[发明专利]一种生物传感器系统及其应用于检测生物样品的方法

权利要求书

1.一种利用生物传感器系统检测生物样品的方法，其特征在于，所述生物传感器系统包括：

传感器芯片，所述传感器芯片上设有光波导及片上微谐振腔结构，所述光波导及片上微谐振腔结构共同形成光耦合、光传导及光共振装置，所述光波导或所述微谐振腔结构中内在光场信号，以及因待测物造成的光场分布改变可通过散射信号间接测量，通过在所述光波导附近局部引入少量凹凸结构作为缺陷，定点增强局部的散射效应；

微流控通道，所述微流控通道与所述传感器芯片集成在一起；

成像单元，用于采集经过光耦合、光传导及光共振后的散射信号；

所述生物传感器系统还包括检测单元，用于将采集到的散射信号进行成像，利用成像数据进行深度学习并最终完成生物样品检测；

所述方法包括：

步骤一、对传感器芯片对外暴露部分进行表面功能化，分通道固定针对多种生物标志物的特定受体；

步骤二，将传感器芯片装载到成像单元中，引入光源激发光耦合入主干波导，同时在传感器芯片顶视方向进行面外散射成像；

步骤三，采用流体泵引入待测溶液；

步骤四，成像单元采集实时散射信号，得到面外散射图像；

步骤五，利用已建立的深度学习算法，将面外散射图像的像素矩阵作为输入进行分析，得到待测物实时浓度变化信息，最终得出动力学分析结果；

其中，步骤三中采用流体泵引入待测溶液后继续引入带有特定抗体连接修饰的金属纳米颗粒溶液，用于散射信号放大；

其中，所述深度学习算法为卷积神经网络，包含多组卷积层与池化层，最后以全连接层将输出值送给分类器；在整个传感阶段实时输出结果包括混淆矩阵判定及时域，所述输出结果分两类：

一为判断是否为正常、符合预期的响应、是否存在异常响应、是否存在局域改变响应；

二为判断实时表面吸附量，通过在训练过程中建立起的图像变化程度与共振红移强度的关联，推断出在特定时间、特定图像针对每个传感单元的表面吸附量，即待测物实时浓度变化信息，建立动力学过程的监测，最后在过程接近稳态时可综合分析得到生物分子间作用的亲和力系数，即动力学分析结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微流控通道为聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控通道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器芯片与所述微流控通道集成在一起的方法具体有：

采用光刻定义图案的硅或光刻胶结构作为模板，微流控通道使用道康宁SYLGARD184中基本组分及固化剂，在放置有模具的容器中混合，搅拌均匀，随后置于真空箱中去除气泡，静置固化，最后剥离出微流控通道；

微流控通道的流体输入、输出接口通过打孔器得到并插入金属连接管与外部流体泵连接；

在光学显微镜成像的辅助下，将传感器芯片与微流控通道置于氧等离子处理，使二者表面形成不可逆键合，以此得到微米尺度的微流控通道与传感器芯片之间的空间对准性。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像单元包括物镜、微透镜中任意一种和CMOS图像传感器、CCD图像传感器中任意一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像单元是带有光源和照相机的一体化设备。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光波导为氮化硅材料。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器芯片包括多个传感单元，每个传感单元为微环结构，所述微环结构为圆型、跑道型和螺旋线型中的任意一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述传感器芯片还包括主干光波导和多模波导分束器，用于每个传感单元的光输入。