[发明专利]光学生物传感器及COVID-19病毒检测装置

说明书

本发明属于生物检测技术领域，公开了一种光学生物传感器及COVID‑19病毒检测装置。本发明所提供的光学生物传感器，包括单晶硅基底及设于所述单晶硅基底上的纳米多孔硅薄膜光学器件，所述纳米多孔硅薄膜光学器件包括多孔硅单层干涉膜、多孔硅布拉格反射镜或多孔硅微谐振腔；所述纳米多孔硅薄膜光学器件的表面依次沉积有复合金属薄膜、包被有生物探针。本发明通过对纳米多孔硅薄膜光学器件的结构设计、以及在纳米多孔硅薄膜光学器件表面沉积复合金属薄膜，显著提高了光学生物传感器的检测灵敏度，适用于对COVID‑19病毒等病原体的检测。

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，特别涉及一种光学生物传感器及COVID-19病毒检测装置。

背景技术

新型冠状病毒肺炎(Coronavirus Disease 2019，COVID-19)，简称“新冠肺炎”，是指2019新型冠状病毒感染导致的肺炎，是一种急性的呼吸系统感染。世界卫生组织(WHO)于2020年2月11日将其命名为“COVID-19”。同日，国际病毒分类委员会冠状病毒研究小组按照分类学的命名规则，将此次新冠病毒命名为“SARS-CoV-2”。

目前，新型冠状病毒COVID-19的检测主要局限于医院和疾病预防控制中心，主流技术是基于核酸扩增检测的聚合酶链式反应。然而，核酸提取和扩增是一个复杂的过程，检测人员的技术、环境的洁净度和送样的及时性都会影响结果的准确性。因此，以PCR为代表的核酸扩增检测方法虽然灵敏度高，但是检出率低于50％、检测周期长，且很多条件受限地区无法完成。某些机构提出了新冠病毒COVID-19快速现场检测解决方案。在核酸扩增检测法方面，提出了30分钟自动核酸提取NAAT、以及“帐篷式移动实验室”内的现场NAAT。这些方法试图在核酸提取和扩增方面尽量减少人为因素，提高可靠性，或者在检测现场营造一个相对洁净的环境以提高可靠性，但这些新的方法仍面临传递样品带来的检测周期长和样品污染的问题。

除核酸扩增检测方法之外，有研究者提出采用无需核酸提取的胶体金免疫法对IgG、IgM抗体进行检测的方法。虽然，基于IgG、IgM抗体的免疫分析方法不需要核酸的提取和扩增，不容易被环境中的杂质污染，比核酸检测法更适于进行现场检测。但是，抗体法面临的问题是，很多被感染的人群体内不产生抗体，这部分人群无法用抗体法检出。而且，能够产生抗体的人群一般在感染后需要至少7天时间才会在血清中产生可检出的抗体，而在此期间这些感染者已开始传播病毒。此外，IgG、IgM抗体并不具有特异性，流感和其他病毒感染也会使病人体内产生IgG、IgM抗体，这些因素限制了抗体检测法在防控新冠疫情方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种光学生物传感器及COVID-19病毒检测装置。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种光学生物传感器，其包括单晶硅基底及设于所述单晶硅基底上的纳米多孔硅薄膜光学器件，所述纳米多孔硅薄膜光学器件包括多孔硅单层干涉膜、多孔硅布拉格反射镜或多孔硅微谐振腔；所述纳米多孔硅薄膜光学器件的表面依次沉积有复合金属薄膜、包被有生物探针。

本发明中，当纳米多孔硅薄膜光学器件的结构为多孔硅布拉格反射镜时，所述多孔硅布拉格反射镜包括交替堆叠的高折射率层和低折射率层。

所述高折射率层和所述低折射率层满足：n₁d₁＝n₂d₂＝λ/4；其中，n₁和d₁分别为高折射率层的折射率和厚度；n₂和d₂分别为低折射率层的折射率和厚度；λ为所设计多孔硅布拉格反射镜的全反射带的中心波长(真空中波长)。为了提高布拉格反射镜的反射率，所述高折射率和低折射率的数值对比应尽可能大。

优选地，所述多孔硅布拉格反射镜中的高折射率层和低折射率层的个数相等且分别为10个以上。