本发明专利技术涉及一种用于DNA识别与杂交动力学分析的衰减全反射表面增强红外光学装置。该装置由硅半球表面镀有岛状纳米金膜的衰减全反射表面增强红外光学窗，光学台底座，固定支架区，红外光谱池，PDMS密封圈等单元构成。镀有金岛状薄膜的硅半球置于光学台底座上，光学窗的金膜面朝向红外光谱池，中间以PDMS密封圈密封；通过固定支架的外螺纹与光学台底座的上支架的内螺纹将光谱池、PDMS密封圈和硅半球光学窗旋进固定，构成用于DNA分析的表面增强红外光谱装置。该装置结构简单，操作方便，所需样品量小，可以较长时间稳定使用，能方便地进行实时在线检测1100cm-1-4000cm-1波段的红外光谱信号，可高灵敏分析DNA分子，实现DNA识别及杂交机理与动力学研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外光谱
，具体为一种用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置。
技术介绍
表面增强红外吸收光谱(Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy, SEIRAS)是一种研究界面分子结构信息的重要分析工具。配以衰减全反射(Attenuated Total Reflection, ATR)模式的表面增强红外吸收光谱(ATR-SEIRAS)， 具有表面信号强，传质不受阻和本体溶液干扰小等优点，结合表面选律便于开展DNA分子识别与杂交动力学过程研究。同时避免了传统外反射红外吸收光谱(IR Absorption Spectroscopy, IRAS)面临的问题，如表面信号不够强、传质补充滞后、溶液背景的干扰等。 采用内反射表面增强红外吸收光谱技术作为普通红外光谱的扩展，显著提高了红外光谱检测的精度，极大地扩展了红外光谱的研究范围，如界面小分子化合物、多肽、蛋白质、寡核苷酸和寡聚糖、类脂、噬菌体、病毒和细胞等生物分子及生物组织体的动态行为。用于构建内反射表面增强红外吸收光谱池的棱镜装置有Otto型和Kretschmarm 型两种。棱镜形状有多种可供选择，其中多以Kretschmarm半球型棱镜用于研究。半球形棱镜可保证任何角度入射光均与界面垂直，反射光损失小，而且进入棱镜后的角度不变。国际上以Osawa.和Ataka设计的液体流动光谱电化学池为应用主流。其他小组的光谱池装置均是在此基础上进行改装而成。Adzic小组提出了组合硒化锌柱体和硅片红外窗口的概念。Sudo等发展的微型衰减全反射表面增强红外光谱实验技术可以对物质表面亚毫米大小或纳米层厚度的细小物质进行分析。复旦大学蔡文斌研究小组根据“平面波的棱柱-膜耦合原理”(“the theory of prism-film coupler for plane wave”)，研制出一种简单易行的用于电化学内反射SEIRAS的辅助装置，此红外光谱辅助装置在2008年申请专利。长春应化所的姜秀娥教授结合定向组装和膜重组的方法创新性地构建了可用于模拟膜蛋白生理存在状态的平台，通过表面增强红外光谱原位监测膜蛋白在纳米界面的定向组装和膜重组过程，拓展了衰减全反射红外光谱在界面蛋白结构和功能方面的研究。以上均侧重于电极体系的拓展，制膜方法的改进，将表面增强红外光谱技术作为现场电化学的强有力辅助工具而不断得以完善。近几年来，脱氧核糖核酸(DNA)是解释多种生命现象的关键，已成为生命科学最重要的研究领域之一。基于DNA的生物传感器因其简便、快捷、灵敏、价低等特点， 在基因工程、医疗诊断、新药筛选、药物作用机理、环境监测、法医鉴定等领域得到广泛研究和应用。DNA传感技术将杂交的过程和结果以光、电等易于测量的物理信号表达出来，从而获取目标DNA分子的浓度、序列等信息，是当前DNA研究的重要手段。然而，国内外几乎无人关注于研制出简单易用的用于内反射表面增强红外吸收光谱的微量DNA分析检测装置。 另外，红外光谱能给出化合物的“指纹”特征，是分析DNA分子结构和空间取向的重要工具。 因此，开发出一套能够实现高灵敏度、高分辨率、器件微型化和低成本，并适于DNA分析检测的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助装置至关重要。
技术实现思路
本装置的专利技术目的是为了解决目前红外装置不适用于DNA杂交在线分析、制作难度大、检测灵敏度低、所需样品量大等问题而研制的一种制作简易，能够实现高灵敏度红外检测的表面增强红外光谱仪辅助光学装置。具有表面红外增强作用的岛状纳米贵金属膜为表面修饰、构建DNA传感器提供平台，能够避免背景水的干扰，对水溶液样品进行直接分析检测；可以原位研究功能表面的构造和性质，实时监测界面发生分子识别反应；能够保持待测分子的活性，实现分子反应动力学的研究。将红外光谱技术扩展到研究DNA杂交过程的应用中，实现实时、原位、在线地跟踪DNA识别和杂交过程。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下的技术方案—种用于DNA分析衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，如图1所示，其特征在于所述的装置包括一个硅半球1，硅半球1平面的表面镀有红外增强效应的岛状纳米金膜2构成红外光窗，红外光窗硅半球平面表面上的岛状纳米金膜上密封固定有红外光谱池3，红外光谱池为一圆柱体，开有四个轴向的通透的孔，其中大孔为参比电极插口，内径 Φ4-5πιπι;三个小孔分别为样品进口、样品出口和对电极插口 ；内径均为Φ2-3πιπι，底部为微型柱状储液池，以金膜为工作电极，可应用于红外光谱电化学研究。上述用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，所述的红外光窗上密封固定红外光谱池，可以通过配件硅半球两侧的立柱4和硅半球底的光窗底托5、 固定环6、密封圈8和固定压管7将红外光窗、密封圈8、固定环6和固定压管7连结在一起， 红外光谱池用于固定可以是一带肩的圆柱体，所述的的立柱4有两根，立柱4是两端有螺孔的圆柱，所述的光窗底托5是一条状片，如图2所示，其中心有一带孔的圆盘，可以托住硅半球，两端有孔，与立柱4下端的螺孔相匹配，可以用螺钉固定在立柱下端，所述的固定环6为一圆环，内壁有螺纹，固定环6上有对称的两个螺钉孔，与立柱4上端的螺孔相匹配，可以固定在立柱上端，另有一固定压管7，它的内径与红外光谱池的柱体直径相匹配，固定压管7 的外壁有螺纹，与固定环6内壁的螺纹相匹配，如此，红外光窗与红外光谱池之间垫上密封圈8，将固定压管7旋入固定环6压紧，即构成用于DNA分析衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置。上述用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，所述的岛状金膜的制备方法，是采用化学置换反应((Galvanic reaction)在硅半球平面表面制备均勻且具高增强效果的红外增强表面，它的具体操作方法参见Hiroto Miyake, Shen Ye, Masatoshi Osawa, Electroless deposition of gold thin films on silicon for surface-enhanced infrared spectroelectrochemistry, Electrochemistry Communications 4(2002)973-977.上述用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，所述的红外光谱池的材质为玻璃或聚四氟乙烯。上述用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，所述的密封圈8为聚二甲基硅氧烷(PDMS)环。上述用于DNA分析的衰减全反射表面增强红外光谱仪辅助光学装置，应用于DNA 分析与检测，是在金膜表面固定捕获DNA，当被测样品中存在目标DNA时，目标DNA的一端与捕获DNA杂交，另一端与信号DNA杂交，继而将同时负载信号DNA与红外探针对巯基苯甲酸的纳米金颗粒带到金膜表面，通过观察红外探针对巯基苯甲酸的红外信号，进而实现直观在线跟踪DNA的杂交过程。本专利技术的有益效果在于利用制备纳米岛状金薄膜的生物相容性，研究处于液态环境下原始状态的DNA生化性质，检测DNA分子在某特定界面上的空间取向及立体构象变化，获得表面信息与其反应活性之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏兴华，徐建云，包文晶，王康，杨晨，金波，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。