專利名稱：一種超疏水生物芯片及其光學(xué)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水生物芯片及其光學(xué)檢測方 法，具體地說，是關(guān)于一種基于超疏水界面的透明的單平面光學(xué)檢測生物芯片及其微弱生 物熒光信號的檢測方法。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的光學(xué)生物監(jiān)測系統(tǒng)為了提高光學(xué)檢測的靈敏度往往通過提高反應(yīng)物 含量或者提高感光器件的感光值來實(shí)現(xiàn)更高的檢測靈敏度。但是，有些生物反應(yīng)試劑一方 面價(jià)格非常昂貴，一方面受到反應(yīng)物固有濃度的限制，所以難以進(jìn)一步提高反應(yīng)物的含量。 這將大大影響影響生物反應(yīng)的熒光強(qiáng)度，為提高檢測靈敏度帶來了很大的困難。而提高感光器件的感光值也可以提高對微弱熒光的檢測，但由于高靈敏度感光器 件成本較高，且熒光越微弱，背景噪聲相對越強(qiáng)，使高靈敏度感光器件也無能為力。因此，如何低成本的實(shí)現(xiàn)生物光學(xué)檢測系統(tǒng)的靈敏度的提升，對于生物微弱熒光 信號有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)簡單，價(jià)格低廉，可克服傳統(tǒng)光學(xué)生物監(jiān)測系統(tǒng) 的固有局限的新型超疏水生物芯片及其光學(xué)檢測方法。本發(fā)明提供的超疏水生物芯片，包括一個(gè)透明襯底，與所述透明襯底的上表面緊 密結(jié)合的一層透明的氧化鋅納米棒層，所述氧化鋅納米棒相互間緊密豎直排列，形成一個(gè) 納米結(jié)構(gòu)的針狀上表面；所述針狀上表面覆蓋一層透明的特氟龍薄膜。所述透明襯底厚度為0. 1 0. 3mm，所述氧化鋅納米棒層的厚度為100 600nm， 所述特氟龍薄膜厚度為50 500nm。本發(fā)明中所述透明襯底，由普通的蓋玻片構(gòu)成。該蓋玻片可以有效的減少生物熒 光信號的側(cè)向散射和環(huán)境噪聲；所述蓋玻片透光性優(yōu)良，可以有效減少熒光信號經(jīng)過襯底 的透射損耗；所述蓋玻片價(jià)格低廉，可以極大降低本發(fā)明的生產(chǎn)成本。所述氧化鋅納米棒層通過水熱法成長而成。先在所述蓋玻片的上表面通過solgel 法旋涂一層氧化鋅籽晶層，然后通過水熱法，在所述籽晶層表面生長出豎直且緊密排布的 氧化鋅納米棒。所述氧化鋅納米棒層通過水熱法成長而成。所述氧化鋅籽晶層亦可通過在所述蓋 玻片的上表面用等離子體濺射的方法淀積一層氧化鋅籽晶層，然后通過水熱法，在所述籽 晶層表面生長出豎直且緊密排布的氧化鋅納米棒。所述特氟龍薄膜通過旋涂的方法，在所述氧化鋅納米棒的上表面旋涂一層特氟 龍，然后在空氣中退火，即可形成所述特氟龍薄膜。本發(fā)明提出的所述超疏水生物芯片的光學(xué)檢測方法，具體步驟為
Si、首先建立一個(gè)生物熒光信號檢測系統(tǒng)，包括從下至上依次放置一感光器件和所述超疏水生物芯片；
52、在所述超疏水生物芯片的上表面滴一滴待測的生物熒光液滴，液滴收攏成球形；
53、所述生物熒光液滴中的生物熒光信號經(jīng)過所述生物熒光液滴的球形光學(xué)匯聚作 用，向下方聚焦，并經(jīng)過所述超疏水生物芯片的透射，進(jìn)入所述感光器件，所述感光器件將 所述生物熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號，根據(jù)所述電信號對所述熒光液滴中的生物分子進(jìn)行分 析。本發(fā)明通過形成一個(gè)超疏水的納米結(jié)構(gòu)表面，增大生物熒光液滴與所述超疏水生 物芯片的上表面接觸角，使所述生物熒光液滴收攏成球狀，從而增加熒光信號的向下匯聚 能力，從而使得進(jìn)入所述超疏水生物芯片下方感光器件的熒光信號強(qiáng)度大大增加，通過這 個(gè)方法，可以顯著地提高生物熒光檢測的靈敏度。所述超疏水生物芯片還可以通過微電子 的大規(guī)模生產(chǎn)工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，極大的降低了所述超疏水生物芯片的成本，并節(jié)約了昂 貴的生物檢測溶液。通過上述方法便可簡單快捷的獲得一種透明的單平面超疏水生物芯 片，大大提高了生物熒光信號的檢測靈敏度，同時(shí)降低了生物檢測的成本。


圖1為本發(fā)明的生物熒光檢測系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明的制造流程示意圖。圖3為本發(fā)明的測試結(jié)果。圖中標(biāo)號1為超疏水生物芯片；2為生物熒光液滴；3為感光器件；4為蓋玻 片；5為氧化鋅納米棒層；6為特氟龍薄膜。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1一圖3給出本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例并予以詳細(xì)描述，以便更好地說 明本發(fā)明而不是用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供的超疏水生物芯片，由一個(gè)超疏水的納米結(jié)構(gòu)表面和一個(gè)普通的蓋玻 片襯底構(gòu)成。上述納米結(jié)構(gòu)表面由緊密排布的針狀氧化鋅納米棒和該納米棒表面覆蓋的特 氟龍薄膜構(gòu)成，并具有超疏水且透明的效果。上述氧化鋅納米棒通過水熱法生長而成。上述 特氟龍薄膜通過旋涂法并退火而形成。上述超疏水生物芯片的襯底是一個(gè)普通的蓋玻片， 透光性好且價(jià)格低廉。通過上述結(jié)構(gòu)，可以使生物熒光液滴在上述超疏水的納米結(jié)構(gòu)表面 形成大于150度的固液界面接觸角，使液滴收攏成球狀，從而增加了液滴對熒光的向下匯 聚能力，使得進(jìn)入芯片下方感光器件的熒光信號大大增強(qiáng)，可以顯著地提高生物熒光檢測 的靈敏度。上述超疏水生物芯片還可以通過微電子的大規(guī)模生產(chǎn)工藝進(jìn)行批量生產(chǎn)，極大 的降低了上述超疏水生物芯片的成本，并節(jié)約了昂貴的生物檢測溶液。通過上述方法便可 簡單快捷的獲得一種透明的單平面超疏水生物芯片，大大提高了生物熒光信號的檢測靈敏 度，同時(shí)降低了生物檢測的成本。如圖1所示，本發(fā)明的生物熒光檢測系統(tǒng)包括從下至上依次放置的感光器件3、 超疏水生物芯片1和生物熒光液滴2。所述生物熒光液滴2中的生物熒光信號經(jīng)過所述生 物熒光液滴2的球形光學(xué)匯聚作用，向下方聚焦，并經(jīng)過所述超疏水生物芯片1的透射，進(jìn) 入所述感光器件3，所述感光器件3將所述生物熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號，根據(jù)所述電信號即可對所述熒光液滴2中的生物分子進(jìn)行分析。如圖2所示，本發(fā)明的所述超疏水生物芯片1的制備過程由兩步組成，方法簡單， 成本低廉。首先在一塊透明的蓋玻片4上通過solgel法旋涂一層氧化鋅籽晶層，轉(zhuǎn)速6000 轉(zhuǎn)每分鐘，然后先100度退火5分鐘，再300度退火10分鐘。然后通過水熱法，在所述籽晶 層表面生長氧化鋅納米棒層5。具體過程為將旋涂有氧化鋅籽晶層并退好火的所述蓋玻片 4放入75攝氏度的Si (CH3COO)2-2H20和MEA混合溶液中，靜置5小時(shí)即可生長出豎直且緊 密排布的氧化鋅納米棒，最后在400攝氏度氮?dú)庵型嘶?5分鐘，即可形成穩(wěn)定的氧化鋅納 米棒層5。第二步在所述氧化鋅納米棒層5的上表面旋涂一層特氟龍，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)每分 鐘，然后在115攝氏度空氣中退火10分鐘，接著在245度空氣中退火5分鐘，最后在330度 空氣中退火15分鐘，即可形成穩(wěn)定的特氟龍薄膜6。一個(gè)穩(wěn)定的超疏水光學(xué)檢測芯片1便 制備完成。圖3所示為利用所述超疏水生物芯片1和所述感光器件3檢測配好的羊抗鼠 IgG-HRP生物分子溶液，并在酶底物的作用下會發(fā)出淡藍(lán)色熒光。通過改變所述溶液液滴與 所述超疏水生物芯片1的固液接觸角，我們可以得到接觸角越大，探測到的生物熒光信號 越強(qiáng)。所以通過本發(fā)明的所述超疏水生物芯片，可以明顯的增強(qiáng)生物熒光檢測的靈敏度，且 方法簡單，成本低廉。
權(quán)利要求
1.一種超疏水生物芯片，其特征在于包括一個(gè)透明襯底；與所述透明襯底的上表面緊密結(jié)合的一層透明的氧化鋅納米棒層，所述氧化鋅納米棒 相互間緊密豎直排列，形成一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的針狀上表面；覆蓋在所述針狀上表面的一層透明的特氟龍薄膜。
2.按照權(quán)利要求1所述的超疏水生物芯片，其特征在于，所述透明襯底為蓋玻片。
3.按照權(quán)利要求2所述的超疏水生物芯片，其特征在于，所述氧化鋅納米棒層通過水 熱法成長而成先在所述蓋玻片的上表面通過solgel法旋涂一層氧化鋅籽晶層，然后通過 水熱法，在所述籽晶層表面生長出豎直且緊密排布的氧化鋅納米棒。
4.按照權(quán)利要求2所述的超疏水生物芯片，其特征在于，所述氧化鋅納米棒層通過下 述方法成長而成在所述蓋玻片的上表面用等離子體濺射的方法淀積一層氧化鋅籽晶層， 然后通過水熱法，在所述籽晶層表面生長出豎直且緊密排布的氧化鋅納米棒；。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的超疏水生物芯片，其特征在于，所述特氟龍薄膜通過旋涂 法制備得到在所述氧化鋅納米棒層上表面旋涂一層特氟龍，然后在空氣中退火，即形成所 述特氟龍薄膜。
6.按照權(quán)利要求1-4之一所述的超疏水生物芯片，其特征在于，所述透明襯底厚度為 0. 1 0. 3mm，所述氧化鋅納米棒層的厚度為100 600nm，所述特氟龍薄膜厚度為50 500nm。
7.—種如權(quán)利要求1所述的超疏水生物芯片的光學(xué)檢測方法，其特征在于具體步驟為S1、首先建立一個(gè)生物熒光信號檢測系統(tǒng)，包括從下至上依次放置一感光器件和所述 超疏水生物芯片；S2、在所述超疏水生物芯片的上表面滴一滴待測的生物熒光液滴，液滴收攏成球形；S3、所述生物熒光液滴中的生物熒光信號經(jīng)過所述生物熒光液滴的球形光學(xué)匯聚作 用，向下方聚焦，并經(jīng)過所述超疏水生物芯片的透射，進(jìn)入所述感光器件，所述感光器件將 所述生物熒光信號轉(zhuǎn)化為電信號，根據(jù)所述電信號對所述熒光液滴中的生物分子進(jìn)行分 析。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超疏水生物芯片及其光學(xué)檢測方法。該超疏水生物芯片主要包括一個(gè)透明襯底和與所述透明襯底的上表面緊密結(jié)合的一層透明的氧化鋅納米棒層和覆蓋在所氧化鋅納米棒層上表面的一層透明的特氟龍薄膜；通過所述超疏水生物芯片即可建立一個(gè)生物熒光信號檢測系統(tǒng)，包括從下至上依次放置的一感光器件、所述超疏水生物芯片和一滴待測液滴。待測液滴的生物信號經(jīng)球形匯聚，透過所述超疏水生物芯片，被所述感光器件檢測。通過所述超疏水生物芯片和檢測方法可以有效的增加生物熒光信號檢測的靈敏度。
文檔編號G01N21/64GK102147366SQ201010610808
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者周嘉, 曾祥宇, 楊盛 申請人:復(fù)旦大學(xué)