生化分离检测一体芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生化分离检测一体芯片，该芯片包括衬底、分离层固定相以及表面增强拉曼信号检测层，所述信号检测层通过第一黏合层连接到所述分离层固定相上，其中，所述分离层固定相包括由多个纳米单元构成的纳米阵列薄膜层；所述纳米阵列薄膜层的孔隙率为50%～70%；所述纳米单元的材料为SiO2或Al2O3。本发明专利技术提供的检测芯片可以实现对待测混合物样品进行快速分离和高灵敏度检测一体化，在食品、环境和临床医学等领域中具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
生化分离检测一体芯片及其制备方法
本专利技术涉及生化分析检测
，特别涉及一种集超薄薄层色谱分离和表面增强拉曼检测于一体的生化分离检测一体芯片及其制备方法。
技术介绍
快速、高灵敏度和高特异性的生化检测手段在食品、环境和临床医学领域有重要作用,是建立有效的食品安全质量控制体系的重要保证；为医学临床诊断和疾病/流行病预防控制提供依据；为环境污染的监控提供量化的佐证。然而，食品、环境和临床医学中的生化样品通常为复杂混合物，通常需要进行分离和纯化以消除样品基底对测定的干扰。尤其对于痕量的环境样品和医学临床样品等，还需要恰当方法对样品进行富集以弥补检验方法灵敏度的不足。现有技术方法如高效液相色谱-质谱联用技术、荧光免疫分析和酶联免疫分析(ELISA)、聚合酶链反应（PCR)等通常步骤繁冗，并且需要依赖于昂贵的实验室设备和特殊试剂，不利于进行快速检测。表面增强拉曼（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）检测方法具有极高的灵敏度，可以用于单分子水平的检测,其主要原理是在纳米尺度(5～100nm)的金属表面受入射激光激发产生的局域电磁场增强效应，其表面增强效应与金属种类、金属纳米结构的形状、粒径大小等直接相关。SERS检测方法中信号强度与荧光信号强度在同一数量级，谱峰信号尖锐，可以提供荧光信号所不具备的分子结构特征指纹信息，既可以用于直接检测，也可以进行标记间接检测,是进行生化检测的强有力的工具。运用SERS检测方法对食品、环境和临床医学等领域中由复杂基体组成的生化样品进行检测时，主要有两种检测模式：其一是基于免疫夹心结构的间接检测模式，检测芯片由第一（捕捉）抗体+SERS信号标记+第二（特异）抗体组成.该方法需要分别生长/固定第一（捕捉）抗体的芯片，以及由第二（特异）抗体修饰的SERS标记单元，制备过程繁冗，成本高昂；第二种检测模式为直接检测模式，将待测样品直接吸附于SERS活性芯片表面，运用化学计量学的多变量分析方法对SERS谱图进行定性鉴别与定量分析，该方法简单易行，但容易受到大量的复杂样品基体干扰，从而降低了检测灵敏度。银的斜纳米棒阵列是一种高灵敏度和高效的表面增强拉曼芯片结构。该结构的表面增强拉曼芯片使用直接检测模式，在用于临床样品（如病毒）检测时，由于复杂样品基体的干扰，大大降低了该芯片的灵敏度。另一方面，虽然表面增强拉曼技术可以与传统的薄层色谱（TLC）分离技术联用，即首先使用薄层色谱对混合物样品进行分离，然后在分离的样品斑点原位点滴加Au或Ag溶胶纳米颗粒，形成检测“热点”(hotspot)，进行的表面增强拉曼检测，但由于Au/Ag溶胶颗粒形成的“热点”不稳定，导致该方法可靠性较低。
技术实现思路
针对上述提到的现有技术的不足，本专利技术提出了一种生化分离检测一体芯片及其制备方法，该检测芯片可以实现对待测混合物样品进行快速分离和高灵敏度检测一体化，在食品、环境和临床医学等领域中具有广泛的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种生化分离检测一体芯片，包括衬底、分离层固定相以及表面增强拉曼信号检测层，所述信号检测层通过第一黏合层连接到所述分离层固定相上。优选地，所述分离层固定相包括由多个纳米单元构成的纳米阵列薄膜层；所述纳米阵列薄膜层的孔隙率为50%～70%；所述纳米单元的材料为SiO2或Al2O3。优选地，所述纳米单元为斜纳米棒；其中，以垂直于衬底的方向为基准，斜纳米棒倾斜的角度为20～50°。优选地，所述分离层固定相包括多个纳米阵列薄膜层，其中相邻两层纳米阵列薄膜层中的斜纳米棒呈相反方向倾斜。优选地，所述纳米单元为螺旋状纳米棒，并且所述螺旋状纳米棒的轴线垂直于衬底。优选地，所述信号检测层为金属斜纳米棒阵列薄膜层，所述金属为Au或Ag,所述信号检测层的厚度为800～1000nm。优选地，所述信号检测层500还包覆有一表面化学修饰材料层。优选地，所述分离层固定相的厚度为3～5μm。优选地，所述第一黏合层的材料为Ti或者Cr。优选地，所述衬底与分离层固定相之间还设置有第二黏合层，所述第二黏合层的材料为Ti或者SiO2。本专利技术的另一方面是提供了如上所述的生化分离检测一体芯片的制备方法，包括步骤，首先采用斜/掠角沉积工艺在衬底上生长分离层固定相，然后在分离层固定相上生长第一黏合层，最后采用斜/掠角沉积工艺在第一黏合层上生长具有斜纳米棒阵列的信号检测层，获得所述检测芯片；其中，所述分离层固定相包括由多个纳米单元构成的纳米阵列薄膜层；所述纳米阵列薄膜层的孔隙率为50%～70%；所述纳米单元的材料为SiO2或Al2O3。优选地，所述芯片的分离层固定相包括多个纳米阵列薄膜层，所述衬底与所述分离层固定相之间还包括第二黏合层，所述制备方法具体包括步骤：S101、在衬底上生长第二黏合层；S102、采用斜/掠角沉积工艺在第二黏合层上生长具有斜纳米棒阵列的第一薄膜层；S103、旋转样品台180°，生长具有斜纳米棒阵列的第二薄膜层；其中，第二薄膜层的纳米棒的倾斜角度与所述第一薄膜层的相反；S104、重复步骤S103，获得具有多个纳米阵列薄膜层的分离层固定相；S105、采用电子束沉积在所述分离层固定相上生长第一黏合层；S106、采用斜/掠角沉积工艺在第一黏合层上生长具有斜纳米棒阵列的信号检测层；其中，所述斜/掠角沉积工艺中沉积角度的范围是80～86°，沉积速率范围是0.2～0.4nm/s。优选地，所述斜纳米棒的直径为60～510nm，斜纳米棒之间的间隙为40～240nm；每一层纳米阵列薄膜层的厚度为500～1500nm。在另外一个优选的实施方案中，所述芯片的分离层固定相为螺旋状纳米棒阵列的薄膜层,所述衬底与所述分离层固定相之间还包括第二黏合层，所述制备方法具体包括步骤：S201、在衬底上生长第二黏合层；S202、采用斜/掠角沉积工艺，并且在沉积过程中控制样品台旋转，在所述第二黏合层生长具有螺旋状纳米棒阵列，获得具有多个螺旋状纳米棒阵列薄膜层的分离层固定相；S203、采用电子束沉积工艺在所述分离层固定相上生长第一黏合层；S204、采用斜/掠角沉积工艺在第一黏合层上生长具有斜纳米棒阵列的信号检测层；其中，所述斜/掠角沉积工艺中沉积角度的范围是80～85°，沉积速率范围是0.2～0.4nm/s。优选地，所述沉积速率与样品台旋转速率的比值范围是100:1～200:1nm/rev。优选地，所述螺旋状纳米棒的直径为60～160nm，螺旋状纳米棒之间的间隙为40～160nm；螺旋状纳米棒阵列薄膜层的厚度为3000～5000nm。优选地，所述分离层固定相的厚度为3～5μm。优选地，如上所述的制备方法还包括步骤，对所述芯片进行表面化学修饰与改性。有益效果：第一、本专利技术提供了一种采样量小(≤0.1μL)，并且将快速分离与高灵敏度检测有机结合的快速生化分析检测芯片；该芯片使用斜/掠角沉积技术，在一个工艺过程内依次生长制备超薄薄层色谱(UltraThin-LayerChromatography，UTLC)分离层固定相和表面增强拉曼（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）信号检测层；第二、用于生长UTLC分离层固定相的材料为SiO2或Al2O3，通过控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生化分离检测一体芯片，其特征在于,包括衬底、分离层固定相以及表面增强拉曼信号检测层，所述信号检测层通过第一黏合层连接到所述分离层固定相上。

【技术特征摘要】
1.一种生化分离检测一体芯片，其特征在于,包括衬底、分离层固定相以及表面增强拉曼信号检测层，所述信号检测层通过第一黏合层连接到所述分离层固定相上；所述分离层固定相包括由多个纳米单元构成的纳米阵列薄膜层，所述纳米阵列薄膜层的孔隙率为50％～70％；所述纳米单元的材料为SiO2或Al2O3，所述信号检测层为金属斜纳米棒阵列薄膜层，所述金属为Au或Ag；其中，所述纳米单元为斜纳米棒，以垂直于衬底的方向为基准，斜纳米棒倾斜的角度为20～50°，所述分离层固定相包括多个纳米阵列薄膜层，其中相邻两层纳米阵列薄膜层中的斜纳米棒呈相反方向倾斜；或者是，所述纳米单元为螺旋状纳米棒，并且所述螺旋状纳米棒的轴线垂直于衬底。2.根据权利要求1所述的生化分离检测一体芯片，其特征在于，所述信号检测层的厚度为800～1000nm。3.根据权利要求1或2所述的生化分离检测一体芯片，其特征在于，所述信号检测层还包覆有一表面化学修饰材料层。4.根据权利要求1或2所述的生化分离检测一体芯片，其特征在于，所述分离层固定相的厚度为3～5μm。5.一种如权利要求1所述的生化分离检测一体芯片的制备方法，其特征在于，首先采用斜/掠角沉积工艺在衬底上生长分离层固定相，然后在分离层固定相上生长第一黏合层，最后采用斜/掠角沉积工艺在第一黏合层上生长具有金属斜纳米棒阵列的信号检测层，获得所述检测芯片；其中，所述分离层固定相包括由多个纳米单元构成的纳米阵列薄膜层；所述纳米阵列薄膜层的孔隙率为50％～70％；所述纳米单元的材料为SiO2或Al2O3。6.根据权利要求5所述的生化分离检测一体芯片的制备方法，其特征在于，所述芯片的分离层固定相包括多个纳米阵列薄膜层，所述衬底与所述分离层固定相之间还包括第二黏合层，所述制备方法具体包括步骤：S101、在衬底上生长第二黏合层；S102、采用斜/掠角沉积工艺在第二黏合层上生长具有斜纳米棒阵列的第一薄膜层；S103、旋转样品台180°，生长具有斜纳米棒阵列的第二薄膜层；其中，第二薄膜层的纳米棒的倾斜角度与所述第一薄膜层的相反...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，赵奕平，赵一兵，张耀辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，赵奕平，
类型：发明
国别省市：江苏;32