[发明专利]一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，属于生物检测设备技术领域。该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列。本发明d1蛋白质基体微透镜阵列衍射器件,将测量量转化为衍射图样的形状、分布、间距等更容易测量的物理量，提高了检测精度和灵活性。本发明的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件制备方法，使用蛋白质单晶作为微透镜阵列衍射器件的基体，在溶液环境中更稳定，使用寿命更长，使用范围更广泛。本发明的微透镜阵列加工的方法为使用飞秒激光加工，直接形成微凸起，加工简便，热损伤小。

技术领域

本发明涉及一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，属于生物检测设备技术领域。

背景技术

蛋白质材料由于生物相容性和独特的生物活性在许多领域得到了广泛的应用。由于蛋白质分子具有多级结构，其结构受到外界温度、环境中其它分子或离子的影响，其分子结构、物理化学性质等会产生相应变化，因此基于蛋白质材料的微结构或器件对于环境具有独特的相应特性。

目前有一些研究中将生物材料的这一性质应用在了生物传感器领域，实现了对于环境pH等的检测，主要原理是通过蛋白质基体的光波导对周围环境的响应，改变光波导的光学性质，从而改变了光波导输出的光强。这类方法由于测量参数只有光波导后方的光强，可以测量的维度较少且对于传感器要求较高，同时会受到其它一些因素的干扰，还没有得到广泛的应用。另外非晶态的蛋白质在环境中稳定性较差，容易降解。

一种新型的光学器件微透镜阵列通过将结构均匀的微透镜按照一定周期排列在一平面上，在微光学系统、光束整形、光学传感等功能。例如专利“微透镜阵列、光学检测装置及微透镜阵列制备方法”(申请号201711429305.4)描述了一种集成于微流道系统中的微透镜阵列，可以实现对微流道内纳米物体的检测。但目前的微透镜阵列主要材料还是无机材料，对于环境的响应依赖于折射率等光学性质，对生物监测的能力较弱。

因此，蛋白质基体的微阵列器件是一种有可观实用前景的生物检测器件。受限于蛋白质材料本身对于环境温度等因素等的敏感性，基于蛋白质的微器件加工本身存在一定的挑战，尽量减小蛋白质材料加工过程中的热影响，简化加工步骤也是蛋白质微加工的主要挑战。目前一些方法利用飞秒激光等加工手段，实现了高精度、热影响区域小、使用材料范围广泛的微纳加工，已经被应用于许多生物材料、透明材料等的加工中。例如申请中的专利“飞秒激光在单个蛋白质晶体上加工微纳结构的方法及系统”(申请号2019103009814)提出了利用飞秒激光加工蛋白质单晶的方法及系统，可以在蛋白质单晶上烧蚀出精度在1-10μm的微结构，但是这种方法主要是利用了高于蛋白质烧蚀阈值的飞秒激光脉冲，对于利用低于烧蚀阈值的飞秒激光改性实现微凸起结构制备微透镜还没有相关方法。

发明内容

本发明提出了一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，对已有的飞秒激光加工蛋白质单晶的方法进行改进，利用低于烧蚀阈值的飞秒激光改性，实现微凸起结构制备微透镜，在蛋白质结晶体的表面上加工出周期性排列的微透镜阵列形成的器件。

本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体的最大边长L为100-500μm；蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列，微透镜状凸起阵列中各微透镜状凸起之间的间距p为10-100μm；微透镜状凸起的直径d为2-10μm，微透镜状凸起的高度h为0.05-2μm。

本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备蛋白质结晶体，过程如下：

(1-1)将蛋白质固体与质量百分比浓度为2％-5％的盐溶液相互混合，得到蛋白质溶液，蛋白质溶液中，蛋白质的质量分数为饱和溶液质量分数的1～3倍，调节蛋白质溶液的pH值为4～6；