專利名稱：一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(zhǔn)確、方便、快速、經(jīng)濟(jì)的生化分子檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)臨床診斷和生物醫(yī)學(xué)、司法鑒定、食品衛(wèi)生產(chǎn)品監(jiān)督分析、藥物開發(fā)、工礦業(yè)領(lǐng)域有毒氣體等生化成份的監(jiān)測和處理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的生化分子探測方法主要是使用放射性同位素、酶或熒光等做為標(biāo)識(shí)物，存在安全性和穩(wěn)定性差、效率和靈敏度低的缺點(diǎn)，不能滿足快速(以便實(shí)時(shí)處理和控制危險(xiǎn)物)、靈敏(以便探測微量的劇毒物質(zhì))、特效(排除非致病性成份的干擾和污染)的需求，迫切希望發(fā)展新一代高靈敏度、高效、準(zhǔn)確、方便、快速、經(jīng)濟(jì)的生化分子檢測方法和技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服上述技術(shù)的不足，提供一種高效、高靈敏度、準(zhǔn)確、方便、快速、經(jīng)濟(jì)的生化分子檢測方法，它以白光或單色光對(duì)表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行照射產(chǎn)生表面等離子體，引起激光輻射能量的吸收和散射，運(yùn)用反射光或透射光的吸收光譜的變化識(shí)別生物分子。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特點(diǎn)在于利用白光或單色光對(duì)表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行激發(fā)產(chǎn)生表面等離子體，運(yùn)用反射光或透射光的吸收光譜的變化識(shí)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(jié)構(gòu)時(shí)，部分生物分子會(huì)附著在金屬微納結(jié)構(gòu)的表面，多余的生物分子液體流往廢液回收池；(.2)光源耦合到光纖中去，然后照射到表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生表面等離子體波，當(dāng)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(dǎo)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(gè)明顯的低谷；(3)反射光譜或透射光譜經(jīng)光譜儀后成像在CCD上，通過CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。
本發(fā)明的原理光源耦合到光纖中去，然后照射到表面附著有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生表面等離子體波，其衰減長度僅有幾百個(gè)納米，當(dāng)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(dǎo)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(gè)明顯的低谷，共振角度強(qiáng)烈地依賴于傳感器表面上瞬逝波范圍內(nèi)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(fā)生一個(gè)移動(dòng)，表面等離子體的波矢發(fā)生變化，當(dāng)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(dǎo)致反射光或透射光中的能量損失。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用金屬微納結(jié)構(gòu)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，即生物傳感器芯片，具有成本低、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可用于快速分析和高級(jí)過程控制；(2)本發(fā)明中的表面等離子體傳感元，金屬微納結(jié)構(gòu)可以被用于重復(fù)利用。與此相反，傳統(tǒng)的免疫測定，包括酶相聯(lián)系的免疫吸收劑化驗(yàn)，基本上只能用一次。
(3)傳統(tǒng)的生化分子探測識(shí)別主要是使用放射性同位素、酶或熒光等做為標(biāo)識(shí)物，存在安全性和穩(wěn)定性差、效率和靈敏度低的缺點(diǎn)。本發(fā)明利用金屬微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)良電磁性質(zhì)和生物親和性對(duì)生化分子檢測，可滿足快速(以便實(shí)時(shí)處理和控制危險(xiǎn)物)、靈敏(以便探測微量的劇毒物質(zhì))、特效(排除非致病性成份的干擾和污染)的需求。
(4)用于照射金屬微納結(jié)構(gòu)的光源既可以是白光，也可以是單色光；用于對(duì)生物分子進(jìn)行識(shí)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(fā)明可以實(shí)現(xiàn)新的生化傳感探測技術(shù)，為DNA分子、蛋白質(zhì)標(biāo)定和識(shí)別、藥物傳輸、分子器件、病毒探測、細(xì)菌探測、微觀組織診斷和活性治療等領(lǐng)域奠定新的技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的生化分子檢測裝置的原理框圖；圖2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的生化分子檢測的激光光路示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，生物分子液體在通過金屬微納結(jié)構(gòu)(生物芯片傳感器)時(shí)，部分生物分子會(huì)附著在金屬微納結(jié)構(gòu)的表面，多余的生物分子液體流往廢液回收池；將光源耦合到光纖中去，然后照射到表面附著有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生表面等離子體波，當(dāng)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(dǎo)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(gè)明顯的低谷；反射光譜或透射光譜經(jīng)光譜儀后成像在CCD上，通過CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)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(qiáng)烈地依賴于傳感器表面上瞬逝波范圍內(nèi)樣品的折射率輪廓。金屬微納結(jié)構(gòu)即生物傳感器芯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(fā)生一個(gè)移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)與生化分子的種類有關(guān)。
金屬微納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可采用納米球刻蝕法進(jìn)行制作，其制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(guī)律有序排列形成的結(jié)構(gòu)，并以此為掩模在其上沉積金屬材料(如金、銀)，最后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，通過后續(xù)處理可控制納米顆粒的形態(tài)。
CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，可得到光強(qiáng)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(guān)系曲線，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(dǎo)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(quán)利要求
1.一種高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特征在于利用白光或單色光對(duì)表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行激發(fā)產(chǎn)生表面等離子體，運(yùn)用反射光或透射光的吸收光譜的變化識(shí)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(jié)構(gòu)時(shí)，部分生物分子會(huì)附著在金屬微納結(jié)構(gòu)的表面，多余的生物分子液體流往廢液回收池；(2)光源耦合到光纖中去，然后照射到表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生表面等離子體波，當(dāng)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(dǎo)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(gè)明顯的低谷；(3)反射光譜或透射光譜經(jīng)光譜儀后成像在CCD上，通過CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特征在于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(yōu)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特征在于用于照射金屬微納結(jié)構(gòu)的光源既可以是白光，也可以是單色光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效、高靈敏度生化分子檢測方法，其特征在于用于對(duì)生物分子進(jìn)行識(shí)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(jié)構(gòu)時(shí)，部分生物分子會(huì)附著在金屬微納結(jié)構(gòu)的表面，多余的生物分子液體流往廢液回收池；光源耦合到光纖中去，然后照射到表面附有生物分子的金屬微納結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生表面等離子體波，當(dāng)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(dǎo)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(gè)明顯的低谷；反射光譜或透射光譜經(jīng)光譜儀后成像在CCD上，通過CCD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。本發(fā)明提供一種高效、高靈敏度、準(zhǔn)確、方便、快速、經(jīng)濟(jì)的生化分子檢測方法，可用于DNA分子、蛋白質(zhì)標(biāo)定和識(shí)別、藥物傳輸、分子器件、病毒探測、細(xì)菌探測、微觀組織診斷和活性治療等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N21/17GK1715874SQ20051001223
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者羅先剛, 陳獻(xiàn)忠, 王皓, 姚漢民, 陳旭南, 李海穎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所