一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法技术

本发明专利技术属于生物检测方法技术领域，公开了一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，包括以下步骤：S1，GMR生物芯片的准备；S2，大肠杆菌在GMR生物芯片的上的捕获；S3，GMR生物芯片的测试，大肠杆菌信息的读出。本发明专利技术利用基于磁力线聚集器的磁分流检测法的GMR生物芯片技术，不仅进一步提高GMR生物芯片对大肠杆菌的检测灵敏度，而且其制备工艺过程仍然与IC电路工艺兼容，可以实现整个生物芯片的器件和电路集成，提高了GMR磁生物芯片的系统性、集成性和便捷性；该芯片技术具有的小型化，低功耗，器件均一性好等优势使得其在生物安全，食品质检，疾病诊断等均具有广泛的应用潜力。疾病诊断等均具有广泛的应用潜力。疾病诊断等均具有广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，属于生物检测方法


技术介绍

[0002]大肠杆菌是一种常居于人和各种动物肠道内的细菌，往往随粪便从体内排出，在自然界的散播十分广泛。人体感染了该大肠杆菌可引起各种疾病，如腹膜炎、胆囊炎、阑尾炎、出血性肠炎和尿道炎等，严重者甚至死亡。
[0003]对大肠杆菌的快速、特异的检测对于早期病情的筛查、诊断、治疗、监测和有效的控制非常重要。目前，国内外现有的大肠杆菌检测方法主要有以下几类：传统检测方法、免疫学检测方法、分子生物学检测方法，传统的检测方法虽然灵敏度较高的，但是需要的时间较长，免疫学检测方法虽然具有一定的灵敏度但是目前还没有达到个位数高灵敏的检测能力，分子生物学方法虽然可以进行高灵敏的检测，但是需要的设备较为昂贵，而且需要专业的人员进行操作，无法满足便捷性的要求。
[0004]大肠杆菌的高灵敏快速检测难题和检测样本的信息长时间保存问题，首先大肠杆菌具有较强的致病性，高灵敏的快速检测则是提高对该细菌的防御性的关键技术，目前能够进行个位数量级的检测方法主要是传统的培养法以及核酸检测法，传统的培养法需要较长的时间，而核酸检测方法则需要昂贵的设备以及专业人员操作，这都无法满足高灵敏快速便捷的检测需求，其次目前基于生物传感器检测方法的大肠杆菌检测技术，存在检测信号不稳定，重复性差等问题，当样本检测完后基本上就失去了再次用于检测的可能，为了进一步提高大肠杆菌检测的可靠性和可复测性，所以需要解决样本信号的长时间保存问题。
[0005]随着交叉学科的发展，生物芯片技术应运而生，其具有的小型化，低功耗，高集成等优势使得生物芯片在癌症等疾病诊断、细菌病毒等生物目标检测具有巨大的应用潜力，而基于巨磁电阻效应的磁生物芯片是其中的一员，巨磁电阻效应（Giant magnetoresistance：GMR）是金属材料在外磁场的作用下其电阻值发生变化的效应，基于该效应而制备的电子器件如磁存储，磁传感器等具有广泛的应用前景，GMR生物芯片主要利用基于巨磁电阻效应的GMR磁传感器与免疫磁珠技术结合而成，相对于其他的生物芯片技术（荧光，电化学等），基于磁电子的生物芯片具有背景噪声低，均一性好，能够较容易和微流控、IC电路进行集成等优势，使得GMR生物芯片非常适合于大肠杆菌的检测，而且基于磁珠的生物样本稳定性好，保存时间长，可以实现大肠杆菌的检测样本多次重复检测。
[0006]目前，虽然基于GMR生物传感器已经应用于大肠杆菌的检测（100 CFU/mL），但是检测灵敏度和其他生物传感器比如荧光传感器，电化学传感器（10 CFU/mL量级）等还有一定的差距，限制了GMR磁生物芯片在大肠杆菌的应用潜力，为了使得磁传感器芯片不仅可以解决大肠杆菌检测的样本信息保存问题，而且还具有较高的检测性能，所以需要开发新型的GMR生物芯片技术，目前的GMR生物芯片技术主要通过利用GMR传感器检测磁性标签的微弱杂散磁场获得生物检测功能，该方法受限于所使用的磁性标签所产生的杂散磁场较弱，无
法实现更高灵敏度的检测，所以需要开发新的检测方法，以获得更高的检测能力。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
[0008]本专利技术采取的技术方案为：一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，包括以下步骤：S1，GMR生物芯片的准备，GMR生物芯片表面设置有SiO2保护膜；S2，大肠杆菌在GMR生物芯片的上的捕获，包括以下步骤：S2.1，磁性靶向标签的制备，所选用的磁性标签为直径为1
‑
2微米的磁珠；S2.2，大肠杆菌的磁性修饰；S2.3，GMR生物芯片表面功能化修饰，在GMR生物芯片表面SiO2保护膜上，利用化学修饰的方法制备生物自组装膜，将二抗修饰在自组装膜表面，使得GMR生物芯片表面具有捕获大肠杆菌的能力；S2.4，大肠杆菌捕获；S3，GMR生物芯片的测试，大肠杆菌信息的读出。
[0009]优选的，所述步骤S1中，GMR磁生物芯片包括板状的衬底，衬底的上端面设置有GMR线条，衬底的上端面位于GMR线条两侧的位置分别设置有一个磁力线聚集器，两个磁力线聚集器之间磁化方向与GMR线条垂直；GMR线条尾部分别覆盖有一个电极，两个电极分别电性连接有电极引脚；SiO2保护膜设置在衬底的上端面、GMR线条的上端面以及磁力线聚集器的上端面；电极包括电极底层和电极上层；衬底的上端面位于GMR线条周围的部分设置有生化反应槽，GMR线条以及电极均位于生化反应槽内部。
[0010]优选的，GMR线条为曲折型结构，线条的线宽为5
µ
m，长度为500
µ
m，间隙为15
µ
m。
[0011]优选的，磁力线聚集器为矩形的FeNi薄膜，厚度为2
µ
m。
[0012]优选的，电极底层为Cr/Cu电极层，厚度为10nm/150nm。
[0013]优选的，电极上层为Au电极层，厚度为150nm。
[0014]优选的，SiO2保护膜的厚度为20nm。
[0015]优选的，GMR生物芯片的制作步骤如下：步骤一：GMR线条图形化，在衬底表面进行线条图形化；步骤二：磁力线聚集器制作，在衬底表面进行磁力线聚集图形化；步骤三：电极底层制作，在衬底进行电极图形化，然后镀Cr/Cu电极层；步骤四：SiO2保护膜制作，在衬底整个表面上加工SiO2保护膜，然后进行电极图形化，刻蚀电极表面的SiO2层，直到第一层电极露出；步骤五：电极上层制作 ，在衬底进行电极图形化，镀Au电极层； 步骤六：生化反应槽制作，在衬底 表面的GMR检测区域制作生化反应槽，用于检测反应。
[0016]优选的，GMR线条利用离子束刻蚀工艺制作。
[0017]优选的，磁力线聚集器通过溅射工艺制备，并且利用liftoff工艺实现图形化。
[0018]优选的，电极底层通过溅射工艺制作，电极上层通过热蒸发工艺制作。
wafer)，衬底6的上端面设置有GMR线条1，衬底6的上端面位于GMR线条1两侧的位置分别设置有第一磁力线聚集器2a和第二磁力线聚集器2b，两个磁力线聚集器之间磁化方向与GMR线条1垂直；GMR线条1尾部分别覆盖有一个电极，两个电极分别电性连接有第一电极引脚4a和第二电极引脚4b；衬底6的上端面、GMR线条1的上端面、磁力线聚集器的上端面均设置有SiO2保护膜3；电极包括电极底层和电极上层；衬底6的上端面位于GMR线条1周围的部分设置有生化反应槽5，GMR线条1以及电极均位于生化反应槽5内部。
[0029]其中，GMR线条1为曲折型结构，GMR线条1的线宽为5
µ
m，长度为500
µ
m，间隙为15
µ
m。
[0030]其中，磁力线聚集器为矩形的FeNi薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，GMR生物芯片的准备，GMR生物芯片表面设置有SiO2保护膜；S2，大肠杆菌在GMR生物芯片的上的捕获，包括以下步骤：S2.1，磁性靶向标签的制备，所选用的磁性标签为直径为1
‑
2微米的磁珠；S2.2，大肠杆菌的磁性修饰；S2.3，GMR生物芯片表面功能化修饰，在GMR生物芯片表面SiO2保护膜上，利用化学修饰的方法制备生物自组装膜，将二抗修饰在自组装膜表面，使得GMR生物芯片表面具有捕获大肠杆菌的能力；S2.4，大肠杆菌捕获；S3，GMR生物芯片的测试，大肠杆菌信息的读出。2.根据权利要求1所述的一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，GMR磁生物芯片包括板状的衬底，衬底的上端面设置有GMR线条，衬底的上端面位于GMR线条两侧的位置分别设置有一个磁力线聚集器，两个磁力线聚集器之间磁化方向与GMR线条垂直；GMR线条尾部分别覆盖有一个电极，两个电极分别电性连接有电极引脚；SiO2保护膜设置在衬底的上端面、GMR线条的上端面以及磁力线聚集器的上端面；电极包括电极底层和电极上层；衬底的上端面位于GMR线条周围的部分设置有生化反应槽，GMR线条以及电极均位于生化反应槽内部。3.根据权利要求2所述的一种基于高灵敏GMR磁生物芯片的大肠杆菌检测方法，其特征在于：所述GMR线条为曲折型结构，线条的线宽为5
µ
m，长度为500
µ
m，间隙为15
µ

【专利技术属性】
技术研发人员：孙学成，张萌琦，陈泓宇，王永东，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：