一種用于oird檢測方法的生物芯片及其制造方法和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物芯片及其檢測方法，尤其涉及一種用于斜入射光反射差 (oblique-incidence reflectivity difference，0IRD)檢測方法的生物芯片及其制造方 法和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生命科學(xué)是一個復(fù)雜的體系，如蛋白、核酸、糖類等每一類都包含了上萬種不同的 生物分子，其小分子更是不計其數(shù)。因此生物分子的檢測及其相互作用研究對生命科學(xué)中 的基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)研究、新型藥物研發(fā)以及臨床等領(lǐng)域都是十分重要和有意義的，已發(fā)展成 為生命科學(xué)中最為活躍的前沿領(lǐng)域之一。
[0003] 為了研究眾多生物分子的特性和分子間的相互作用，在20世紀(jì)九十年代出現(xiàn)了 生物芯片技術(shù)，生物芯片一次可平行的同時檢測上萬個生物樣品點的相互作用，被稱之為 20世紀(jì)具有劃時代意義的微量分析技術(shù)之一。但到目前為止，在檢測生物芯片方面，還是以 熒光為代表的標(biāo)記方法占統(tǒng)治地位。標(biāo)記法不僅過程復(fù)雜、費時費力成本高，尤其是標(biāo)記分 子的引入，可能影響或改變被檢測生物分子的結(jié)構(gòu)和活性。因此生命科學(xué)領(lǐng)域急需無標(biāo)記、 高通量的檢測技術(shù)和方法。
[0004] 近年來發(fā)展了 OIRD檢測方法，可無標(biāo)記、高通量地檢測和研究生物分子及其相互 作用。OIRD檢測方法的基本原理是，使一束在p偏振和s偏振之間周期性變化的調(diào)制光斜 入射到被檢測物質(zhì)（例如生物芯片上的生物樣品）表面，并測量反射光的s和p兩個偏振 分量的差值，從而檢測和研究物質(zhì)表面在微納尺度上的變化和特性。圖1示出了一個OIRD 檢測裝置的基本原理圖。如圖1所示，OIRD檢測裝置主要包括：He-Ne激光器11，用于輸出 P偏振光；光彈調(diào)制器12,用于把He-Ne激光器11輸出的P偏振光調(diào)制為頻率（Ω )為50 kHz，在p偏振和s偏振之間周期性變化的調(diào)制光；相移器13,可在調(diào)制光的p偏振和s偏 振分量之間引入一個固定的位相差，用于基頻信號調(diào)節(jié)；第一透鏡14,使調(diào)制光聚焦后，斜 入射到被檢測的生物樣品16的表面；透鏡18,用于聚焦被生物樣品16表面反射的反射光； 檢偏器19,通過調(diào)節(jié)其光軸與偏振光方向之間的夾角，對倍頻信號進(jìn)行調(diào)節(jié)；光電二極管 探測器120,用于檢測經(jīng)過偏振分析器19的反射光，并將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；第一、第?鎖相放大器121、122,分別檢測反射光差值的基頻和倍頻信號，其生成的數(shù)據(jù)由計算機(jī)采集 和處理。對于不同的生物樣品、或同一樣品的不同濃度、或生物分子之間的相互作用，OIRD 檢測裝置得到的基頻和倍頻信號會有所不同，從而可獲得生物分子或生物分子之間相互作 用的信息。
[0005] 關(guān)于OIRD檢測生物芯片方法的進(jìn)一步具體細(xì)節(jié)，例如可參考文獻(xiàn)1 : Xu Wang, et al. , J Appl Phys, 2010, 107, 063109,文獻(xiàn)2:3.1^116七&1.,厶卩卩1· Phys. Lett. , 2004, 104,163701,文獻(xiàn) 3 :He Liping, et al.Sci China Phys Mech Astron, 2014, 57, 615,中國發(fā)明專利 ZL201010128589. 5、ZL200810057538. 4、 ZL200810101699. 5 等。
[0006] 已有的研究結(jié)果表明，OIRD檢測方法是目前無標(biāo)記、高通量地檢測生物芯片的最 好方法之一。但是目前的OIRD檢測方法的檢測靈敏度和分辨率尚需要進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于OIRD檢測方法的生物芯片，可提高檢測 靈敏度和分辨率。
[0008] 本發(fā)明提供了一種用于斜入射光反射差檢測方法的生物芯片，包括：
[0009] 襯底，由硅或鍺構(gòu)成；
[0010] 固定到所述襯底上的生物樣品。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，還包括形成流體腔的容器，該容器具有透明窗口，所 述生物樣品位于所述流體腔中，且所述生物樣品通過所述透明窗口暴露于斜入射光反射差 檢測方法所使用的探測光。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，所述生物樣品通過活化層被固定到所述襯底上。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，其中所述襯底與所述生物樣品之間還具有透明緩沖 層，選擇所述緩沖層的厚度，以使得在所述斜入射光反射差檢測方法中，能夠：
[0014] i)同時獲取所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的基頻信號和倍頻信號；或
[0015] ii)使所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的基頻信號的強(qiáng)度等于其負(fù)極大值 或其正極大值；或
[0016] iii)使所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的倍頻信號的強(qiáng)度等于其負(fù)極大 值或其正極大值。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，其中所述緩沖層的厚度被選擇為使所述基頻信號的 強(qiáng)度超過其負(fù)極大值或其正極大值的20%，同時使所述倍頻信號的強(qiáng)度超過其負(fù)極大值或 其正極大值的20%。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，其中所述透明緩沖層的材料為Si02、SrTiO 3 LaAlO3 或聚合物。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，其中所述生物樣品通過活化層固定到所述緩沖層 上。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明提供的生物芯片，其中所述緩沖層由適于固定所述生物樣品的活化材 料構(gòu)成，所述生物樣品直接位于所述緩沖層上。
[0021] 本發(fā)明還提供一種用于檢測生物芯片的斜入射光反射差檢測方法，包括：
[0022] 將背底信號的值設(shè)置為一預(yù)定值，該預(yù)定值使得斜入射光反射差檢測方法的信號 的強(qiáng)度至少達(dá)到該信號強(qiáng)度能夠達(dá)到的最大強(qiáng)度的60% ;
[0023] 對所述生物芯片進(jìn)行斜入射光反射差法檢測。
[0024] 本發(fā)明還提供一種用于制造生物芯片的方法，包括：
[0025] 提供由硅或鍺構(gòu)成的襯底；
[0026] 在襯底上固定生物樣品。
[0027] 本發(fā)明還提供一種用于制造生物芯片的方法，包括：
[0028] 提供由硅或鍺構(gòu)成的襯底；
[0029] 在襯底上形成透明緩沖層；
[0030] 在所述透明緩沖層上固定生物樣品，
[0031] 選擇所述緩沖層的厚度，以使得在所述斜入射光反射差檢測方法中，能夠：
[0032] i)同時獲取所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的所述基頻信號和所述倍頻 信號；或
[0033] ii)使所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的基頻信號的強(qiáng)度等于其負(fù)極大值 或其正極大值；或
[0034] iii)使所述斜入射光反射差檢測方法的信號中的倍頻信號的強(qiáng)度等于其負(fù)極大 值或其正極大值。
[0035] 綜上，本發(fā)明提供了一種基于5圭襯底或錯襯底的生物芯片，可大大提1? OIRD檢測 方法的靈敏度和分辨率。
[0036] 進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提供了一種基于"四層模型"的生物芯片，在 硅或鍺襯底與生物樣品之間設(shè)置一緩沖層。通過合理地選擇緩沖層的厚度，可使OIRD的基 頻/或倍頻信號達(dá)到最大值，或者可使OIRD檢測同時獲取基頻和倍頻兩路信號，并使兩路 信號的強(qiáng)度均較大，從而提高OIRD檢測方法的檢測靈敏度和分辨率，并可根據(jù)兩路信號擬 合出被檢測生物樣品的一些物理特性。
[0037] 另外，本發(fā)明提供的無需背底調(diào)零的OIRD檢測方法，可進(jìn)一步提高OIRD信號的靈 敏度和分辨率。
【附圖說明】
[0038] 以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步說明，其中：
[0039] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的OIRD檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的OIRD檢測方法所使用的生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于"三層模型"的生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的基于"四層模型"的生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖5a和圖5b示出了在進(jìn)行OIRD檢測時根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的生物芯片中 的光路不意圖；
[0044] 圖6a和圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的OIRD基頻和倍頻信號強(qiáng)度隨緩 沖層厚度變化的關(guān)系；
[0045] 圖7a和圖7b是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例及對比例的OIRD信號二維掃描圖；
[0046] 圖8a和圖8b示出了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的OIRD基頻和倍頻信號強(qiáng)度隨 緩沖層厚度變化的關(guān)系；
[0047] 圖9a和圖9b示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的OIRD基頻和倍頻信號強(qiáng)度隨 緩沖層厚度變化的關(guān)系。
【具體實施方式】
[0048] 到目前為止，還沒有OIRD檢測方法專用的生物芯片，因此目前OIRD檢測方法使用 的生物芯片均采用熒光標(biāo)記法等所使用的生物芯片的結(jié)構(gòu)。圖2示出了目前的OIR