一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，包括生物连接介质层、周期性一维光栅阵列层、生物配体层、生物受体层；所述周期性一维光栅阵列分布在所述生物连接介质衬底层之上；所述生物配体层只附着在所述生物连接介质层之上并根据待检测物的大小调控生物配体层的厚度；所述生物受体层只与所述生物配体层特异性免疫结合。使表面拉曼增强因子最为理想、待检测物质刚好可以位于近场增强最强烈的区域，以此显著提高待测受体对局域近场的利用率，以此来满足不同待测样品的定制化表面拉曼增强的需求，从而提高传感灵敏度实现生物分子的定制化高性能传感。生物分子的定制化高性能传感。生物分子的定制化高性能传感。

【技术实现步骤摘要】
一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构


[0001]本专利技术涉及表面增强拉曼技术和生物分子特异性免疫检测
，具体为一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构。

技术介绍

[0002]由于表面拉曼增强(SERS)效应对吸附在纳米结构上的待分析物具有高灵敏回应和指纹谱识别等特性，SERS光谱技术已广泛应用于物理化学、材料科学、临床医学以及生物科学等领域，如毒品检测、药品分析、单分子检测等。为了提高SERS的近场增强因子，研究者已经采取了很多手段，如使用表面等离激元增强近场；尖端效应产生局域热点；核壳复合结构以及金属
‑
介质复合基底等。但研究者忽略了激励光源对拉曼增强因子的增强作用,我们的研究表明，通过打破结构相对于垂直入射光源的对称性，可以触发准BIC，从而形成高局域近场。
[0003]此外，SERS存在重复性差的问题，这是因为待检测物的随机分布特性，其很难每次都位于场最局域的位置。因此，本项目首次提出SERS特异性免疫检测的概念，是指通过免疫标记的方法，利用抗体捕获和识别抗原，进行信号分子标记或是酶联标记的形式，将检测物每次都能位于理想的位置并通过连续体束缚态显著提升场增强因子从而放大拉曼增强信号。
[0004]特别的，针对一些脑部疾病，如阿尔茨海默症、脑卒中、帕金森等，由于血脑屏障的存在，其血液标志物的浓度在pg/mL甚至fg/mL级别，因此需要超灵敏的单分子检测手段。表面拉曼增强所用的纳米阵列的光学空间近场特性与相应的结构尺寸、几何形状密切相关，可通过尖端效应、局域表面等离激元共振、瑞利散射等物理机制显著增强近场的局域能力，以提升生物传感性能。然而，医学实时检测广泛依赖于目标生物分子与中间生物识别素的特异性免疫结合(例如抗体/抗原特异性结合，RNA与DNA的特异性结合等)，以及分子的特殊基团与界面的相互作用、生物分子与金属的键合方式等。如常规的肿瘤标志物糖类抗原19
‑
9分子量为10kDa，而免疫球蛋白的分子量为900kDa，且其传感需借助中间生物配体的生物特异性捕获。因此尽管表面拉曼的近场增强因子理想，但研究者忽略了其近场空间利用的有效性，这严重影响实际的生物传感性能。表面拉曼增强机制研究仍需充分关注生物分子自身属性与中间生物配体的影响，以提高纳米尺度下的增强近场的利用率，从而更进一步实现生物分子的高灵敏、精准传感。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，旨在解决对于不同尺寸的检测物质，实现表面拉曼增强场空间的高性能利用。在对于不同的待检测物质，定制化生物抗体层厚度以及器件相对于入射光源的角度，从而打破光源对于结构的对称性触发准BIC,并将待检测物质置于局域场最强烈位置，从而达到最佳表面拉曼增强的场空间利用率的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，包括生物连接介质层、周期性一维光栅阵列层、生物配体层、生物受体层；所述周期性一维光栅阵列分布在所述生物连接介质衬底层之上；所述生物配体层只附着在所述生物连接介质层之上并根据待检测物的大小调控生物配体层的厚度；所述生物受体层只与所述生物配体层特异性免疫结合。
[0007]优选的，所述周期性一维光栅阵列的几何形状是长方形、椭圆形、三角形几何图案中的任意一种。
[0008]优选的，所述周期性一维光栅阵列、生物连接介质衬底层组成的定制化表面拉曼增强复合结构，所述周期性一维光栅阵列的材质为氧化铝、二氧化硅、氟化镁、锗、金、银、铝、或钛中的任一种或多种复合，所述生物连接介质层的材质为二氧化硅、一氧化硅、氟化镁或氧化铝。
[0009]优选的，所述生物配体层包括：抗上皮细胞黏附分子(anti
‑
EpCAM)、抗溶酶体膜蛋白9(anti
‑
CD9)、抗表皮生长因子受体(anti
‑
HGFR)、抗人表皮生长因子受体(anti
‑
HER2)、抗生长激素(anti
‑
GH)、抗糖类抗原19
‑
9(anti
‑
CA19
‑
9)、抗免疫球蛋白(anti
‑
IgM)、抗类胰岛素生长因子结合蛋白(anti
‑
IGFBP
‑
3)、抗促生长因子(anti
‑
IGF
‑
1)、抗阿尔茨海默症血液标志物(Anti
‑
P
‑
tau181，Anti
‑
NfL)、DNA。
[0010]优选的，所述生物受体层包括：上皮细胞黏附分子(EpCAM)、人表皮生长因子受体(HER2)、抗表皮生长因子受体(HGFR)、糖类抗原19
‑
9(CA19
‑
9)、免疫球蛋白(IgM)、生长激素(GH)、促生长因子(IGF
‑
1)、类胰岛素生长因子结合蛋白(IGFBP
‑
3)、癌症外泌体、阿尔茨海默症血液标志物(P
‑
tau181，NfL)、miRNA。
[0011]优选的，所述定制化表面拉曼增强复合结构各项参数定义包括：周期性一维光栅阵列的宽度为w，高度为h、生物连接介质层的厚度为t、生物配体层的厚度、生物受体层的厚度、周期p以及相对于垂直入射光源的夹角θ,周期性一维光栅阵列的宽度w，高度h和生物连接介质层的厚度t和周期p以及相对于垂直入射光源的夹角θ参数灵活调节，使工作区间在可见光
‑
近红外
‑
中红外区域灵活调控,结构相对垂直入射光源的倾斜角度为0.000001度至8度之间。
[0012]优选的，在所述生物连接介质层表面特异性结合的生物配体层、生物受体层，其中，生物配体层与生物受体层厚度范围为10
‑
150nm。
[0013]有益效果:
[0014]本专利技术提供了一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，具有以下有益效果：
[0015]在进行生物分子检测之前，根据待检测物质的分子种类对结构相对于垂直入射光源的夹角、生物配体层的厚度进行调控，使表面拉曼增强因子最为理想、待检测物质刚好可以位于近场增强最强烈的区域，以此显著提高待测受体对局域近场的利用率，以此来满足不同待测样品的定制化表面拉曼增强的需求，从而提高传感灵敏度实现生物分子的定制化高性能传感。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构的结
构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构的横截切面结构示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的传感结构在垂直入射情况下(θ＝1)的透射光谱；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的传感结构在相对垂直入射光源倾斜情况下(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，其特征在于，包括生物连接介质层、周期性一维光栅阵列层、生物配体层、生物受体层；所述周期性一维光栅阵列分布在所述生物连接介质衬底层之上；所述生物配体层只附着在所述生物连接介质层之上并根据待检测物的大小调控生物配体层的厚度；所述生物受体层只与所述生物配体层特异性免疫结合。2.根据权利要求1所述的一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，其特征在于，所述周期性一维光栅阵列的几何形状是长方形、椭圆形、三角形几何图案中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，其特征在于，所述周期性一维光栅阵列、生物连接介质衬底层组成的定制化表面拉曼增强复合结构，所述周期性一维光栅阵列的材质为氧化铝、二氧化硅、氟化镁、锗、金、银、铝、或钛中的任一种或多种复合，所述生物连接介质层的材质为二氧化硅、一氧化硅、氟化镁或氧化铝。4.根据权利要求1所述的一种基于连续体束缚态的表面拉曼增强传感结构，其特征在于，所述生物配体层包括：抗上皮细胞黏附分子(anti
‑
EpCAM)、抗溶酶体膜蛋白9(anti
‑
CD9)、抗表皮生长因子受体(anti
‑
HGFR)、抗人表皮生长因子受体(anti
‑
HER2)、抗生长激素(anti
‑
GH)、抗糖类抗原19
‑
9(anti
‑
CA19
‑
9)、抗免疫球蛋白(anti
‑
IgM)、抗类胰岛素生长因子结合蛋白(anti
‑
IGFBP
‑
3)、抗促生长因子(anti
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦锋，陈威，申家情，谢奕浓，刘雪莹，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：