微稜鏡陣列spr生物傳感器組件的製作方法
2023-07-14 04:13:21
專利名稱：微稜鏡陣列spr生物傳感器組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面等離子體共振(SPR)生物傳感器，尤其是涉及一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，該傳感器組件包括微稜鏡陣列SPR晶片和能夠加熱或冷卻的帶管腳的多路微流道反應池。
背景技術：
表面等離子體共振(SPR)技術以其較高的靈敏度以及高效地對生物分子作用過程的示蹤能力在近十幾年以來發展極為迅速。表面等離子體共振的原理是沿著金屬表面傳播的電子或電荷密度集體振蕩效應。當入射的偏振光的入射角滿足一定條件時，反射光強度最小，此時的角度稱為共振角。當金屬膜表面納米數量級附近的物質濃度發生變化時，其共振角非常靈敏地隨之發生移動。它能夠對生物分子的結合進行原位、無損且無標記的檢測。因此，利用表面等離子體共振(SPR)技術製備的SPR檢測儀已成為生化實驗室重要的研究工具。
現有SPR檢測儀一般包括掃描光源11、楔面或柱面稜鏡12、SPR晶片(包括玻璃片130和金膜131)、反應池14和檢測器15，檢測器是SPR檢測儀的掃描結構部分。如圖1和圖2所示，圖1所示稜鏡為楔面稜鏡的SPR檢測儀，圖2所示為稜鏡為柱面稜鏡的SPR檢測儀。SPR晶片包括玻璃片130，玻璃片上鍍有金膜131，掃描光源11射出的雷射通過三稜鏡12耦合，引發金膜中的自由電子產生表面等離子體。在某一個入射角度雷射可與金膜中表面等離子體產生共振，導致入射的雷射能量被吸收，使得三稜鏡底面上光線入射角與反射率關係曲線上出現一個共振吸收峰—SPR譜。因為SPR譜峰的入射角對金膜表面折射率變化非常敏感，而折射率變化與金膜表面結合的物質的濃度成正比，因此用檢測器15(光電探測器)連續檢測表面等離子體共振吸收峰隨時間的變化就可以實時地檢測生物分子間的反應動力學過程。
SPR生物傳感器是由鍍單點或多點金膜131的玻璃片130即SPR晶片及反應池14構成。
檢測時，1、將鍍金膜上已包被試樣的SPR晶片緊密貼合在反應池的流道141一側，金膜被包容在流道之中，構成生化反應通道；2、然後將晶片貼合在稜鏡的底面上。為了降低稜鏡底面與玻璃片表面構成的折反射界面的反射，在貼合之前要塗香柏油，因香柏油的折射率與稜鏡及玻璃片的折射率接近，可以降低這個反射界面的反射光強，使入射光儘可能多地照射到金膜上。
上述SPR傳感器具有以下不足搭建SPR傳感器操作過程繁瑣，對實驗人員的操作技術要求很高。在搭建SPR傳感器的過程中，晶片要經過兩次貼合一次是與反應池的貼合，貼合不當，會造成反應池漏液，或者晶片破損；第二次是反應池與晶片一起貼合在稜鏡底面上，在這個過程中，要憑經驗塗適量的香柏油，油塗得過多過少或受力不均勻都會對掃描光束產生不利影響。由於這個不足，使SPR生物傳感器很難在臨床檢測中推廣應用。
在玻璃片與稜鏡之間存在一個折反射界面，入射光強不可避免地會損失一部分，而且這個損失隨著入射角的增加而增加。並且由於貼合技巧的差異，會造成油膜薄厚不均勻，從而產生紊亂的薄膜幹涉條紋，在檢測器中產生不能消除的噪聲。
在有些檢測中，需要調整和控制反應池的微流道內的反應溫度，並且希望在線控溫，前述的SPR傳感器難於做到這一點，通常只能在線下進行有溫度控制的反應，然後再拿到儀器上進行檢測。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術中存在的上述缺陷，提供一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，該組件將SPR生物傳感器與SPR檢測儀的稜鏡組合成一個整體(使用該組件的SPR檢測儀將不再需要稜鏡)。
為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案該微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件包括SPR生物傳感器和稜鏡，所述稜鏡為微稜鏡陣列，所述微稜鏡陣列為至少一列稜鏡，所述微稜鏡陣列具有基面，所述基面的另一側與所述稜鏡相對應的位置鍍有金膜、銀膜或鉻膜。
為了能夠同時進行多項指標檢測，上述微稜鏡陣列為至少兩列稜鏡，所述至少兩列稜鏡交錯排列。所述的微稜鏡陣列中，若干微稜鏡排成一列，若干列構成一個微稜鏡陣列，列與列的微稜鏡交錯排列，即單數列的微稜鏡排成一行，偶數列的微稜鏡排成另一行，從而增加同一行中相鄰的兩個微稜鏡之間的距離，以增大入射光的最大掃描角範圍。
上述組件還包括反應池，所述反應池的一側設置有容置所述基面的凹槽，該凹槽內設置有與每列稜鏡相對應的微流道，所述金膜、銀膜或鉻膜能夠容置在所述微流道內，所述微流道的背面設置有針狀管腳，針狀管腳分別與微流道的兩端連通，針狀管腳的另一端能夠插接在SPR檢測儀的專用插座上。所述針狀管腳，兩兩與每路微流道的兩端連通，用以輸送反應液，同時可象IC晶片的插針一樣，將微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件直接通過針狀管腳插在SPR檢測儀的專用插座上，最大地簡化臨床操作步驟。
上述反應池的另一側設置有熱池。從而能夠通過與之相配的SPR檢測儀的溫度調控裝置對該組件的微流道進行溫度控制，以此來控制微流道內的反應溫度。
上述稜鏡可以是凸臺柱面微稜鏡，凸臺楔面微稜鏡。還可以增大基面的厚度，一體成型為井式柱面微稜鏡或井式楔面微稜鏡。
由於採用了上述技術方案，本發明所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件用微稜鏡陣列代替了現有的SPR檢測儀原有的稜鏡，每一個鍍金點對應一個微稜鏡，各自構成獨立的SPR檢測通道，從而取消原有SPR傳感器使用過程中SPR晶片需要與稜鏡貼合的操作，從根本上簡化了搭建SPR傳感器的操作過程；同時也去除了稜鏡底面與玻璃片之間的折反射界面，使稜鏡與玻璃片合成為一個整體，從而消除現有稜鏡與玻璃片之間的界面產生的不必要的反射和雜光幹涉，提高了檢測信號的質量。同時，由於該生物傳感器組件包括微稜鏡陣列及多路微流道，能夠同時進行多種檢測，由於採用了針狀管腳，能夠方便地插接在SPR檢測儀上，由於設置有熱池，熱池內能夠設置半導體加熱或製冷裝置，從而能夠在線檢測需控溫的生化反應進程，該傳感器組件生產成本也較低，利於在臨床檢測中推廣應用。
圖1是現有SPR檢測儀的結構示意圖，其中稜鏡是楔面稜鏡；圖2是現有SPR檢測儀的結構示意圖，其中稜鏡是柱面稜鏡；圖3A是本發明所述的一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的分解狀態的示意圖，其中採用凸臺楔面微稜鏡陣列；圖3B是圖3A所示生物傳感器組件組合後的示意圖；
圖4是圖3所示傳感器組件中微稜鏡陣列的基片和金膜及反應池底面的結構示意圖；圖5是本發明所述的一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的分解狀態和組裝狀態的示意圖，其中採用凸臺柱面微稜鏡陣列；圖6是本發明所述的一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的分解狀態和組裝狀態的示意圖，其中採用井式楔面微稜鏡陣列；圖7是本發明所述的一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的分解狀態和組裝狀態的示意圖，其中採用井式柱面微稜鏡陣列；圖8是圖3所述的凸臺楔面微稜鏡陣列的最大入射角的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明，其中如圖3和圖4所示，本發明所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件SPR生物傳感器和稜鏡，所述稜鏡為微稜鏡陣列1，所述微稜鏡陣列為五列凸臺楔面微稜鏡，所述微稜鏡陣列具有基面101，所述基面101的另一側與所述稜鏡相對應的位置鍍有金膜131，該金膜也可以採用銀膜或鉻膜代替。
如圖3A、圖3B和圖4所示，所述組件還包括反應池2，所述反應池的一側設置有容置所述基面101的凹槽，該凹槽內設置微流道201，所述金膜、銀膜或鉻膜能夠容置在所述微流道內，所述微流道的背面設置有針狀管腳202，針狀管腳分別與微流道的兩端連通，該針狀管腳即可與儀器的微流泵連通，用以輸送各種反應液，也可以作為插針，象IC晶片的插針一樣，插在SPR檢測儀的專用插座上。
圖中所示的反應池2的另一側，設置有熱池203，熱池203可容納SPR檢測儀的控溫部件，從而可調節和控制微流道內的反應溫度，進一步構成可加熱或冷卻的帶管腳的多路微流道反應池。
該晶片上若干微稜鏡排成一列，若干列構成一個微稜鏡陣列，列與列的微稜鏡交錯排列，即單數列的微稜鏡排成一行，偶數列的微稜鏡排成另一行，從而增加同一行中相鄰的兩個微稜鏡之間的距離，以增大入射光的最大掃描角範圍，如圖8所示。
上述傳感器組件的主要優點如下
微稜鏡陣列SPR晶片上的每一個鍍金點對應一個微稜鏡，各自構成獨立的SPR檢測通道，由於微稜鏡與玻璃片已融為一體，所以微稜鏡與鍍金點之間不再有多餘的反射界面，即簡化了實驗操作，又消除了稜鏡與玻璃片之間的界面產生的不必要的反射和雜光幹涉，有助於提高檢測信號的質量；將反應池、已包被各種不同試樣的SPR晶片與SPR檢測儀的稜鏡組合為一個整體，由SPR晶片上的微稜鏡陣列取代SPR檢測儀上的稜鏡，從而避免了實驗人員將晶片貼合到稜鏡上的繁瑣操作。
該組件上設置的多路微流道與每一列檢測點(鍍金點)重合，每路微流道就是一個獨立的反應通道，這些獨立的反應通道可以並行地通過相同的或不同的反應液，與各反應通道中的檢測點分別發生反應，因此，每個反應通道可以並行地進行相同的反應流程，也可以並行地進行不同的反應流程；從而可並行地進行實時的高通量檢測；如圖5所示，作為本發明所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的另一種實施方式，該傳感器組件包括凸臺柱面微稜鏡陣列5和反應池2。所述微稜鏡陣列具有基面501，所述基面501的另一側與所述稜鏡相對應的位置鍍有金膜，該金膜也可以採用銀膜或鉻膜。
如圖6所示於，作為本發明所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的另一種實施方式，該生物傳感器組件包括井式楔面微稜鏡6和反應池2。
如圖7所示於，作為本發明所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件的另一種實施方式，該生物傳感器組件包括井式柱面微稜鏡7和反應池2。
上述實施例中，楔面稜鏡與柱面稜鏡這兩種形式的稜鏡是針對SPR檢測儀的兩種成像檢測系統；凸臺式和井式這兩種形式主要是針對微稜鏡陣列晶片的不同的製造方法，凸臺式和井式均適宜光學塑料注塑加工，但井式微稜鏡晶片的剛性要好一些；而在某些生化反應場合，光學塑料的耐腐蝕性能達不到要求，只能用光學玻璃來進行加工，這時，井式微稜鏡就不適宜了，只能採用凸臺式微稜鏡結構。製造該組件的材料可選用PMMA、PC等光學塑料，採用注塑工藝。
上述具體實施方式
以較佳實施例對本發明進行了說明，但這只是為了便於理解而舉的一個形象化的實例，不應被視為是對本發明範圍的限制。同樣，根據本發明的技術方案及其較佳實施例的描述，可以做出各種可能的等同改變或替換，而所有這些改變或替換都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，包括SPR生物傳感器和稜鏡，其特徵在於，所述稜鏡為微稜鏡陣列，所述微稜鏡陣列為至少一列稜鏡，所述微稜鏡陣列具有基面，所述基面的另一側與所述稜鏡相對應的位置鍍有金膜、銀膜或鉻膜。
2.如權利要求1所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述微稜鏡陣列為至少兩列稜鏡，所述至少兩列稜鏡交錯排列。
3.如權利要求1所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述組件還包括反應池，所述反應池的一側設置有容置所述基面的凹槽，該凹槽內設置有與每列稜鏡相對應的微流道，所述金膜、銀膜或鉻膜能夠容置在所述微流道內，所述微流道的背面設置有針狀管腳，針狀管腳分別與微流道的兩端連通，針狀管腳的另一端能夠插接在SPR檢測儀的專用插座上。
4.如權利要求1至3之一所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述反應池的另一側設置有熱池。
5.如權利要求1至3之一所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述稜鏡是凸臺柱面微稜鏡。
6.如權利要求1至3之一所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述稜鏡是凸臺楔面微稜鏡。
7.如權利要求1至3之一所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述稜鏡是井式柱面微稜鏡。
8.如權利要求1至3之一所述的微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件，其特徵在於，所述稜鏡是井式楔面微稜鏡。
全文摘要
本發明涉及一種表面等離子體共振(SPR)生物傳感器，尤其是涉及一種微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件。本發明為解決現有技術中搭建SPR傳感器的操作過程繁瑣，技術要求高的問題而發明。該微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件包括SPR生物傳感器和稜鏡，所述稜鏡為微稜鏡陣列，所述微稜鏡陣列為至少一列稜鏡，所述微稜鏡陣列具有基面，所述基面的另一側與所述稜鏡相對應的位置鍍有金膜、銀膜或鉻膜。該微稜鏡陣列SPR生物傳感器組件從根本上簡化了搭建SPR傳感器的操作過程；同時也提高了檢測信號的質量，並能夠同時進行多種檢測，該傳感器組件生產成本也較低，利於在臨床檢測中推廣應用。
文檔編號G01N33/48GK101038253SQ20061011396
公開日2007年9月19日 申請日期2006年10月23日 優先權日2006年10月23日
發明者江先玉, 劉寧, 胡玉洋, 高贊軍, 陳忠 申請人:北京賽德創生物技術有限公司