一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法
2023-09-24 12:57:10 1
專利名稱：一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種生化分子檢測方法，特別是一種高效、高靈敏度、準確、方便、快速、經濟的生化分子檢測方法。
背景技術：
隨著人民生活水平的不斷提高，人們對臨床診斷和生物醫學、司法鑑定、食品衛生產品監督分析、藥物開發、工礦業領域有毒氣體等生化成份的監測和處理提出了更高的要求。傳統的生化分子探測方法主要是使用放射性同位素、酶或螢光等做為標識物，存在安全性和穩定性差、效率和靈敏度低的缺點，不能滿足快速(以便實時處理和控制危險物)、靈敏(以便探測微量的劇毒物質)、特效(排除非致病性成份的幹擾和汙染)的需求，迫切希望發展新一代高靈敏度、高效、準確、方便、快速、經濟的生化分子檢測方法和技術。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是克服上述技術的不足，提供一種高效、高靈敏度、準確、方便、快速、經濟的生化分子檢測方法，它以白光或單色光對表面附有生物分子的金屬微納結構進行照射產生表面等離子體，引起雷射輻射能量的吸收和散射，運用反射光或透射光的吸收光譜的變化識別生物分子。
本發明的技術解決方案是高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特點在於利用白光或單色光對表面附有生物分子的金屬微納結構進行激發產生表面等離子體，運用反射光或透射光的吸收光譜的變化識別生物分子，具體包括下列步驟(1)生物分子液體在通過金屬微納結構時，部分生物分子會附著在金屬微納結構的表面，多餘的生物分子液體流往廢液回收池；(.2)光源耦合到光纖中去，然後照射到表面附有生物分子的金屬微納結構上產生表面等離子體波，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光的能量損失，這在反射光譜或透射光譜中是一個明顯的低谷；(3)反射光譜或透射光譜經光譜儀後成像在CCD上，通過CCD將光信號轉換為電信號送入計算機處理系統進行分析。
本發明的原理光源耦合到光纖中去，然後照射到表面附著有生物分子的金屬微納結構上產生表面等離子體波，其衰減長度僅有幾百個納米，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光中的能量損失，若光源為白光，通過吸收光譜的變化可探測生物分子。若光源為單色光，在角度反射譜或透射譜中有一個明顯的低谷，共振角度強烈地依賴於傳感器表面上瞬逝波範圍內樣品的折射率輪廓。傳感器表面上大分子的吸附和解吸附作用改變了局部折射率，使共振角度發生一個移動，表面等離子體的波矢發生變化，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光中的能量損失。
本發明相比於現有技術有以下優點(1)本發明採用金屬微納結構的表面將等離子體傳感單元將接受和傳感部分集成在單一的傳感器上，即生物傳感器晶片，具有成本低、體積小、效率高等優點，可用於快速分析和高級過程控制；(2)本發明中的表面等離子體傳感元，金屬微納結構可以被用於重複利用。與此相反，傳統的免疫測定，包括酶相聯繫的免疫吸收劑化驗，基本上只能用一次。
(3)傳統的生化分子探測識別主要是使用放射性同位素、酶或螢光等做為標識物，存在安全性和穩定性差、效率和靈敏度低的缺點。本發明利用金屬微納結構的優良電磁性質和生物親和性對生化分子檢測，可滿足快速(以便實時處理和控制危險物)、靈敏(以便探測微量的劇毒物質)、特效(排除非致病性成份的幹擾和汙染)的需求。
(4)用於照射金屬微納結構的光源既可以是白光，也可以是單色光；用於對生物分子進行識別的光譜可以是反射光譜也可以是透射光譜，增加了更多的自由度。
故本發明可以實現新的生化傳感探測技術，為DNA分子、蛋白質標定和識別、藥物傳輸、分子器件、病毒探測、細菌探測、微觀組織診斷和活性治療等領域奠定新的技術基礎。
圖1為實現本發明的生化分子檢測裝置的原理框圖；圖2為實現本發明的生化分子檢測的雷射光路示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，生物分子液體在通過金屬微納結構(生物晶片傳感器)時，部分生物分子會附著在金屬微納結構的表面，多餘的生物分子液體流往廢液回收池；將光源耦合到光纖中去，然後照射到表面附著有生物分子的金屬微納結構上產生表面等離子體波，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光，如圖2所示的能量損失，這在反射光譜或透射光譜中是一個明顯的低谷；反射光譜或透射光譜經光譜儀後成像在CCD上，通過CCD將光信號轉換為電信號送入計算機處理系統進行分析。
若光源為白光，通過吸收光譜的變化可探測生物分子。若光源為單色光，共振角度強烈地依賴於傳感器表面上瞬逝波範圍內樣品的折射率輪廓。金屬微納結構即生物傳感器晶片表面上大分子的吸附和解吸附作用改變了局部折射率，使共振角度發生一個移動，這個移動與生化分子的種類有關。
金屬微納米結構為二維有序金屬納米顆粒陣列，納米顆粒和周期的大小決定了表面等離子體波矢量的頻率。這種金屬納米結構可採用納米球刻蝕法進行製作，其製作過程為首先在襯底上自組裝形成二維膠體晶體，即納米膠體球在二維方向按照一定規律有序排列形成的結構，並以此為掩模在其上沉積金屬材料(如金、銀)，最後去掉掩模得到沉積在襯底上的金屬納米顆粒的二維有序陣列。通過膠體球的大小可控制納米顆粒的間距，通過沉積不同量的元素可控制納米顆粒的體積，通過後續處理可控制納米顆粒的形態。
CCD將光信號轉換為電信號送入計算機，可得到光強與波長(若光源為白光)或入射角度(若光源為單色光)的變化關係曲線，若光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配，共振將導致反射光或透射光在共振波長(若光源為白光)或共振角度(若光源為單色光)的能量損失。
權利要求
1.一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特徵在於利用白光或單色光對表面附有生物分子的金屬微納結構進行激發產生表面等離子體，運用反射光或透射光的吸收光譜的變化識別生物分子，具體包括下列步驟(1)生物分子液體在通過金屬微納結構時，部分生物分子會附著在金屬微納結構的表面，多餘的生物分子液體流往廢液回收池；(2)光源耦合到光纖中去，然後照射到表面附有生物分子的金屬微納結構上產生表面等離子體波，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光的能量損失，這在反射光譜或透射光譜中是一個明顯的低谷；(3)反射光譜或透射光譜經光譜儀後成像在CCD上，通過CCD將光信號轉換為電信號送入計算機處理系統進行分析。
2.根據權利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特徵在於表面等離子體傳感單元將接受和傳感部分集成在單一的傳感器上，具有成本低、體積小、效率高等優點。
3.根據權利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特徵在於用於照射金屬微納結構的光源既可以是白光，也可以是單色光。
4.根據權利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特徵在於用於對生物分子進行識別的光譜可以是反射光譜也可以是透射光譜。
全文摘要
一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法，生物分子液體在通過金屬微納結構時，部分生物分子會附著在金屬微納結構的表面，多餘的生物分子液體流往廢液回收池；光源耦合到光纖中去，然後照射到表面附有生物分子的金屬微納結構上產生表面等離子體波，當光在傳感單元表面的波矢分量與表面等離子體的波矢匹配的條件下，共振導致反射光或透射光的能量損失，這在反射光譜或透射光譜中是一個明顯的低谷；反射光譜或透射光譜經光譜儀後成像在CCD上，通過CCD將光信號轉換為電信號送入計算機處理系統進行分析。本發明提供一種高效、高靈敏度、準確、方便、快速、經濟的生化分子檢測方法，可用於DNA分子、蛋白質標定和識別、藥物傳輸、分子器件、病毒探測、細菌探測、微觀組織診斷和活性治療等領域。
文檔編號G01N21/17GK1715874SQ20051001223
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月21日 優先權日2005年7月21日
發明者羅先剛, 陳獻忠, 王皓, 姚漢民, 陳旭南, 李海穎 申請人:中國科學院光電技術研究所