。作为诊断的“金标准”，组织病 理学活检因其有创性而不适用于大规模筛查。影像学检查费用较高，其准确性高度依赖操作 医师的个人经验。因此，研发适于推广的肿瘤高危人群早期筛查新技术对于尽早诊断和治疗 肿瘤，提高患者生存率及改善预后具有重要意义。肿瘤标志物的检测具有快速、简便且适合 推广的特点，为早期肿瘤的大规模筛查提供了新思路。目前肿瘤标志物的检测主要依靠电化 学发光免疫分析法(ECLIA)和酶联免疫分析法(ELISA)。ECLIA的检测灵敏度较高，但需 额外引入电化学发光剂。而ELISA检测时间较长，灵敏度仅为nM量级，难以直接实现血液 中肿瘤标志物的微量检测。因此，现有的检测方法受到检测灵敏度和特异性的制约，难以满 足多种肿瘤标志物联合检测的需求。

太赫兹(Terahertz，THz)波是指频率为0.1-10THz，波长为30-3000μm的电磁波。THz 光谱可以探测生物大分子间包括范德华力、氢键、分子间共振和偶极子旋转等弱相互作用， 并可通过不同的吸收峰和强度来表征生物物质的分子结构。但是由于大多数生物样本所处的 液相环境对THz波具有强烈的吸收，采用THz光谱检测肿瘤标志物样本虽然可以通过吸收曲 线等对物质进行高灵敏检测，但是却容易受实验环境干扰，稳定性较差。拉曼光谱是以拉曼 散射为基础的检测技术，可以实现不同生物分子的定性和定量分析。但其所需检测时间较长， 需数分钟才能稳定显示出物质各基团特征峰，单用拉曼光谱难以在短时间内快速获取光谱信 号。

这两种光谱技术用于肿瘤标志物检测时各具独特优势与不足，将二者联用是否能互补长 短，进一步带来提升特异性、检测速度和准确性未见报道，并且目前并无适用于集成太赫兹 和拉曼光谱检测的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供集成太赫兹和拉曼光谱的多光谱纳米阵列；本发 明的目的之二在于提供含有所述多光谱纳米阵列的生物传感单元；本发明的目的之三在于提 供基于多个所述生物传感单元的肿瘤标志物高通量检测传感器；本发明的目的之四在于提供 所述生物传感单元或所述高通量检测传感器在检测肿瘤标志物中的应用；本发明的目的之五 在于提供基于所述多光谱纳米阵列的生物传感单元的检测肿瘤标志物的方法；本发明目的之 六在于提供基于所述肿瘤标志物高通量检测传感器的检测肿瘤标志物的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、集成太赫兹和拉曼光谱的多光谱纳米阵列，包括纳米天线和位于纳米天线表面的金纳 米柱，所述纳米天线横轴能放大太赫兹波信号；所述金纳米柱纵轴高度能放大拉曼散射信号， 通过横轴和纵轴的尺寸设计使纳米天线阵列在太赫兹波和拉曼光谱内均具有等离子体共振信 号放大效应。

作为本发明优选的技术方案，所述纳米天线横轴长度大于10μm。

作为本发明优选的技术方案，所述纳米天线横轴长度为10～50μm，所述纳米天线宽为 30～100nm，高为10～50nm，材料为金。

作为本发明优选的技术方案，所述金纳米柱纵轴高度为50nm，金纳米柱直径为100～200nm，间隙尺寸为100～200nm。