本发明专利技术属于微纳米材料与光化学分析领域，涉及一种多禁带排列的光子晶体高效通用多底物检测分析微芯片。本发明专利技术利用多喷头精细喷墨打印技术与聚丙烯酸-聚丙烯酸甲酯(壳)-聚苯乙烯(核)聚合物纳米小球快速自组装，制备出成阵列排列的光子晶体芯片。芯片具有全带隙的光子晶体阵列设计，可对8-喹啉醇或丹磺酰氯标记的寡聚乙二胺等荧光化学传感器在不同的波长处进行荧光增强与放大，进而实现原本单一、简单化学传感器无法完成的对多底物的可识别检测与分析。本发明专利技术通过构建多禁带光子晶体微阵列实现单一化学传感器对多底物的检测与分析，产品对各种复杂环境的多底物识别与检测具有广谱地通用性与很强的可操作性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳米材料与光化学分析领域，特别涉及ー种多禁带排列的光子晶体高效通用多底物检测分析微芯片。
技术介绍
多底物、复杂环境检测与分析对エ业、食品监测与生物活体分析具有十分现实的研究意义与应用前景。基于有机荧光化合物，尽管科学家们已经开发出数十万的可用于传感器的有机化合物，然而单一的化学传感器的响应性単一或十分有限，通常无法实现对多底物的识别与分析。基于组合化学设计与化合物阵列芯片技木，Anslyn等科学家们开发出利用多种传感器化合物组成传感器阵列，通过分析系列的不同化合物对检测物的差别性的响应，实现多底物的辨别与检测。然而这一方法需要大量、成系列的有机化合物作为传感器，针对不同的检测成分构建传感器阵列；而且整个过程涉及到有经验地组合化学设计、多步合成、化合物有效响应性筛选、传感器芯片设计与加工等复杂又繁琐的エ序，在很大程度上限制了高效率检测芯片的开发与快速制备，使得多底物高效率检测芯片仍然停留在实验室与研究阶段。开发ー种通用高效的检测芯片的制备与分析方法，利用尽量单一、普通易得的传感器化合物实现多底物的快速分析与检测，具有十分现实的应用价值与广阔的科学意义。近些年随着纳米科学进步与研究的广泛展开，利用纳米技术提升材料的性能为开发新材料，改进器件性能提供了多方位的思路。光子晶体具有优秀的光传播调控性能，因其在各类光学器件、光导纤维通讯和光子计算、以及全色显示等领域广_的前景，而引起广泛的重视。最近的研究显示光子晶体三维周期结构可对荧光染料的荧光发射形成慢光子效应，可实现对荧光发射数量级级别的增强。科学家们利用光子晶体的荧光增强效应，大量开展光子晶体在DNA等闻灵敏检测与有机发光等方面的应用研究。在增加发光强度、提闻检测灵敏度与降低检测限的同时，关于光子晶体在多底物复杂环境的分析与检测的研究还鲜有涉及。光子晶体在传感器芯片方面的应用与研究将提升传感器的灵敏度，同时将更加大地扩展多底物检测-复杂分析的应用，推动通用性、产品化高效便捷传感器的开发与应用推广。同时，随着超小探针研究与技术的进步，微量灵敏分析与高密度的高通量检测与分析对微阵列芯片传感器提出了更高的要求。喷墨打印技术具有图案设计灵活、定位准确，多组份同时沉积等特点，广泛应用于半导体、电子器件等图案的精细准确制备。Moon J.等曾通过喷墨打印实现乳胶粒的自组装和单个液滴组成的光子晶体微阵列；我们课题组以绿色印刷技术为基础，设计合成硬核-软壳结构微粒乳胶液，在氢键诱导作用下实现高质量光子晶体喷墨打印[CN200710064245. O]。喷墨打印过程中乳胶粒的快速自组装可以实现光子晶体的快速打印。喷墨打印的精确单个墨滴(14-32pl)的控制和快速喷射(6000滴/秒)，在大面积制备图案化乳胶光子晶体制备的同时[CN 200810115540.9.]，通过对墨滴的精确控制可以快速制备光子晶体微阵列。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于开发了ー种通用性的用于高效多底物检测与分析的光子晶体微芯片。本专利技术的目的之ニ在于利用光子晶体禁带对荧光信号的选择性调控作用，通过选择具有不同禁带的光子晶体，针对化学传感器对不同检测底物的荧光响应差別，进行选择性的放大。在具有多个禁带的光子晶体芯片，实现放大单ー化学传感器多底物检测中响应的细微差异，以达到单ー传感器无法或难于实现的多底物检测与分析。本专利技术的目的之三在于利用光子晶体光子禁带对荧光的增强作用，放大化学传感器响应过程中的荧光信号，以提高传感器的检测灵敏度、降低检测限。 本专利技术的目的之四在于通过喷墨打印技术，精细控制乳胶液滴的喷涂与排列，利用聚合物乳胶粒的快速自组装，可制备从500-1000微米小至30-50微米点阵的光子晶体微芯片。该微芯片制备エ艺具有精确、简便、快速，所制备的芯片具有检测密度更高(200倍于市场上现有的384孔板等芯片模版)等优点。本专利技术的目的之五在于构建全带隙(全色彩)的光子晶体微阵列芯片，使之对整个可见光区域的荧光化学传感器具有广泛的应用性。本专利技术的目的之六在于结合多禁带光子晶体微芯片与多级分组分析(HCA)和线性差别分析(LDA)等统计学方法，建立ー种通用多底物检测、识别与分析的方法。本专利技术的目的之七在于结合多禁带光子晶体微芯片与8-喹啉醇、丹磺酰氯标记的寡聚こニ胺或氰代卟啉等莫ー单ー荧光化学传感器，在芯片上对Al3+，Fe3+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Hg2+，Cd2+，Ca2+，Mg2+ 等多种不同金属阳离子与 F、CF, Br、Γ，NO3' C104_，HCO3'HS03_，HPO广，SO42-, AcO2-, COt等多种不同酸根阴离子实施检测与识别。本专利技术产品的制备方法如下(如图I示意)I)通过嵌段乳液聚合准备聚丙烯酸-聚丙烯酸甲酯(売)-聚苯こ烯(核)的聚合物納米乳胶微粒，同时利用表面活性剂(十二烷基磺酸钠)调节与控制制备不同粒径(150-350nm)的乳胶微球。2)将步骤I)所制备的具有不同粒径的乳胶微球乳液分别配制成质量浓度为O. 5-1.0%的水/こニ醇(质量比为3 2)溶液。3)以步骤2)中所配制的溶液为墨水，将不同粒径的乳胶微球乳液墨水分别添加和导入爱普生7880C多喷头喷墨打印机。4)将步骤3)中所准备的乳胶液喷墨打印机与电脑进行控制连接，在电脑上进行多色点阵列模版设计。用电脑控制将不同粒径的乳胶液微液滴有序排列在玻璃或氧化铝平滑基底，室温下封闭阴凉处自然晾干后，在基底上便制得多色(禁带)光子晶体微阵列芯片(如图2左图)。本专利技术产品的使用方法如下(如图I示意)I)根据所需用的化学传感器荧光光谱，选择具有匹配光子禁带的光子晶体微阵列芯片。配制合适浓度(一般小于5. OmM)的化学传感器溶液，通过旋涂或浸涂将化学传感器均勾涂抹在芯片表面。2)用荧光扫描仪或荧光显微镜对芯片在不同波长通道下进行荧光強度记录与成像。3)用点样器在芯片相应位置上进行不同检测物的点染。4)用荧光扫描仪或荧光显微镜对检测物点染后的芯片在不同波长通道下进行荧光強度记录与成像。5)计算出芯片点染前后的荧光的变化差值，将芯片对各种底物检测的荧光变化值进行主成分分析(PCA)、多级分组分析与线性差别分析，得出各检测底物的分组与组份相似性结果与识别分析。 本专利技术产品具有下列特点I)本专利技术在不同改变化学组成与分子结构的前提下，通过引入纳米结构(光子晶体)全面提升化学传感器的检测响应性能。2)本专利技术可实现单一化学传感器对多底物的检测与分析，避免了传统传感器芯片对多个、成系列化合的需求，从而绕开了组合化学设计、多步合成、有效响应性化合物的筛选等合成化学的繁琐エ艺，具有优秀的环境友好性与化学经济性。3)本专利技术通过构建全带隙的光子晶体阵列，对所有荧光发射在近紫外-可见区的化学传感器具有普遍适用性。实验已经证明本专利技术可应用于多种金属阳离子、阴离子等多底物的检测与分析。4)本专利技术利用喷墨打印技术与氢键诱导下聚丙烯酸-聚丙烯酸甲酯(売)-聚苯こ烯(核)的聚合物納米乳胶微粒的快速有序自组装，实现多禁带的光子晶体微芯片的制备。本专利技术具有エ艺简便、快捷、易操作与成本低的特点。5)本专利技术通过喷墨打印精细微控制，可制备30-50微米点阵的光子晶体微芯片，相比于传统的阵列检测芯片(96孔板与384本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.本发明是开发了一种通用性的用于高效多底物检测与分析的光子晶体微芯片，其特征是利用精细喷墨打印与聚合物乳胶微球快速自组装技术，制备成阵列排列的多禁带光子晶体芯片，通过简单旋涂或浸涂将单一荧光化学传感器附着至光子晶体芯片；利用光子晶体光子禁带的高效选择性光调控性与慢光子效应荧光放大效果，对普通传统化学传感器响应性的响应灵敏度与多底物识别度大幅提升；结合多级分组分析(HCA)和线性差别分析(LDA)等统计学方法，实现单一、简单化学传感器对多底物的分析与检测；本发明及其相应的分析方法具有对多底物检测荧光分析的广谱应用性。2.根据权利要求I所述的精细喷墨打印制备光子晶体芯片，其特征是通过嵌段共聚乳液聚合制备聚丙烯酸-聚丙烯酸甲酯(壳)_聚苯乙烯(核)的聚合物纳米乳胶微粒，通过喷墨打印聚合物乳液，利用聚丙烯酸-聚丙烯酸甲酯(壳)_聚苯乙烯(核)聚合物乳胶微球快速自组装技术，在玻璃等基底上制备光子晶体阵列芯片。3.根据权利要求I或2所述的精细喷墨打印制备光子晶体芯片，其特征是本发明光子晶体芯片拥有多种具有不同光子禁带的光子晶体组成的多行多列阵列芯片，芯片上不同禁带光子晶体的组成可以设计与调整。4.根据权利要求I或3所述的多禁带光子晶体芯片，其特征是在检测前，通过简单旋涂或浸涂将单一荧光化学传感器附着至光子晶体芯片。5.根据权利要求I或4所述的高效多底物检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：李风煜，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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