一种自供能制造技术

本发明专利技术提供了一种自供能

【技术实现步骤摘要】
一种自供能、便携及高通量型SERS生物传感平台


[0001]本专利技术涉及数字微流控
，特别是涉及一种自供能
、
便携及高通量型
SERS
生物传感平台
。

技术介绍

[0002]近年来，表面增强拉曼光谱
(SERS)
已成为一种强大的全生物体指纹识别工具，可以快速
、
无标记
、
无损地识别不同的化学和生物分析物
。
另一方面，待测样品在数字微流体芯片上能够以微液滴
(
μ
L
或者
nL)
的形式得到快速灵活的处理
。
也就是说，数字微流体提供了精细样品预处理的能力，而
SERS
提供了快速和灵敏的检测方法
。
充分利用上述特点，将便携式
SERS
分析技术与数字微流体相结合，从而达到以小样品量实现便携
、
高通量
、
高灵敏度及快速分析的目的，因此
SERS
‑
数字微流体生物传感器顺应了现代分析技术的发展趋势，在海洋监测
、
食品安全及传染性疾病控制等领域的现场即时检测方面表现出优异的潜力
。
[0003]在
SERS
‑
数字微流体系统中，通常需要将等离子体金属纳米结构间的间隙控制在
10nm
以下，以制造有效的信号增强
‘
热点
’/>，与此同时，还需进一步将目标分子运送到该
‘
热点
’
区域范围内，从而获得较好的拉曼增强效果
。
目前来说，总体有两大策略
。
第一种是直接将等离子体金属纳米结构与基材相结合，然后通过液滴蒸发将目标分子沉积到基底上的
‘
热点
’
区域内，从而获得增强的拉曼光谱信号
。
然而，为了在基底上制造等离子体金属纳米结构并对相关间隙进行有效控制，其较高的加工要求带来了巨大的应用限制
。
[0004]为此，科学家们开始探索基于液滴内等离子体金属纳米粒子与目标分析物自组装的新方法
。
在整个过程中，液滴只需通过蒸发富集效应便可将目标分析物尽可能地输送到等离子体纳米结构的
‘
热点
’
区域内，从而达到拉曼检测信号被大幅增强的目的
。
为此，富集后纳米粒子的沉积分布对检测性能起着至关重要的作用，而沉积分布又主要受液滴与基材在接触过程中的附着力影响
。
也就是说，基材的表面润湿性及液滴与基材在接触区域的停留时间是两大关键的影响因素
。
因此在
SERS
‑
数字微流体系统中，根据基材的湿润特性，可分为普通疏水性
SERS
基底
、
超疏水
SERS
基底
、
液体注入表面
SERS
基底及超疏水
‑
超亲水微图案
SERS
基底四大类
。
而根据液滴在基材上是否静态停留，又可分为静态富集与动态富集
。
[0005]对于普通疏水性基材，在蒸发过程中，三相接触线
(TCL)
钉扎，并且对于其上呈扁半球形的液滴而言，由于边缘的蒸发速率高于中心，为补偿边缘更快的蒸发损失，一种径向向外流动到边界的内部流场
(Deegan flow)
占主导地位
。
为此，液滴内纳米粒子在径向流的驱动下最终富集在三相接触线上，从而在液滴外围形成
‘
咖啡环图案
’
。
由于环上等离子体金属纳米颗粒和分析物的紧密堆积，从而可获得增强的拉曼信号
。
[0006]对于超疏水基底，液滴在其上呈近球状
。
为此，液滴与基底的固
‑
液接触面积较小
。
此外，随着液滴的蒸发，由于极低的接触角滞后，其三相接触线能够后退滑移
。
因此，液滴内的纳米粒子最终能够被富集到一个较小的区域
。
此外，在液滴呈球状的状态下，另一种流动机制
(Marangoni flow)
开始占主导地位，即液滴内存在一种中心对称的循环涡流
。
循环涡流能够促进纳米粒子沉积分布的均质化程度，从而使得更多目标分子能够被均一地送到等
离子体金属纳米结构的热点区域内
。
然而，对于不受外界能量刺激的静态液滴，内部的马兰戈尼流
(Marangoni flow)
通常都较弱，考虑到液滴在超疏水基底上的高度移动特性，液滴在外部能量刺激的操纵下，以来回动态滚动的方式进一步形成内部涡流场，以加强内部纳米粒子的均质化，从而获得更佳的富集效果
。
[0007]对于注入液体的光滑表面基底，微结构中的空气由填充后的润滑液所取代，消除了三相接触线的钉扎效应并发挥独特的液体排斥能力
。
在液滴蒸发过程中，随着液滴体积和润滑剂
‑
液体接触面积的减小，接触线能够一直保持稳定的后退滑移，因此液滴中的分析物在蒸发后集中在一个小区域内
。
[0008]对于超疏水
‑
超亲水微图案基底，它在超疏水基板上进一步制造超亲水微孔阵列所获得的，从而具有基于亲水点锚定微滴的显着能力
。
在液滴蒸发过程中，液滴的三相接触线只钉扎在面积较小的亲水点区域
。
因此，液滴内纳米粒子最终被富集到由亲水点限定的区域范围内
。
此外，超疏水区域可以作为物理屏障，避免相邻样品微滴之间的交叉污染，并在检测过程中保持相互独立
。
因此，超疏水
‑
超亲水微图案具有高通量检测的优势
。
[0009]总的来说，为了快速有效的使目标分子在拉曼检测上拥有灵敏度高
、
均一性及线性度良好的光谱信号，科学家已展开了大量的相关研究工作，并取得了一定的成效
。
然而，现有的研究方案依然存在诸多局限性，使其难以在实际应用中得以利用
。
[0010]例如普通疏水性基材虽然液滴可通过咖啡环效应实现金属纳米颗粒和分析物的富集，但在径向流
(Deegan flow)
与重力共同作用下，密度差异较大的金属纳米颗粒与分析物难以均质化沉积，并且随机性较强，从而较大程度上限制了
SERS
基板的检测灵敏度以及拉曼信号的均一性
。
[0011]对于超疏水表面，由于基底难以锚定液滴，从而使得液滴的阵列富集难以实现，检测通量受到严重的限制
。
其次，超疏水基底不适用于一些在非水相中的分析物
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自供能
、
便携及高通量型
SERS
生物传感平台，其特征在于，包括：手持式拉曼光谱仪
、
摩擦纳米发电机
、
超疏水金属基底和高压电极阵列；所述摩擦纳米发电机的一端与所述超疏水金属基底连接，所述摩擦纳米发电机的另一端与所述高压电极阵列连接；所述高压电极阵列设置在所述超疏水金属基底的上方；所述摩擦纳米发电机用于将交变电压提供给所述高压电极阵列；所述高压电极阵列用于根据所述交变电压控制所述超疏水金属基底的液滴进行振荡，产生电涡流，以对所述液滴加热并加速液滴的蒸发；所述手持式拉曼光谱仪用于检测富集后的所述液滴，得到分析物的
SERS
光谱
。2.
根据权利要求1所述的自供能
、
便携及高通量型
SERS
生物传感平台，其特征在于，所述高压电极阵列包括多个等间距排列的电极
。3.
根据权利要求2所述的自供能
、
便携及高通量型
SE...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈戈，尹凝霞，王维，印四华，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：