[发明专利]一种微流控石英晶片阵列传感检测系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种微流控石英晶片阵列传感检测系统及其检测方法，包括有PC机，arduino单片机，DDS信号源，A/D转换器、低通滤波器、石英晶片传感系统，信号调理电路和幅值相位检测器，以上组件依次通过线路互连，幅值相位检测器与arduino单片机通过线路互连。本发明的在石英晶片片的一面非有效面积粘上聚氨酯泡沫圈使其能浮于检测液，另一面修饰上磁性纳米颗粒和不同的抗体检测探针，通过磁性纳米颗粒对晶片进行微控制，使晶片短暂的固定于检测位置，同时也增加了探针修饰的表面积和晶振的质量效应。采用多个石英晶片片并形成参比对照，并使用半封闭阀门隔绝，实现依次检测避免多个晶片互相干扰。

技术领域

本发明属于生物传感器以及分析化学技术领域，具体涉及一种微流控石英晶片阵列传感检测系统及其检测方法。

背景技术

近年来，生物医学科技的突飞猛进对现代生物检测技术的发展提出了更的高要求。在免疫反应，病毒检测，食品安全以及突发性生化恐怖事件等实时、快速检测领域，目前只能使用传统的生物化学检测手段，需要几小时甚至几天的检测周期，这可能会造成较大的社会经济效益损失。石英晶片微天平(QCM)已普遍应用于临床诊断，食品分析，环境分析和农业监测。我们已经建立了一个QCM免疫分析系统，可以在整个检测过程中进行在线和定量监测，并提供有关抗体表面覆盖率和抗体与抗原结合率的信息。QCM是一种常用的生物传感器，在商业应用中用于检测质量响应，这些响应是沉积在电极表面的物质特征。QCM理论质量灵敏度与基频的平方成正比，对于5MHz石英晶振芯片(厚度330微米)而言，产生1Hz的响应需要的质量为20ng/cm²。而对于基频27MHz的晶片芯片，产生1Hz的响应需要的质量为0.7ng/cm²，显而易见，27MHz比5MHz具有更高的灵敏度，提高了29倍。日本大阪大学Ogi H采用170MHz无极石英晶片建立的传感器其质量灵敏度比5MHz的石英晶振提高3个数量级，可达15pg/cm2Hz，其前提条件需使用厚度为9.7微米的芯片。对于AT切石英晶片，它频率适用范围在500kHz～350MHz，通常石英晶振一般是由圆形AT切石英晶片和在晶片上下表面镀上两个同心圆形金属电极构成，金属通常为金、银、铝等材料。在溶液中使用时通常是镀金电极，厚度至少20nm(为了增加金电极的附着性通常预先真空蒸镀2nm厚的铬或钛层)，电极金属镀层降低了石英晶片谐振品质因子，也制约了高频QCM在溶液中的使用，通常使用的QCM基频在10MHz以下。无极裸石英晶片传感技术的出现为超高频石英谐振子的应用提供了一个新途径。从1991年首次对无极石英晶片进行研究起，已有很多材料和方法用于实现无极石英晶片检测，无极石英晶片微天平(QCM)传感器也逐渐被应用于化学生物传感器，成为许多应用的分析仪器。无极QCM与镀有金属电极的QCM相比具有很多优势：直接使用裸石英谐振子其表面比镀有金属膜更耐腐蚀更抗氧化；裸石英谐振子的SiO₂传感表面易于生物修饰，生物相容性好；更容易实现高频检测，成本更低容易实现商业化，可实现非接触检测用于体内实验；可以使用50MHz以上的高频石英振子，传感器灵敏度大幅提高，因此越来越多的人开始关注起了无极石英晶片的应用。然而由于无极石英晶片谐振传感器稳定性不佳，有时启动石英晶片发生谐振困难，限制了该技术应用推广，需要进一步的改进和发展。