CN100567955C - 一种生化分子检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种生化分子检测方法，生物分子液体在通过金属微纳结构时，部分生物分子会附着在金属微纳结构的表面，多余的生物分子液体流往废液回收池；光源耦合到光纤中去，然后照射到表面附有生物分子的金属微纳结构上产生表面等离子体波，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光的能量损失，这在反射光谱或透射光谱中是一个明显的低谷；反射光谱或透射光谱经光谱仪后成像在CCD上，通过CCD将光信号转换为电信号送入计算机处理系统进行分析。本发明可用于DNA分子、蛋白质标定和识别、药物传输、分子器件、病毒探测、细菌探测、微观组织诊断和活性治疗等领域。

Description

一种生化分子检测方法
技术领域
本发明涉及一种生化分子检测方法，特别是一种高效、高灵敏度、准确、方便、快速、经济的生化分子检测方法。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高，人们对临床诊断和生物医学、司法鉴定、食品卫生产品监督分析、药物开发、工矿业领域有毒气体等生化成份的监测和处理提出了更高的要求。传统的生化分子探测方法主要是使用放射性同位素、酶或荧光等做为标识物，存在安全性和稳定性差、效率和灵敏度低的缺点，不能满足快速(以便实时处理和控制危险物)、灵敏(以便探测微量的剧毒物质)、特效(排除非致病性成份的干扰和污染)的需求，迫切希望发展新一代高灵敏度、高效、准确、方便、快速、经济的生化分子检测方法和技术。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：克服上述技术的不足，提供一种高效、高灵敏度、准确、方便、快速、经济的生化分子检测方法，它以白光或单色光对表面附有生物分子的金属微纳结构进行照射产生表面等离子体，引起激光辐射能量的吸收和散射，运用反射光或透射光的吸收光谱的变化识别生物分子。
本发明的技术解决方案是：高效、高灵敏度生化分子检测方法，其特点在于：利用白光或单色光对表面附有生物分子的金属微纳结构进行激发产生表面等离子体，运用反射光或透射光的吸收光谱的变化识别生物分子，具体包括下列步骤：
(1)生物分子液体在通过金属微纳结构时，部分生物分子会附着在金属微纳结构的表面，多余的生物分子液体流往废液回收池；
(2)光源耦合到光纤中去，然后照射到表面附有生物分子的金属微纳结构上产生表面等离子体波，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光的能量损失，这在反射光谱或透射光谱中是一个明显的低谷；
(3)反射光谱或透射光谱经光谱仪后成像在CCD上，通过CCD将光信号转换为电信号送入计算机处理系统进行分析。
本发明的原理：光源耦合到光纤中去，然后照射到表面附着有生物分子的金属微纳结构上产生表面等离子体波，其衰减长度仅有几百个纳米，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光中的能量损失，若光源为白光，通过吸收光谱的变化可探测生物分子。若光源为单色光，在角度反射谱或透射谱中有一个明显的低谷，共振角度强烈地依赖于传感器表面上瞬逝波范围内样品的折射率轮廓。传感器表面上大分子的吸附和解吸附作用改变了局部折射率，使共振角度发生一个移动，表面等离子体的波矢发生变化，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光中的能量损失。
本发明相比于现有技术有以下优点：
(1)本发明采用金属微纳结构的表面将等离子体传感单元将接受和传感部分集成在单一的传感器上，即生物传感器芯片，具有成本低、体积小、效率高等优点，可用于快速分析和高级过程控制；
(2)本发明中的表面等离子体传感元，金属微纳结构可以被用于重复利用。与此相反，传统的免疫测定，包括酶相联系的免疫吸收剂化验，基本上只能用一次。
(3)传统的生化分子探测识别主要是使用放射性同位素、酶或荧光等做为标识物，存在安全性和稳定性差、效率和灵敏度低的缺点。本发明利用金属微纳结构的优良电磁性质和生物亲和性对生化分子检测，可满足快速(以便实时处理和控制危险物)、灵敏(以便探测微量的剧毒物质)、特效(排除非致病性成份的干扰和污染)的需求。
(4)用于照射金属微纳结构的光源既可以是白光，也可以是单色光；用于对生物分子进行识别的光谱可以是反射光谱也可以是透射光谱，增加了更多的自由度。
故本发明可以实现新的生化传感探测技术，为DNA分子、蛋白质标定和识别、药物传输、分子器件、病毒探测、细菌探测、微观组织诊断和活性治疗等领域奠定新的技术基础。
附图说明
图1为实现本发明的生化分子检测装置的原理框图；
图2为实现本发明的生化分子检测的激光光路示意图。
具体实施方式
如图1所示，生物分子液体在通过金属微纳结构(生物芯片传感器)时，部分生物分子会附着在金属微纳结构的表面，多余的生物分子液体流往废液回收池；将光源耦合到光纤中去，然后照射到表面附着有生物分子的金属微纳结构上产生表面等离子体波，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光，如图2所示的能量损失，这在反射光谱或透射光谱中是一个明显的低谷；反射光谱或透射光谱经光谱仪后成像在CCD上，通过CCD将光信号转换为电信号送入计算机处理系统进行分析。
若光源为白光，通过吸收光谱的变化可探测生物分子。若光源为单色光，共振角度强烈地依赖于传感器表面上瞬逝波范围内样品的折射率轮廓。金属微纳结构即生物传感器芯片表面上大分子的吸附和解吸附作用改变了局部折射率，使共振角度发生一个移动，这个移动与生化分子的种类有关。
金属微纳米结构为二维有序金属纳米颗粒阵列，纳米颗粒和周期的大小决定了表面等离子体波矢量的频率。这种金属纳米结构可采用纳米球刻蚀法进行制作，其制作过程为：首先在衬底上自组装形成二维胶体晶体，即纳米胶体球在二维方向按照一定规律有序排列形成的结构，并以此为掩模在其上沉积金属材料(如金、银)，最后去掉掩模得到沉积在衬底上的金属纳米颗粒的二维有序阵列。通过胶体球的大小可控制纳米颗粒的间距，通过沉积不同量的元素可控制纳米颗粒的体积，通过后续处理可控制纳米颗粒的形态。
CCD将光信号转换为电信号送入计算机，可得到光强与波长(若光源为白光)或入射角度(若光源为单色光)的变化关系曲线，若光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配，共振将导致反射光或透射光在共振波长(若光源为白光)或共振角度(若光源为单色光)的能量损失。

Claims (4)

1、一种生化分子检测方法，其特征在于：利用白光或单色光对表面附有生物分子的金属微纳结构进行激发产生表面等离子体，运用反射光或透射光的吸收光谱的变化识别生物分子，具体包括下列步骤：
(1)生物分子液体在通过金属微纳结构时，部分生物分子会附着在金属微纳结构的表面，多余的生物分子液体流往废液回收池；
(2)光源耦合到光纤中去，然后照射到表面附有生物分子的金属微纳结构上产生表面等离子体波，当光在传感单元表面的波矢分量与表面等离子体的波矢匹配的条件下，共振导致反射光或透射光的能量损失，这在反射光谱或透射光谱中是一个明显的低谷；
(3)反射光谱或透射光谱经光谱仪后成像在CCD上，通过CCD将光信号转换为电信号送入计算机处理系统进行分析。
2、根据权利要求1所述的生化分子检测方法，其特征在于：表面等离子体传感单元将接受和传感部分集成在单一的传感器上。
3、限据权利要求1所述的生化分子检测方法，其特征在于：用于照射金属微纳结构的光源为白光或单色光。
4、根据权利要求1所述的生化分子检测方法，其特征在于：用于对生物分子进行识别的光谱为反射光谱或透射光谱。
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