一種利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米物質(zhì)檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從2013年中國的SARS爆發(fā)到最近的西非埃博拉病毒蔓延，病毒對人類生命安全的威脅越來越嚴(yán)重，并引起廣泛關(guān)注。由于病毒致病劑量低、感染性強，為了防止疾病蔓延，針對于外環(huán)境中低濃度病毒的快速有效高靈敏度的病毒在線檢測手段變得至關(guān)重要。
[0003]病毒檢測的常用手段包括電子顯微鏡法、生物方法以及物理光學(xué)方法。病毒尺寸很小，一般在20到400納米之間，其中大部分病毒尺寸集中在100納米以下，常規(guī)的光學(xué)顯微鏡由于受到光學(xué)衍射極限的限制，無法對尺寸小于200納米的病毒進行檢測。透射電子顯微鏡技術(shù)的檢測極限可達到幾納米，可對病毒的形貌及蛋白質(zhì)外殼細(xì)節(jié)進行精密探測，但是透射電子顯微鏡設(shè)備昂貴，需要真空操作、操作時間長，檢測靈敏度相對較低，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性與操作者的技能和經(jīng)驗有直接關(guān)系，只能用于實驗室檢測。傳統(tǒng)的生物方法主要包括噬斑法、免疫技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)、序列測定等檢測技術(shù)。這些方法能測定病毒活性、種類，但對病毒濃度、活性、檢測前樣品處理要求極高，對低濃度病毒需要進行濃縮、擴增等長時間的前處理，屬于實驗室檢測技術(shù)。特定的物理光學(xué)手段也可以用來檢測病毒，質(zhì)譜分析儀器可以檢測多種病毒，但也需要對病毒進行成功率不能保證的擴增、純化等預(yù)處理；基于布朗運動原理的動態(tài)光散射以及病毒計數(shù)儀可以快速檢測病毒的尺寸與濃度，但是無法分辨病毒的種類，而且這種方法僅僅是宏觀統(tǒng)計方法，測量誤差較大，雖然可以快速檢測病毒，仍無法滿足病毒在線檢測的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請?zhí)峁┮环N利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法和裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的檢測方法成本高、檢測性能不穩(wěn)定，檢測速度慢、靈敏度低，不可直接對低濃度的病毒樣品進行檢測的技術(shù)問題。
[0005]本申請?zhí)峁┮环N利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法，所述方法包括:在芯片基底的成像區(qū)域上鍍金薄膜；在金薄膜表面制備病毒抗體；對待檢測液進行過濾；通過微流體泵將過濾后的所述待檢測液泵到所述金薄膜上；所述病毒抗體特異性捕獲所述待檢測液中的病毒；光源發(fā)出的光經(jīng)過擴束整形后，以P偏振態(tài)聚焦到油浸物鏡的后焦平面；調(diào)節(jié)入射光在油浸物鏡的后焦平面上的位置，使入射光斜入射到所述芯片基底的成像區(qū)域上，在所述金薄膜表面激發(fā)表面等離激元，所述表面等離激元沿金薄膜表面?zhèn)鞑ィc所述待檢測液的病毒產(chǎn)生散射；所述表面等離激元散射轉(zhuǎn)化為光信號與反射光一起被油浸物鏡收集；通過CCD對所收集的光進行成像；對成像信息進行采集、處理和分析，獲得病毒的信息。
[0006]優(yōu)選地，所述對待檢測液進行過濾，具體包括:采用活性炭濾芯對所述待檢測液進行過濾；采用微孔過濾膜對粗過濾后的所述待檢測液進行過濾。
[0007]優(yōu)選地，所述方法包括:定期檢測純水通過所述過濾器的透過量；判斷所述透過量是否小于一預(yù)設(shè)值；若是，則更換所述活性炭濾芯和所述微孔過濾膜。
[0008]優(yōu)選地，所述通過CCD對所收集的光進行成像，包括:用CCD測量無任何病毒的反射光作為背景光斑；用CCD測量有所述病毒的反射光作為當(dāng)前光斑；將所述背景光斑與所述當(dāng)前光斑相減，獲得所述病毒弓I起表面等離激元散射場。
[0009]一種利用表面等離激元散射成像檢測病毒的裝置，所述裝置包括:過濾器，用于對待檢測液進行過濾；芯片基底，所述芯片基底上鍍有金薄膜；微流體泵，用于將過濾后的所述待檢測液泵到所述金薄膜上，所述金薄膜表面制備病毒抗體；光源，用于發(fā)出光；油浸物鏡；線偏振器和薄膜分束器，用于將光進行擴束整形，以偏振態(tài)聚焦到油浸物鏡的后焦平面，再斜入射到所述芯片基底的成像區(qū)域上，在所述金薄膜表面激發(fā)表面等離激元，所述表面等離激元沿金薄膜表面?zhèn)鞑ィc所述所述待檢測液的病毒產(chǎn)生散射；所述油浸物鏡還用于收集所述表面等離激元散射轉(zhuǎn)化的光信號和反射光；CCD，對所收集的光進行成像；處理器，對成像信息進行采集、處理和分析，獲得病毒的信息。
[0010]優(yōu)選地，所述芯片基底和所述金薄膜之間鍍設(shè)有鉻薄膜。
[0011]優(yōu)選地，所述過濾器包括活性炭濾芯和微孔過濾膜。
[0012]本申請有益效果如下:
[0013]通過上述方法和裝置，當(dāng)待檢測液中的病毒流過金薄膜時，病毒會被病毒抗體吸附到金薄膜表面，以與所述金薄膜表面激發(fā)表面等離激元產(chǎn)生散射，所述表面等離激元散射轉(zhuǎn)化為光信號與反射光一起被油浸物鏡收集，再通過CCD對所收集的光進行成像，通過處理即可獲得病毒的信息，從而快速地進行病毒檢測，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的檢測方法成本高、檢測性能不穩(wěn)定，檢測速度慢、靈敏度低，不可直接對低濃度的病毒樣品進行檢測的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例。
[0015]圖1為本申請第一較佳實施方式利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法的流程圖；
[0016]圖2為圖1中所述方法中采用的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細(xì)的說明。
[0018]實施例一
[0019]圖1為本申請第一較佳實施方式利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法的流程圖。首先對該方法中采用的裝置進行介紹，如圖2所示，所述裝置包括光源210、線偏振器220、薄膜分束器230、油浸物鏡240、芯片基底250、CCD260、過濾器270、微流體泵280和處理器290。CO)全稱為Charge-coupled Device，電荷親合元件。如圖1所示，所述利用表面等離激元散射成像檢測病毒的方法包括以下步驟:
[0020]步驟110，在芯片基底250的成像區(qū)域上鍍金薄膜。具體地，在本實施方式中，可以先利用光刻技術(shù)在設(shè)計好的芯片基底250的成像區(qū)域蒸鍍厚度為2納米的鉻薄膜，以增加金薄膜與芯片基底250的附著度，然后，再蒸鍍厚度為50納米的金薄膜，為了對病毒進行大視野實時在線成像觀測，設(shè)計的金薄膜區(qū)域為直徑等于100 μπι的圓形成像區(qū)域，該成像區(qū)域與顯微物鏡的視野一致。在其它實施方式中，也可以直接將所述金薄膜鍍在所述芯片基底250的成像區(qū)域上。
[0021]另外，每一個成像區(qū)域可以完成一次病毒檢測，芯片基底250上可以集成多個成像區(qū)域，可以降低檢測成本。具體地，可使用軟光刻技術(shù)在3mm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上制備出通道，然后加入厚度為10ym的彈性體墊圈，與芯片基底250 —起組裝成微流體通道。芯片基底250上的每個成像區(qū)域擁有獨立的微流體通道，當(dāng)一個成像區(qū)域使用完畢后，通過平移臺移動到下一個成像區(qū)域進行再次檢測。若使病毒有效捕獲在金薄膜上，需將微流體通道的流量控制在lOOyL/min以下，設(shè)計微流體通道的尺寸為1mmX 100 μπιΧ 100 μπι(長X寬X高)。將裝配好的微流體通道放入可拆卸的芯片基底的固定架中，通上水管及相應(yīng)電路，并與微流體泵280連接，即可得到完整的微流體芯片系統(tǒng)。通過有效控制微流體通道的流量，即可實現(xiàn)病毒在線捕獲。
[0022]步驟120，在金薄膜表面制備病毒抗體。由于表面等離激元具有倏逝波特性，在靠近金薄膜表面的位置處激發(fā)場最強，為了對病毒進行有效成像，需要將病毒有效結(jié)合在金薄膜表面。本方法中采用抗原-抗體結(jié)合的方法將病毒捕獲至金薄膜表面，即，在金薄膜上制備相應(yīng)的病毒抗體，對病毒進行特異性的吸附，實現(xiàn)對病毒的定性檢測。病毒芯片上可以制備不同抗體，實現(xiàn)對多種病毒的在線檢測。
[0023]步驟130，對待檢測液進行過濾。由于待檢測液如水質(zhì)中含有大量不可溶性顆粒物和微生物等大尺寸懸浮物，因此，在線病毒檢測的一個重要環(huán)節(jié)就是將待檢測液中大顆粒雜質(zhì)(包括細(xì)菌、真菌、藻類等)濾除，以降低不同雜質(zhì)對病毒檢測過程的干擾。
[0024]在本實施方式中，所述對待檢測液進行過濾，具體包括:采用活性炭