一种基于光栅导模共振技术的生物芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于光栅导模共振技术的生物芯片，它包括基底层（1），基底层（1）的上表面是钛薄膜层（2），钛薄膜层（2）的上表面是光栅波导层；解决了现有技术的生物芯片存在的体积大、成本高、构造复杂，不利用商业化普及或体积虽小、价格便宜，但是存在温度补偿缺点等问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于光栅导模共振技术的生物芯片，它包括基底层（1），基底层（1）的上表面是钛薄膜层（2），钛薄膜层（2）的上表面是光栅波导层；解决了现有技术的生物芯片存在的体积大、成本高、构造复杂，不利用商业化普及或体积虽小、价格便宜，但是存在温度补偿缺点等问题。【专利说明】一种基于光栅导模共振技术的生物芯片
本技术属于生物芯片技术，尤其涉及一种基于光栅导模共振技术的生物芯片。
技术介绍
目前科学研究发现，疾病的不同阶段，甚至是没有任何症状的疾病早期阶段，人的体液中蛋白质的水平就已经发生了变化，进而影响器官、组织和有机体的功能，表现为临床疾病的发生，快速而有效地检测人体液内蛋白质的水平，对于疾病的预防、诊断和治疗有重大的意义。另外，传统的生化分析技术检测蛋白质的水平需要繁杂的工序，即耗时又不能做到无损检测，同时也给病人的身心带来极大的痛苦，且加重了病人的经济负担。按照目前的认识，人体中存在着10万种以上的蛋白质.各自具有不同的结构和生理功能。同DNA分子相比，蛋白质分子的空间结构复杂，其生物活性与空间结构密切相关，使得蛋白质不能被简单地扩增或原位合成，难以利用“拷贝”的方式来提高检测的灵敏度.其次，蛋白质问的相互作用无序列可循.而是类似于抗原一抗体相互作用的特异结合性，另夕卜.在操作过程中，蛋白质很容易变性。因此，发展蛋白质芯片是非常困难的，成为生物芯片领域的挑战。1990年Herry等提出生物免疫芯片的概念以来，由于其在医疗诊断、筛查等方面的优越性，生物免疫芯片取得了很大的发展，其覆盖范围从基因、蛋白质到细胞等许多生物样品。生物免疫芯片的工作原理与传统的免疫学方法类似，即将抗原或抗体固定在支持物的表面，来检测待测样品中的抗原或抗体。目前，市场上生物芯片的商用产品主要有瑞典Biacore AB公司的Biacoret3000系列产品，美国Affinity Sensors公司的Iasys system系列产品，日本Nippon LaserElectronics公司的SpR-670，德国Biotul AG系列产品；在国内，中科研究院电子所开发的SPR-2000，以及中科院力学所历经十多年的努力开发的准商用椭偏成像技术的蛋白质芯片生物芯片，这些生物芯片的主要缺点是体积大、成本高、构造复杂，不利用商业化普及；美国Texas Instrument开发的Sprecta —系列模块生物芯片虽然体积小、价格便宜，但是存在温度补偿等缺点；所以，开发出一种快速、并行、集成化的，且价格低廉的生物芯片和相关配套的产品是现在和今后相当长一段时间内科学研究中的焦点问题之一。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题:提供一种基于光栅导模共振技术的生物芯片，以解决现有技术的生物芯片存在的体积大、成本高、构造复杂，不利用商业化普及或体积虽小、价格便宜，但是存在温度补偿缺点等问题。本技术技术方案:一种基于光栅导模共振技术的生物芯片，它包括基底层，基底层的上表面是钛薄膜层，钛薄膜层的上表面是光栅波导层。基底层为石英或玻璃。光栅波导层包括二氧化钛介质和低折射率有机物介质，低折射率有机物介质填充在二氧化钛介质之间。低折射率有机物介质的折射率为1.40—1.60，所述的低折射率有机物介质为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜、聚二甲基硅氧烷F5DMS薄膜、聚丙烯酸酯薄膜，或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜、聚二甲基硅氧烷F5DMS薄膜、聚丙烯酸酯薄膜与硅烷偶联剂组成的混合物薄膜。硅烷偶联剂为Y-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基桂烧。本技术的有益效果:介质光栅导模共振技术的生物芯片是以衍射光栅为基础激发波导产生导模，而导模的产生和传输与被检测的蛋白质膜层的折射率、厚度和密度、分子量等有着密切的关系，通过对接收光信号的测量进而得出蛋白质分子膜层折射率、厚度和密度、分子量的信息，实现对待测蛋白质分子的测定的一种快速、无损的传感器件。与其它电化学方法相比，利用光学生物传技术检测蛋白质水平有许多优点，主要包括:检测速度快、精度高、不破坏蛋白质的性能和结构，具有无损检测的优点。另外，也易于实现器件微型化、样品消耗量达到微升的量级，这对于减少病人的痛苦、降低医疗成本方面有重要的意义。光栅导模共振技术的蛋白质生物传感器的核心技术是传感基底的制备，它决定了生物传感器的性能。本技术所提出的基于光栅导模共振技术的生物芯片及其制备方法具体具有下述特点:1、传感机理是为导膜共振光栅为敏感单元，易于批量的加工，与现行的Ic工艺兼容，也易于与其它的光学器件集成为微型化集成器件，减小了整个系统的体积，同时可以大大地减小待测样品的消费量，减少病人血液提取量；2、这种集成光波导的结构也易于实现待测样品的微区点样，利用喷涂技术精确地将待测样品加到检测区，进一步减少了样器的消费量，综合起来可以控制样器消费量为微升；3、本技术采用的是基于光栅层模共振机理的技术，实质上是光与待测样品之间相互作用，这能够实现对样品实时、无损检测，且可重复测量而不破坏待测样品，这也传统的电化学方法、PCR方法、电泳法等检测优点明显，传统的电化学法对蛋白质样品有坏破作用；4、本技术采用多通道同时检测的技术，可实现并行快速检测，也不需要外加的降温设备因为核心检测区光的发热量微小；5、本技术制作方法通用部分与传统的Ic工艺兼容，包括二氧化钛镀膜，有机物镀膜的方法应用传统的化学镀膜方法可以很容易实现如浸镀法、溶液镀膜法等，且成本低；6、光栅波导制作区采用阳极氧化法在二氧化钛表面周期性的氧形成周期性的二氧化钛一空气的周期性结构，其中无论从阵列式的加工还是精确的加工方法上来讲，原子力显微镜是一种极好阳极氧化加工工具目前，国产的原子力显微镜的价格远低于Ic工艺中阳极氧化工艺设备，且精度无原子力显微镜高，另外，采用有机物低折射率介质形成二氧化钛一低折射率有机物的周期性结构，使得光栅传输导膜对蛋白质分子膜层的折射率变化非常敏感，且相比直接在光栅上形成的蛋白质分子膜层要均匀，从而提高了检测精度；7、在钛表面氧阳氧化加工形成二氧化钛一空气周期性光栅结构标准化，易于批量生产，也就是将基底座放在原子力显微镱下大样品扫描台上，选择“纳米加工模式”输入光栅结构阵列位图，设定电压8.2V，电压脉宽87ms，扫描频率0.2HZ，并同时充入流速为0.lml/s的干燥空气，开始加工，形成阵列的-TiO2和空气的周期性光栅。本技术解决了现有技术的生物芯片存在的体积大、成本高、构造复杂，不利用商业化普及或体积虽小、价格便宜，但是存在温度补偿缺点等问题。【专利附图】【附图说明】:图1为本技术结构示意图；图2为本技术光栅敏感区导模共振结构示意图；图3为本技术阵列生物芯片示意图；图4为本技术光栅波导的复合折射率与被测蛋白质分子膜层的折射率关系示意图。【具体实施方式】:一种基于光栅导模共振技术的生物芯片(见附图1)，它包括基底层1，基底层I的上表面是钛薄膜层2，钛薄膜层2的上表面是光栅波导层。基底层I为石英或玻璃。光栅波导层包括二 氧化钛介质3和低折射率有机物介质4，低折射率有机物介质4填充在二氧化钛介质3之间。低折射率有机物介质4的折射率为1.40—1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光栅导模共振技术的生物芯片，它包括基底层（1），基底层（1）的上表面是钛薄膜层（2），钛薄膜层（2）的上表面是光栅波导层，基底层（1）为石英或玻璃，其特征在于：光栅波导层包括二氧化钛介质（3）和低折射率有机物介质（4），低折射率有机物介质（4）填充在二氧化钛介质（3）之间，低折射率有机物介质（4）的折射率为1.40—1.60。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白忠臣，肖伟，秦水介，张正平，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：实用新型
国别省市：