[发明专利]高通量光波导生物传感芯片

说明书

本发明公开了一种高通量光波导生物传感芯片，包括光波导阵列和生物检测点阵列，光波导阵列是并行排布的并固定在基底上的多个光波导，生物检测点阵列是沿光波导轴线方向间隔分布的、用于发生特异性生化反应的多个生物检测点；所述生物检测点阵列固化在光波导阵列上或光波导阵列上的隔离层上；光波导两端的端面作为光信号的输入端和输出端；光波导内还可以刻有波导光栅，可提高信噪比。本发明将高通量的生化反应与光波导阵列集成在一起，结构简单，并行获取信息，可实现高通量生物传感。

技术领域

本发明涉及光波导与生物传感芯片技术领域。

背景技术

生物传感在生物化学、医疗、环境监测、食品卫生等领域有广泛的应用。生物传感器主要以光或电生理特性或有分子特异性的生物活性物质如酶、蛋白质、微生物、DNA等作为生物探针(敏感元件)，从生化反应物质或光电生理信号等获取生物信息的传感器件。其中的光学生物传感器具有灵敏度高、适应性强的特点，得到了人们的普遍重视。光学生物传感器主要以光生理特性，或用特异性分子与被测生物分子相结合并导致特异性分子光学参量(如折射率)变化，用光电信息技术获取光学参量变化并进而获取生物信息。生物分子具有信息量巨大的特性，要求生物传感器能同时获取大量生物分子的信息即高通量传感。目前已广泛应用的高通量生物传感器主要是基于微阵列压印技术的生物芯片。它是在基底上密集排布生物分子探针而形成生物芯片，用荧光分子标记被传感生物分子后将被传感生物分子与探针相互作用，再通过清洗和检测仪器(如激光共聚焦扫描仪、高灵敏CCD图像扫描仪)获取探针阵列的荧光图像，根据荧光图像分析得到生物分子的相互作用信息。生物芯片需要荧光标记和激光照射而激发荧光，这会影响生物分子的结构和性质，还存在光漂白现象，严重干扰生物分子的相互作用过程。另外，用生物分子探针阵列和表面等离子共振(SPR)成像技术也可进行较高通量的生物分子传感。该方法具有灵敏度高、无需标记的特点，但其传感探针密度(通量)相对于生物芯片而言要低一些。

光波导是一种束缚并传导光波的电介质，根据其结构可分为基于衬底的光波导(如平面光波导、矩形或脊形光波导等)和光纤(如圆柱形和D形光纤)。所有光波导均有折射率较高的波导芯和折射率较小的包覆介质(含空气)，具有更高的传感灵敏度和极弱的光漂白效应，可原位获取生物信息。

综上所述，现有的高通量生物传感器主要是生物芯片，缺少基于光波导的高通量生物传感器。而生物芯片中的荧光标记和荧光激发将影响生物分子的结构和性质，存在光漂白、检测误差大、难以获取生物分子作用过程的信息等不足。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供了一种高通量光波导生物传感芯片，突破现有技术中依赖荧光标记及激发的限制。本发明利用光波导和生物探针阵列高通量地传感生物分子，其光波不直接作用于生物分子，无需荧光标记，可并行获取信息和在线传感生物分子的作用过程。

本发明的高通量光波导生物传感芯片，包括光波导阵列和生物检测点阵列，所述光波导阵列是并行排布且固定在基底上的多个光波导，所述生物检测点阵列中的每一列是沿光波导传光方向间隔分布的、可与被传感生物分子发生特异性生化反应的多个生物检测点；所述生物检测点阵列固化在光波导阵列上或光波导阵列上的隔离层上，各个光波导两端的端面作为光信号的输入端和输出端。

进一步地，所述光波导阵列中相邻两光波导之间的优化距离大于5μm。

具体地，所述光波导为矩形光波导或D形光纤，矩形光波导埋入或镶嵌在基底上，D形光纤固定在基底上。

进一步的，所述矩形光波导的折射率大于基底的折射率。

进一步地，在矩形光波导埋入基底时，矩形光波导输入和输出光信号的端面裸露在基底外；矩形光波导镶嵌在基底上时，矩形光波导的上表面、输入输出光信号的端面裸露在基底外。

进一步地，在D形光纤固定到基底上时，D形光纤的平面部分、输入输出光信号的端面是裸露的。