CN100547443C - 一种生物芯片用光纤阵列的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：将光纤阵列一端用紫外光照射5s～10min；然后在550℃～600℃下放置30min～5h；再用酸进行侵蚀。光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成；光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成；纤芯由光敏玻璃形成时，内包层和外包层由耐酸玻璃形成；或纤芯由耐酸玻璃形成时，内包层和外包层由光敏玻璃形成；光纤的外包层中含有Fe、Co、Ni中的一种或多种。本发明的制备方法替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，提高了检测的灵敏度和精度。

Description

一种生物芯片用光纤阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光纤阵列的制备方法，特别是一种生物芯片用光纤阵列的制备方法。
背景技术
生物芯片技术是近几年发展起来广泛应用于基因序列分析、杂交、基因突变检测及疾病基因诊断等领域的一项新技术。它可同时、快速、准确地分析数以万计基因组信息，为生物工程、医药、临床检测等领域技术发展带来了革命性变革。生物芯片技术的核心是芯片的制备和反应信号的检测。而作为生物探针分子的支持介质——基板载体材料的性能直接影响着生物芯片的制备和信号检测技术。
目前常用于制作生物芯片的载体材料有玻璃片、硅片、以及各种有机高分子制作的薄膜等。通过使用掩膜板屏蔽光刻技术，在基板上形成直径为25-500μm(典型值为100μm)密集空穴孔点阵结构，因此在1cm2基板上具有形成上万生物探针的能力。但到目前为止，利用点样技术制作的生物探针密度一般小于10,000/cm2，其主要困难之一是在信号的获取与分析上。当前生物芯片检测和分析的方法多采用荧光法，优点是重复性较好，但缺点是由于载体材料是二维平面材料，导致在荧光检测时信噪比低、灵敏度不高。并且随着空穴点阵密度的提高，荧光检测时点阵探针之间会出现信号的交叉干扰。解决该问题的主要办法之一是利用光纤阵列(Nature BioTechnology，1996，14：1681-1684；科学通报，2003，48：1589-1590)代替玻璃、硅等平面块体材料，利用光纤特有的波导传光结构提高信息检测的信噪比和灵敏度，极大降低生物芯片对检测设备和生物样本的制作要求，从而降低检测成本。另外，光纤阵列还具有高密度集成能力，在1cm2横截面上可集成几十万到上百万根光纤，每根光纤都独立传光，不受邻近光纤的影响，可极大提高芯片的检测速度。同时玻璃光纤表面无渗透作用、可耐受高温和高离子强度、具有透光率高、检测样本用量少等优点。
发明内容
本发明的目的是针对现有光纤阵列排列密度低，加工复杂的、效率低的问题，提供一种生物芯片用光纤阵列的制备方法。
本发明的生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射5s～10min；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在550℃～600℃下放置30min～5h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行酸侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成；光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成；纤芯由光敏玻璃制成时，内包层和外包层由耐酸玻璃制成；或纤芯由耐酸玻璃制成时，内包层和外包层由光敏玻璃制成；酸为HF、HCl或HNO3水溶液；光纤的外包层中含有Fe、Co、Ni中的一种或多种。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，而且还有利于对光纤阵列端面微结构尺寸的控制(一般屏蔽性光刻技术的准确度仅有5μm)；本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，从光纤结构设计角度出发，减少光纤阵列中光纤之间信号干扰，增大基因探测的灵敏度和精度，从原理上根本解决平面芯片载体材料信噪比低、信号间交叉干扰的问题；在光纤外包层玻璃组分中，通过添加Fe、Ni、Co等过渡金属氧化物中的一种或几种的组合体，吸收内包层中的荧光，从组分上进一步提高了检测的灵敏度和精度。
附图说明
图1为光纤单丝结构与横截面折射率分布示意图；图1-1为光纤结构；图1-2为横截面折射率分布。
图2为光纤阵列端面形状示意图，图2-1为矩形结构；图2-2为六边形结构。
图3为光纤阵列端面微孔结构示意图。
图4为光纤阵列端面光纤探针结构示意图。
具体实施方式
实施例1：一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射5s；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在550℃下放置30min；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行HF水溶液侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成，光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯由光敏玻璃形成，内包层和外包层由耐酸玻璃形成且外包层含有Fe。
本实施例利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，增大基因探测的灵敏度和精度；通过添加Fe，吸收内包层中的荧光，进一步提高了检测的灵敏度和精度。
实施例2：一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射10min；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在600℃下放置5h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行HCl水溶液侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成，光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯由耐酸玻璃形成，内包层和外包层由光敏玻璃形成且外包层含有Co。
本实施例利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，增大基因探测的灵敏度和精度；通过添加Co，吸收内包层中的荧光，进一步提高了检测的灵敏度和精度。
实施例3：一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射5min；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在580℃下放置3h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行HNO3水溶液侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成，光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯由耐酸玻璃形成，内包层和外包层由光敏玻璃形成且外包层含有Ni。
本实施例利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，增大基因探测的灵敏度和精度；通过添加Ni，吸收内包层中的荧光，进一步提高了检测的灵敏度和精度。
实施例4：一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射6min；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在570℃下放置1h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行HNO3水溶液侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成，光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯由耐酸玻璃形成，内包层和外包层由光敏玻璃形成且外包层含有Ni、Fe。经上述制备过程，如图3所示，在光纤阵列端面纤芯位置处形成微孔。
本实施例利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，增大基因探测的灵敏度和精度；通过添加Ni、Fe，吸收内包层中的荧光，进一步提高了检测的灵敏度和精度。
实施例5：一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射8min；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在570℃下放置2h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行HNO3水溶液侵蚀。
其中，光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成，光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成，纤芯由耐酸玻璃形成，内包层和外包层由光敏玻璃形成且外包层含有Ni、Fe、Co。
图1-1为光纤单丝结构，由纤芯、内包层和外包层构成，内外包层折射率分布呈图1-2所示。将直径为2～3mm的单丝在模具中排列成不同形状，如图2所示，截面为矩形或六边形结构，经扎紧后再进行光纤拉制，形成不同单丝密度的光纤阵列。经上述制备过程，如图4所示，在光纤阵列端面纤芯位置处形成探针结构。
本实施例利用玻璃光纤纤芯或包层玻璃对紫外光敏感程度不同，替代目前的掩膜光刻技术，降低工艺成本，本发明采用横截面折射率分布为W型的光纤单丝，增大基因探测的灵敏度和精度；通过添加Ni、Fe、Co，吸收内包层中的荧光，进一步提高了检测的灵敏度和精度。

Claims (6)

1、一种生物芯片用光纤阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将光纤阵列一端用紫外光照射5s～10min，所述的光纤阵列由横截面折射率为W型的光纤单丝组成；
(2)将步骤(1)得到的光纤阵列在550℃～600℃下放置30min～5h；
(3)将步骤(2)得到的光纤阵列进行酸侵蚀。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述光纤单丝由纤芯、内包层和外包层构成。
3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述纤芯由光敏玻璃制成，内包层和外包层由耐酸玻璃制成。
4、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述纤芯由耐酸玻璃制成，内包层和外包层由光敏玻璃制成。
5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述酸为HF、HCl或HNO3水溶液。
6、根据权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于所述光纤阵列的光纤的外包层中含有Fe、Co、Ni中的一种或多种。
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