传感器阵列芯片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及微纳米器件与复杂底物分析检测技术领域，公开了传感器阵列芯片及其制备方法和应用。传感器阵列芯片包含基底，以及在基底表面形成的多组重复排列的阵列单元，每个所述阵列单元包含多个相互不同的识别单元，每个所述识别单元包含光子晶体形成的信号处理层，以及在信号处理层表面形成的识别层，所述识别层含有氧化石墨烯和荧光指示剂；每个所述阵列单元中不同的识别单元之间，各识别单元所含有的光子晶体的光子禁带位置不同，且各识别单元所含有的荧光指示剂不同；在每个识别单元中，所述光子晶体的光子禁带位置的波长与所述荧光指示剂的荧光峰的波长相匹配。本发明专利技术传感器芯片能够实现多底物的高效分析辨别，检测准确性和重现性高。

Sensor array chip and its preparation method and Application

The invention relates to the technical field of micro-nano devices and complex substrate analysis and detection, and discloses a sensor array chip, a preparation method and an application thereof. The sensor array chip comprises a substrate and a plurality of repetitively arranged array elements formed on the substrate surface, each of which comprises a plurality of distinct identification units, each of which contains a signal processing layer formed by a photonic crystal, and an identification layer formed on the surface of the signal processing layer, the recognition. The separate layers contain graphene oxide and fluorescent indicators; among different recognition units in each array unit, the position of photonic band gap of the photonic crystal contained in each recognition unit is different, and the fluorescent indicators contained in each recognition unit are different; in each recognition unit, the position of photonic band gap of the photonic crystal is different. The wavelength matches the wavelength of the fluorescence peak of the fluorescent indicator. The sensor chip of the invention can realize high-efficiency analysis and discrimination of multi-substrates, and has high detection accuracy and reproducibility.

【技术实现步骤摘要】
传感器阵列芯片及其制备方法和应用
本专利技术涉及微纳米器件与复杂底物分析检测
，具体涉及一种传感器阵列芯片及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会的不断进步与发展，现代的检测分析要求我们使用最少的样品用量来获得最多的传感信息。尽管人类在许多单一底物的灵敏检测与特异性识别上取得了很大进步，但是这些传统的特异性检测探针要求对于每一种待检测的物质都要设计一个特异性的探针，这种特点限制了它在当前高通量检测分析中的应用。面对自然界的复杂环境，生物体通过进化出多感官来识别、判断与认知身边复杂、多元的客体世界。在生物界中，动物可以通过味觉和嗅觉系统对复杂环境中的多种气味分子进行同时辨别，“DifferentialReceptorArraysandAssaysforSolution-BasedMolecularRecognition.”A.T.Wright,E.V.Anslyn,Chem.Soc.Rev.,2006,35卷,p:14-28.公开了通过对嗅觉(味觉)系统识别过程的模仿，发展了一种由多种传感化合物组成的传感阵列，通过分析成系列的多个化合物对检测物的差别性响应，实现了对多种底物的同时检测与辨别。经过多年的研究，传感阵列已经取得了长足的发展。目前传感阵列已经在多个领域的应用中崭露头角，如食品安全、环境监测、药物筛选、疾病诊断等。但是传统传感阵列的“多对多”(用多个传感分子识别多个检测物)模式还存在着一些缺陷。例如：当前的传感阵列往往由多个传感分子构成，而对于每一个传感分子的设计与合成过程通常是十分复杂的。另外嗅觉的产生包括两个过程：嗅毛对气味分子的识别以及嗅小球对嗅细胞产生的混乱的神经信号的编码(信息处理)；而目前的传感阵列仅仅是对于嗅觉产生的初级过程(嗅毛识别气味分子)的模仿。此外，在复杂环境的待测物中，例如尿液、汗液、生理缓冲溶液，干扰物对于待测物有较大的影响，很难做到主信号的选择性提取与噪音信号的去除。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的传感器阵列芯片通常用多个传感分子识别多个检测物，多个传感分子合成复杂；而且，传统的多底物检测传感器仅模仿嗅觉(味觉)识别过程辨别待测物，效率低、准确性、重现性有待提高；对于复杂环境的待测物检测，效果不佳的问题，提供一种传感器阵列芯片及其制备方法和应用，该传感器阵列芯片将氧化石墨烯与荧光指示剂结合作为识别层，将光子晶体作为信号处理层，能够实现多底物的高效分析辨别，且对于复杂环境中的待测物检测准确性和重现性高，芯片制备方法简便。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种传感器阵列芯片，其中，该传感器阵列芯片包含基底，以及在基底表面形成的多组重复排列的阵列单元，每个所述阵列单元包含多个相互不同的识别单元，其中，每个所述识别单元包含光子晶体形成的信号处理层，以及在信号处理层表面形成的识别层，其中，所述识别层含有氧化石墨烯和荧光指示剂；其中，每个所述阵列单元中不同的识别单元之间，各识别单元所含有的光子晶体的光子禁带位置不同，且各识别单元所含有的荧光指示剂不同；在每个识别单元中，所述光子晶体的光子禁带位置的波长与所述荧光指示剂的荧光峰的波长相匹配。本专利技术第二方面提供上述的传感器阵列芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)将光子晶体水溶液在基底表面进行自组装，形成信号处理层；(b)将氧化石墨烯水溶液加到所述信号处理层表面，并进行第一冷冻干燥，得到具有多孔结构的氧化石墨烯层；(c)将荧光指示剂加入所述氧化石墨烯层的多孔结构中，并进行第二冷冻干燥，得到识别层，形成一个识别单元；(d)重复步骤(a)-(c)，形成多个相互不同的识别单元，其中，各识别单元所含有的光子晶体的光子禁带位置不同，和所含有的荧光指示剂不同，得到一组阵列单元；其中，在每个识别单元中，所述光子晶体的光子禁带位置的波长与所述荧光指示剂的荧光峰的波长相匹配；(e)重复步骤(a)-(d)，在所述基底表面上形成多组重复排列的阵列单元，得到传感器阵列芯片。本专利技术第三方面提供了上述的传感器阵列芯片在检测生物胺、药物胺、氨基酸或蛋白质中的应用。优选地，所述生物胺包括苯乙胺、多巴胺、组胺、去甲肾上腺素、羟色胺、酪胺、肾上腺素、亚精胺和精胺中的一种或多种。优选地，所述药物胺包括磺胺甲恶唑、氨苄西林、头孢塞利、头孢氨苄、氟康唑、阿昔洛韦和伯氨喹中的一种或多种。本专利技术的传感器阵列利用氧化石墨烯结合荧光指示剂作为芯片的识别层，利用具有不同光子禁带位置的光子晶体作为芯片的信号处理层，识别层与信号处理层构成的识别单元，类似于仿生双层结构，在识别层中待检测物与荧光分子在氧化石墨烯上产生竞争取代作用，通过竞争吸附机理，使荧光分子释放出来；在信号处理层中释放的荧光分子被光子晶体选择性的放大而得到信号的再加工，对多种不同底物实现检测与识别。在复杂信号背景中，本专利技术的传感器阵列芯片还能分析主信号并选择性提取，同时去除噪音信号，因此，在复杂环境的待测物中，例如尿液、汗液、生理缓冲溶液，均有较好的检测效果。本专利技术通过引入光子晶体作为信号处理层，结合含有氧化石墨烯和荧光分子的识别层，实现了嗅毛识别气味分子和嗅小球的信息处理双重效果，从而提高了传感器阵列芯片的辨别效率。本专利技术的制备方法以具有荧光淬灭性能及识别(与检测物质结合)功能的通用性识别平台(氧化石墨烯)结合荧光指示剂分子共同构成传感阵列的识别单元，避免传统传感阵列中多种传感分子设计合成复杂的问题。本专利技术的传感器阵列芯片对生物胺、药物胺、氨基酸或蛋白等物质的检测与分析，结合多级分组分析(HCA)与线性差别分析(LDA)等统计学方法，实现了多底物检测与识别。其中，生物胺可以为但不限于苯乙胺(PEA)、多巴胺(DA)、组胺(HA)、去甲肾上腺素(NP)、羟色胺(5-HT)、酪胺(TA)、肾上腺素(EB)、亚精胺(SID)、精胺(SI)等；药物胺可以为但不限于磺胺甲恶唑、氨苄西林、头孢塞利、头孢氨苄、氟康唑、阿昔洛韦、伯氨喹等。附图说明图1是本专利技术的识别单元为多个点的传感器阵列芯片的示意图；图2是本专利技术的识别单元为线的传感器阵列芯片的示意图；图3是本专利技术的一组阵列单元的示意图；图4是本专利技术的传感器阵列芯片通过线性差别分析法对生物胺的识别检测结果图；图5是本专利技术的传感器阵列芯片通过多级分组分析法对生物胺的识别检测结果图；图6是对比例3的传感器阵列芯片通过线性差别分析法对生物胺的识别检测结果图；图7是本专利技术的传感器阵列芯片通过线性差别分析法对药物胺的识别检测结果图；图8是本专利技术的传感器阵列芯片通过多级分组分析法对药物胺的识别检测结果图。附图标记说明1、基底2、信号处理层3、识别层4、荧光指示剂S1、第一识别单元S2、第二识别单元S3、第三识别单元Z1、第一阵列单元Z2、第二阵列单元Z3、第三阵列单元Z4、第四阵列单元Z5、第五阵列单元Z6、第六阵列单元Z7、第七阵列单元Z8、第八阵列单元具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器阵列芯片，其特征在于，该传感器阵列芯片包含基底(1)，以及在基底表面形成的多组重复排列的阵列单元，每个所述阵列单元包含多个相互不同的识别单元，其中，每个所述识别单元包含光子晶体形成的信号处理层(2)，以及在信号处理层表面形成的识别层(3)，其中，所述识别层含有氧化石墨烯和荧光指示剂(4)；其中，每个所述阵列单元中不同的识别单元之间，各识别单元所含有的光子晶体的光子禁带位置不同，且各识别单元所含有的荧光指示剂不同；在每个识别单元中，所述光子晶体的光子禁带位置的波长与所述荧光指示剂的荧光峰的波长相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种传感器阵列芯片，其特征在于，该传感器阵列芯片包含基底(1)，以及在基底表面形成的多组重复排列的阵列单元，每个所述阵列单元包含多个相互不同的识别单元，其中，每个所述识别单元包含光子晶体形成的信号处理层(2)，以及在信号处理层表面形成的识别层(3)，其中，所述识别层含有氧化石墨烯和荧光指示剂(4)；其中，每个所述阵列单元中不同的识别单元之间，各识别单元所含有的光子晶体的光子禁带位置不同，且各识别单元所含有的荧光指示剂不同；在每个识别单元中，所述光子晶体的光子禁带位置的波长与所述荧光指示剂的荧光峰的波长相匹配。2.根据权利要求1所述的传感器阵列芯片，其中，所述多个识别单元的个数为3-10个，优选为3-4个；优选地，所述多组重复排列的阵列单元的组数为2-15组，优选为4-8组。3.根据权利要求1或2所述的传感器阵列芯片，其中，所述荧光指示剂选自罗丹明B、罗丹明6G、吖啶橙、荧光素钠、噻唑橙、荧光蛋白、碳点、罗丹明123、酸性橙或甲基蓝。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的传感器阵列芯片，其中，所述光子晶体为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)或二氧化硅。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的传感器阵列芯片，其中，所述基底的材质为透明聚苯乙烯、透明玻璃或透明聚碳酸酯。6.权利要求1-5中任意一项所述的传感器阵列芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)将光子晶体水溶液在基底(1)表面进行自组装，形成信号处理层(2)；(b)将氧化石墨烯水溶液加到所述信号处理层表面，并进行第一冷冻干燥，得到具有多孔结构的氧化石墨烯层；(c)将荧光指示剂(4)加入所述氧化石墨烯层的多孔结构中，并进行第二冷冻干燥，得到识别层(3)，形成一个识别单元；(d)重复步骤(a)-(c)，形成多个相互不同的识别单元，其中，各...

【专利技术属性】
技术研发人员：任万杰，李风煜，胡笑添，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11