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基于纳米棒的荧光增强结构、荧光检测系统及自动进样检测芯片技术方案

技术编号:18655949 阅读:8 留言:0更新日期:2018-08-11 13:38
本发明专利技术提供一种基于纳米棒的荧光增强结构、荧光检测系统和自动进样的检测芯片,其中荧光增强结构包括衬底、纳米棒和纳米棒上修饰的抗体或单链DNA,其中纳米棒结构为在衬底上采用倾斜角沉积制备得到。利用本发明专利技术进行生物标记物的高灵敏度,快速,微流体自动进样检测,设备操作简单,低成本。

Fluorescence enhancement structure, fluorescence detection system and automatic sampling detection chip based on nanorods

The present invention provides a fluorescence enhancement structure based on nanorods, a fluorescence detection system and an automatic sampling detection chip, wherein the fluorescence enhancement structure comprises a substrate, an antibody or a single strand DNA modified on the nanorods, wherein the nanorod structure is prepared on the substrate by inclined angle deposition. The invention has the advantages of high sensitivity, high speed, automatic microfluidic sampling detection, simple operation and low cost.

【技术实现步骤摘要】
基于纳米棒的荧光增强结构、荧光检测系统及自动进样检测芯片
本专利技术属于检测分析领域,涉及一种荧光增强结构、荧光检测系统及自动进样检测芯片。
技术介绍
生物标志物提供人体机能的指标以及疾病的预测、诊断和预后信息。检测生物样本(血液、唾液或者尿液等)中生物标记物(biomaker)浓度,对于疾病的早期诊断以及个性化治疗具有重要的意义。现有检测方法有酶联免疫吸附测定(ELISA),荧光免疫测定(fluorescentimmunoassay)、比色分析(colorimetricanalysis)等。酶联免疫吸附测定(ELISA)酶联免疫吸附测定技术使用酶标记抗体与吸附在载体上的某种生物标记物抗原发生特异性结合。在滴加底物溶液后,底物可在酶作用下使其所含的供氢体由无色的还原型变成有色的氧化型,发生颜色反应。通过有无颜色和颜色深浅判定该生物标记物浓度。由于采用颜色判断,所以此方法灵敏度很低且容易产生误差。荧光免疫测定(FluorescentImmunoassay)荧光免疫测定技术使用荧光素标记的抗体检测某种生物标记物抗原。在抗体抗原特异性结合后通过显微镜进行荧光检测。通过荧光强度判定该生物标记物浓度。此方法虽然理论上能够实现单分子的检测,但由于受到激光散射噪声等影响,实际检测灵敏度收到一定限制。该方法成本较高,需要大型仪器和专业人员,应用范围较窄。比色分析(ColorimetricAnalysis)比色分析法是利用生物标记物构建比色免疫传感器,实现对抗原的检测。加入ABS缓冲液和四甲基联苯胺TMB溶液,通过紫外分光光度计检测TMB的紫外吸收来定量生物标记物的浓度。此方法需要复杂的器材与步骤,并且检测缓慢,灵敏度较低。这些现有检测方法有如下几点缺陷:(1)需要医院大型仪器和专业人员,操作复杂;(2)检测时间较长;(3)检测灵敏度低。尤其是很多疾病早期其生物标志物浓度含量极低,检测的灵敏度是主要的制约因素。因此,提供一种高灵敏度、快速、低成本且操作简单的生物标记物检测系统及制备方法有着重要的科学意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对传统荧光免疫测定中检测灵敏度低,检测过程复杂的缺点,提出一种基于纳米结构荧光增强效应的生物检测系统,用于蛋白质、DNA等生物分子的高灵敏度检测,并提供纳米结构的简单制造方法。本专利技术通过纳米结构与微流体芯片的结合,解决了荧光免疫测定中操作步骤复杂、检测灵敏度低、背景噪声大等缺点,实现生物标志物的超灵敏检测,从而实现疾病的早期诊断。本专利技术采用以下技术方案:本专利技术提供一种基于纳米棒的荧光增强结构,包括衬底、纳米棒和纳米棒上修饰的抗体或单链DNA,其中纳米棒结构为在衬底上采用倾斜角沉积制备得到。其中,所述纳米棒的成分可以为金、银、氧化硅等。衬底为玻璃、硅片等材料。作为本专利技术的一种实施方式,纳米棒上修饰有一层自组装薄膜,在自组装薄膜上吸附一层ProteinA或者ProteinG分子;通过自组装薄膜上吸附的proteinA/G分子在纳米结构表面修饰针对需检测的生物标志物的单克隆抗体,单克隆抗体捕获生物样品中的待测分子,并继续与该分子的多克隆抗体结合,最后与荧光标记的二抗结合,通过检测荧光强度确定待测生物标志物的浓度。进一步,所述自组装薄膜的成分可为二硫代二琥珀酰亚胺或二硫代二丙酸酯。本专利技术的另一种实施方式,纳米棒表面修饰与待测DNA互补的DNA单链,DNA单链末端添加巯基官能团与纳米棒表面形成共价键相连。进一步,纳米棒不同区域修饰不同的抗体或单链DNA,实现不同生物分子的并行检测。本专利技术还提供一种基于纳米棒的荧光免疫测定系统,设有上述的基于纳米棒的荧光增强结构。本专利技术另外提供一种基于微流体的自动进样检测芯片,包括进样区域,反应区域以及毛细管泵区域;毛细管泵提供进样所需的动力和反应延时,反应区域设有上述的基于纳米棒的荧光增强结构,进样区域加入的生物样品在毛细管泵作用下流过反应区域,在一定时间内被纳米结构上相应的探针捕获,并通过检测反应后荧光强度检测待测生物标记物浓度。进一步,微流体芯片的沟道尺寸为100nm-1000μm。进一步,所述自动进样检测芯片设有微流道阵列。进一步,所述自动进样检测芯片采用智能手机实现检测结果的读取和分析。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术采用倾斜角沉积的方法制备纳米棒,然后在纳米棒上修饰的抗体或单链DNA,该方法无需复杂的电子束光刻、纳米压印等就能在衬底上制备可控纳米结构,简单易行,降低生产成本,适合大规模集成生产。采用本专利技术的荧光增强结构进行荧光检测分析具有以下优点:(1)高灵敏度:该专利技术通过采用纳米棒的局部表面等离子共振作用(LSPR)使得检测荧光强度大大增强,显著提升了检测生物标记物浓度的灵敏度从而实现疾病的早期诊断和检测。(2)高特异性:通过蛋白的免疫测定和DNA的杂化反应,特异性好,检测结果可行度高;进一步,在芯片表面不同区域修饰不同的抗体以及DNA分子,可实现不同生物分子的并行检测,具有高并行性。本专利技术的自动进样检测芯片,该专利技术通过制备毛细管泵结构提供动力与反应所需延时,实现微流体芯片自动进样,检测操作简单便捷;通过倾斜角沉积制备基于纳米棒荧光增强的生物标记物检测系统,实现只需加入样品就可检测荧光强度进而得出生物标记物浓度,从而实现疾病检测,快速高效。该专利技术通过微流体结构实现生物标记物浓度检测,由于沟道尺寸小(100nm-1000μm),消耗样品少,反应速度快,成本低。进一步,采用微流道阵列实现并行化检测多种疾病。本专利技术可以结合智能手机实现检测结果的读取分析。将微流体芯片插入手机特制的手机外壳,通过光学系统辅助手机的拍照功能实现检测结果读取和分析,设备操作简单,低成本。附图说明图1是实施例1基于倾斜角沉积(Obliqueangledeposition)制备银纳米棒的示意图;图2是实施例1中A的局部放大图;图3是实施例1中制备得到的基于纳米棒的荧光增强结构的示意图;图4是实施例2中纳米结构荧光增强系数的曲线;图5是试验3纳米结构芯片与玻璃芯片对于肌钙蛋白I检测的荧光曲线;图6是实施例4中基于微流体的自动进样检测芯片俯视示意图;图7是图6中沿B-B方向的剖视示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行详述。实施例1倾斜角沉积制备纳米棒如图1所示,原材料源1放置在坩埚中,制备装置3下方枪灯丝发射电子束,蒸发坩埚中原材料源(金、银、氧化硅等)。原材料源1形成原材料蒸汽2,制备装置玻璃片衬底4法线方向与蒸汽方向成θ角(蒸镀角)。最终在衬底4上形成纳米棒5。蒸汽首先在衬底表面成核,由于有限的表面原子扩散和阴影效应,这些表面的成核中心会继续生长为纳米结构。可以通过控制蒸镀角θ、沉积时衬底的旋转速度、沉积厚度、沉积速率、功率等控制纳米结构的形貌参数,并通过优化达到最大的荧光增强效果。本实施例中,金属纳米棒蒸镀工艺过程中,基座倾斜角度为10°~86°,旋转速度为0-1rpm,待加工基座温度为25℃~100℃,金属蒸发速率0.03nm~1nm/s,蒸发材料采用金、银等金属。本实施例采用的原料为银。图2显示了形成的银纳米棒。对本实施例中得到的纳米结构进行扫描电子显微镜测试,得到图3。图3为倾斜角沉积得到的金/银纳米结构的扫描电子显微镜照片。其中图3(a)生本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于纳米棒的荧光增强结构,其特征在于,所述荧光增强结构包括衬底、纳米棒和纳米棒上修饰的抗体或单链DNA,其中纳米棒结构为在衬底上采用倾斜角沉积制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米棒的荧光增强结构,其特征在于,所述荧光增强结构包括衬底、纳米棒和纳米棒上修饰的抗体或单链DNA,其中纳米棒结构为在衬底上采用倾斜角沉积制备得到。2.根据权利要求1所述的基于纳米棒的荧光增强结构,其特征在于,纳米棒上修饰有一层自组装薄膜,在自组装薄膜上吸附一层ProteinA或者ProteinG分子;通过自组装薄膜上吸附的proteinA/G分子在纳米结构表面修饰针对需检测的生物标志物的单克隆抗体,单克隆抗体捕获生物样品中的待测分子,并继续与该分子的多克隆抗体结合,最后与荧光标记的二抗结合,通过检测荧光强度确定待测生物标志物的浓度。3.根据权利要求2所述的基于纳米棒的荧光增强结构,其特征在于,所述自组装薄膜的成分二硫代二琥珀酰亚胺或二硫代二丙酸酯。4.根据权利要求1所述的基于纳米棒的荧光增强结构,其特征在于,纳米棒表面修饰与待测DNA互补的DNA单链,DNA单链末端添加巯基官能团与纳米棒表面形成共价键相连。5.根据权利要求1所述的基于纳米棒的荧光增...

【专利技术属性】
技术研发人员:曹臻杨文婷陈亮赵炅东
申请(专利权)人:浙江大学上海鑫数健康科技有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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