用于检测新污染物的生物传感元件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种用于检测新污染物的生物传感元件及其制作方法。它包括生物传感玻片和检测流动池载体。生物传感玻片上刻蚀有光路、光路上依次覆盖有底层光传输芯层、隔离层、顶部光传输芯层和包覆层，形成具有叠层光路结构的玻片。在玻片的表面修饰有生物敏感材料。检测流动池载体的中部开有一检测流动池。检测时，被测试样和检测试剂混合，注入检测流动池内；将生物传感玻片紧压在检测流动池载体上方，使检测流动池内混合液体与生物传感玻片表面修饰的生物敏感材料接触；激光从生物传感玻片的一端射入，经过玻片内的光路形成倏逝波，激发被玻片捕获的标记抗体中的荧光物质，再通过检测仪器达到检测被测试样中是否含有新污染物及其浓度的目的。染物及其浓度的目的。染物及其浓度的目的。

【技术实现步骤摘要】
用于检测新污染物的生物传感元件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种用于检测新污染物的生物传感元件及其制作方法，该生物传感元件可广泛地应用于用于检测新污染物的仪器设备中。

技术介绍

[0002]新污染物(emerging pollutants)是指国际公约管控的持久性有机污染物、内分泌干扰物和抗生素等。新污染物在环境中具有浓度低毒性大的特点，对生态环境具有很高的破坏性，并危害人体的健康。
[0003]生物传感技术是利用生物活性物质对靶标物的特异性识别能力进行定量检测的技术方法，在生物医学研究、疾病诊断、环境监测和食品卫生检测等方面具有广阔的应用前景。生物传感元件有多种类型，例如，德国弗劳恩霍弗研究所(Fraunhofer Institute)的A.Brandenburg教授等人研发的一种基于平面波导的生物传感器【Schuderer J，et al.Development of amultichannel fluorescence affinity sensor system.Analytical Chemistry.2000，72(16)：3942
‑
3948.】，可用于对多种污染物进行检测，其不足之处是光路复杂、要用多个检测池分别测试，使仪器流路重叠，体积庞大，且价格昂贵。

技术实现思路

[0004]鉴于上述原因，本专利技术的目的是提供一种基于光学原理的、光路简洁的用于检测新污染物的生物传感元件。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种制作该生物传感元件的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于检测新污染物的生物传感元件，它包括表面修饰有生物敏感材料的生物传感玻片和用于进行生化反应的检测流动池载体；
[0007]所述生物传感玻片为一基于CMOS加工的激光诱导荧光玻片，它包括厚度为1mm
±
0.01mm由二氧化硅晶圆制作的基底；在基底顶面的端部刻蚀有第一Y型分支结构，在第一Y型分支结构的两个分支的尾部分别刻蚀有第二Y型分支结构，第二Y型分支结构的两个分支一直延长至基底的另一端，两个第二Y型分支结构的两个分支共四个分支作为生物传感元件的分光区域；
[0008]在所述基底的顶面用化学气相沉积法溅射有一层厚度为25nm
±
2nm的底层光传输芯层，在底层光传输芯层的顶部覆盖有一层厚度为100nm
±
5nm的隔离层；在隔离层的顶部、对应基底分光区域溅射有一层厚度为75nm
±
2nm的顶部光传输芯层；将基底两侧的底层光传输芯层、隔离层和顶部光传输芯层刻蚀去除后，在整个基底及顶部光传输芯层上覆盖一层包覆层，其厚度自基底层上表面至包覆层上表面为1300nm
±
10nm；
[0009]所述检测流动池载体采用有机玻璃材料制成，其中间部分开有一深度仅为0.01mm
±
0.002mm的检测流动池；
[0010]检测时，所述生物传感玻片紧压在所述检测流动池载体的上方。
[0011]优选地，所述第一Y型分支结构和所述第二Y型分支结构的前段对应的底层光传输芯层区域为低折射率差区域，形成光的单模传输；所述第二Y型分支结构后段对应的底层光传输芯层和所述顶部光传输芯层区域为高折射率差区域，形成光的多模传输。
[0012]优选地，在所述第二Y型分支结构每条分支顶部的包覆层上间隔地开设若干凹槽，所述凹槽的深度至所述顶部光传输芯层，将所述顶部光传输芯层裸露出形成检测窗口。
[0013]优选地，所述底层光传输芯层和顶部光传输芯层的材料为Si
3 N4；所述隔离层和包覆层的材料为SiO2。
[0014]优选地，在所述检测流动池的两端分别开有样品进口和样品出口；所述样品进口和样品出口为锥形结构，其大小、形状和与之相连的检测仪器的输液管接头相匹配。
[0015]优选地，在所述检测流动池载体的边缘开有一圈O型槽，所述O型槽内设有弹性密封圈；所述弹性密封圈的厚度大于所述O型槽深度。
[0016]一种制作用于检测新污染物的生物传感元件的方法，它包括如下步骤：
[0017]S1、在二氧化硅晶圆制作的基底上刻蚀光路；
[0018]选择一厚度为1mm
±
0.01mm的二氧化硅晶圆制作的基底；在基底顶面的端部刻蚀一个第一Y型分支结构，在第一Y型分支结构的两个分支的尾部分别刻蚀一个第二Y型分支结构，第二Y型分支结构的两个分支一直延长至基底的另一端，两个第二Y型分支结构的两个分支共四个分支作为生物传感元件的分光区域；
[0019]S2、在基底上覆盖底层光传输芯层、隔离层、顶部光传输芯层和包覆层，形成具有叠层光路结构的生物传感玻片；
[0020]在刻蚀有光路的基底的顶面用化学气相沉积法溅射一层厚度为25nm
±
2nm的底层光传输芯层，在底层光传输芯层的顶部覆盖有一层厚度为100nm
±
5nm的隔离层；在隔离层的顶部、对应基底分光区域溅射有一层厚度为75nm
±
2nm的顶部光传输芯层；
[0021]将基底两侧的底层光传输芯层、隔离层和顶部光传输芯层刻蚀去除后，在整个基底及顶部光传输芯层上覆盖一层包覆层,其厚度自基底层上表面至包覆层上表面为1300nm
±
10nm；
[0022]在两个第二Y型分支结构每条分支顶部的包覆层上间隔地开设若干凹槽，凹槽的深度至顶部光传输芯层，将所述顶部光传输芯层裸露出形成检测窗口；
[0023]S3、在步骤S2制作完成的生物传感玻片表面修饰生物敏感材料；
[0024]S3.1、将具有叠层光学结构的生物传感玻片表面清洗，并羟基化；
[0025]将生物传感玻片浸泡于装有piraha溶液的玻璃培养皿中，120℃反应60min后取出，用超纯水清洗表面，在室温下用氮气吹干，保存于真空干燥箱中备用；
[0026]S3.2、生物传感玻片表面硅烷化修饰；
[0027]将洁净的羟基化后的玻片浸泡于硅烷化剂溶液中，室温静置反应2h，取出后用无水甲苯将玻片两面分别冲洗，然后用氮气吹干后置于干燥器皿中保存；
[0028]S3.3、生物传感玻片检测窗口表面偶联化；
[0029]将偶联剂溶液点于表面硅烷化后的玻片检测窗口处，室温静置反应1h，取出玻片，依次用无水乙醇和超纯水各冲洗玻片上下表面，然后用氮气吹干，置于干燥器皿中保存；
[0030]S3.4、生物传感玻片表面固定被测新污染物包被抗原，使被测新污染物包被抗原
和检测窗口表面实现共价键结合；
[0031]将经过上述化学处理的玻片放置于点样仪上，按照所编制程序，在玻片检测窗口位置滴加5μL 1mg/mL的包被抗原后，将玻片置于湿度为55％
‑
75％，温度为4℃的密闭环境中静置反应12h；然后用超纯水清洗玻片上下表面，氮气吹干，放置于干燥器皿中保存备用；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：它包括表面修饰有生物敏感材料的生物传感玻片和用于进行生化反应的检测流动池载体；所述生物传感玻片为一基于CMOS加工的激光诱导荧光玻片，它包括厚度为1mm
±
0.01mm由二氧化硅晶圆制作的基底；在所述基底顶面的端部刻蚀有第一Y型分支结构，在所述第一Y型分支结构的两个分支的尾部分别刻蚀有第二Y型分支结构，所述第二Y型分支结构的两个分支一直延长至所述基底的另一端，两个所述第二Y型分支结构的两个分支共四个分支作为生物传感元件的分光区域；在所述基底的顶面用化学气相沉积法溅射有一层厚度为25nm
±
2nm的底层光传输芯层，在所述底层光传输芯层的顶部覆盖有一层厚度为100nm
±
5nm的隔离层；在所述隔离层的顶部、对应所述基底分光区域溅射有一层厚度为75nm
±
2nm的顶部光传输芯层；将所述基底两侧的底层光传输芯层、隔离层和顶部光传输芯层刻蚀去除后，在整个所述基底及顶部光传输芯层上覆盖一层包覆层，其厚度自所述基底层上表面至所述包覆层上表面为1300nm
±
10nm；所述检测流动池载体采用有机玻璃材料制成，其中间部分开有一深度仅为0.01mm
±
0.002mm的检测流动池；检测时，所述生物传感玻片紧压在所述检测流动池载体的上方。2.根据权利要求1所述的用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：所述第一Y型分支结构和所述第二Y型分支结构的前段对应的底层光传输芯层区域为低折射率差区域，形成光的单模传输；所述第二Y型分支结构后段对应的底层光传输芯层和所述顶部光传输芯层区域为高折射率差区域，形成光的多模传输。3.根据权利要求1或2所述的用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：在所述第二Y型分支结构每条分支顶部的包覆层上间隔地开设若干凹槽，所述凹槽的深度至所述顶部光传输芯层，将所述顶部光传输芯层裸露出形成检测窗口。4.根据权利要求3所述的用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：所述底层光传输芯层和顶部光传输芯层的材料为Si
3 N4；所述隔离层和包覆层的材料为SiO2。5.根据权利要求4所述的用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：在所述检测流动池的两端分别开有样品进口和样品出口；所述样品进口和样品出口为锥形结构，其大小、形状和与之相连的检测仪器的输液管接头相匹配。6.根据权利要求5所述的用于检测新污染物的生物传感元件，其特征在于：在所述检测流动池载体的边缘开有一圈O型槽，所述O型槽内设有弹性密封圈；所述弹性密封圈的厚度大于所述O型槽深度。7.一种制作权利要求1
‑
6之一所述的用于检测新污染物的生物传感元件的方法，其特征在于：它包括如下步骤：S1、在二氧化硅晶圆制作的基底上刻蚀光路；选择一厚度为1mm
±
0.01mm的二氧化硅晶圆制作的基底；在基底顶面的端部刻蚀一个第一Y型分支结构，在第一Y型分支结构的两个分支的尾部分别刻蚀一个第二Y型分支结构，第二Y型分支结构的两个分支一直延长至基底的另一端，两个第二Y型分支结构的两个分支
共四个分支作为生物传感元件的分光区域；S2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：施汉昌，宋保栋，张晓聪，
申请(专利权)人：北京协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：