CN104515755B - 一种固态量子点微阵列芯片传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态量子点微阵列芯片传感器及其制造方法，以较为简单的制作工艺提供荧光信号稳定、灵敏度高的量子点微阵列芯片传感器。固态量子点微阵列芯片传感器包括玻片、带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层和量子点微阵列；量子点微阵列为若干水溶性量子点注入到玻片后孵育预定时间而成，量子点微阵列的排列方式与带有通孔通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层通孔的排列方式相同；带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层不可逆键合在玻片上，并且量子点微阵列的每个量子点阵列点的几何中心与聚二甲基硅氧烷薄膜层的每个通道的几何中心对应对齐。本发明提供的固态量子点芯片传感器具有荧光信号稳定、灵敏度较高，极大地扩大了量子点传感器在生物医学中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程领域，具体涉及一种固态量子点微阵列芯片传感器及其制造方法。
背景技术
近年来研究人员开发了不同种类的生物传感器，在生物医药，食品工业以及在环境监测方面发挥了很大的作用，大量基于光学、声学和电化学信号的传感器被报道，其中，最具应用前景的是基于荧光信号的生物传感器应用于无标记目标分析物，例如，基于分子信标技术的荧光信号猝灭和恢复DNA的检测。在生物医学及DNA检测过程中，对生物传感器提出了以下新的要求：（1）大规模同时检测多种目标分析物；（2）信号响应稳定，采集信号简单易行；（3）组建方法简单，可大规模应用。因此，具备高效检测的传感器的研究十分必要。目前报道的基于荧光信号响应的传感器比较有前景的是基于量子点特异荧光特性，如耐光漂，一元激发多元发射等的传感器。所谓量子点，是一种新型无机荧光纳米颗粒，具有宽激发，窄发射；一元激发，多元发射；耐光漂；尺寸可调等优点。
作为新型的荧光材料，量子点可以提供稳定且多元化的荧光信号，特别是在同一激发光下，不同尺寸的量子点发射不同波长的荧光，且荧光强度稳定耐光漂，其典型应用是应用于微流控芯片技术。微流控芯片技术具有试剂样品消耗量少、分析检测灵敏度高、高通量等优点。在微流控芯片内组装固态量子点微阵列传感器，可充分发挥二者的优势，实现基于量子点荧光信号响应的大规模并行检测的目标。
现有技术提供的量子点在生物医药中应用比较广泛的是基于液相中量子点荧光信号的传感，主要是在玻片或聚二甲基硅氧烷（poly dimethyl siloxane，PDMS）组装油溶性量子点。然而，这种方式导致量子点分布不均匀，荧光信号不均一，在液相环境中只能用一种量子点检测一种目标分析物的信号响应，不能实现混合组分目标物同时检测，同时不能实现高通量检测，因而限制了量子点传感器在生物医学及DNA检测的应用，无法进一步应用到生物医药高效检测中。
发明内容
本发明实施例提供一种固态量子点芯片传感器及其制造方法，以较为简单的制作工艺提供荧光信号稳定、灵敏度高的量子点微阵列芯片传感器。
一种固态量子点微阵列芯片传感器，所述固态量子点微阵列芯片传感器包括玻片、带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层和量子点微阵列；所述量子点微阵列为若干水溶性量子点通过带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层注入到所述玻片上孵育预定时间而成，所述量子点微阵列中量子点阵列点的数量与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的数量相等，所述量子点微阵列中量子点阵列点的排列方式与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的排列方式相同；所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层不可逆键合在所述玻片上，并且所述量子点微阵列的每个量子点阵列点的几何中心与所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的每个通道的几何中心对应对齐。
一种固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，所述方法包括如下次序的工艺步骤：
在微阵列柱模板表面旋涂第一聚二甲基硅氧烷薄膜层；
将带有多通道的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述微阵列柱的每一微柱都位于所述对应通道中间位置的标准贴合到所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上；
将所述具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以70℃至90℃烘烤20分钟至30分钟后取出，得到带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层；
将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片；
向所述通孔注入水溶性量子点孵育预定时间后，将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层从所述玻片上剥离，得到量子点微阵列；
将带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道的几何中心与所述量子点微阵列的量子点阵列的几何中心对齐的标准，不可逆键合在所述玻片上。
从上述本发明实施例可知，制造固态量子点微阵列芯片传感器的工艺流程简单，相对于现有液态量子点传感器只能检测单一组分目标分析物和不能实现高通量检测的不足，本发明实施例提供的固态量子点芯片传感器，充分结合了微流控芯片高通量的优势和量子点耐光漂，一元激发多元发射等荧光特性，具有荧光信号稳定、灵敏度较高，特别是基于分子信标技术可以实现同时无标记检测多种目标分析物，极大地扩大了量子点传感器在生物医学及DNA检测过程中的应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法基本工艺流程流程示意图；
图2是本发明实施例提供的微阵列柱模板示意图；
图3是本发明实施例提供的微阵列柱模板表面旋涂了第一聚二甲基硅氧烷薄膜层后的示意图；
图4是本发明实施例提供的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层示意图；
图5是本发明实施例提供的带有通孔的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片后的示意图；
图6是本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，所述方法包括如下次序的工艺步骤：在微阵列柱模板表面旋涂第一聚二甲基硅氧烷薄膜层；将带有多通道的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述微阵列柱的每一阵列柱都位于所述对应通道中间位置的标准贴合到所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上；将所述具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以70℃至90℃烘烤20分钟至30分钟后取出，得到带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层；将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片；向所述通孔注入水溶性量子点孵育预定时间后，将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层从所述玻片上剥离，得到量子点微阵列；将带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道的几何中心与所述量子点微阵列的量子点阵列的几何中心对齐的标准，不可逆键合在所述玻片上。本发明实施例还提供相应的固态量子点微阵列芯片传感器。以下分别进行详细说明。
本发明实施例的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法基本工艺流程可参考图1，主要包括步骤S101至步骤S106：
S101，在微阵列柱模板表面旋涂第一聚二甲基硅氧烷薄膜层。
在本发明实施例中，微阵列柱模板是通过在硅片表面采用光刻的方法制作而成，即在硅片表面光刻尺寸为20微米的负性光刻胶SU-82050微阵列柱模板，其中，微阵列柱模板的每个微柱高可以为50微米，顶端可以为正方形，边长可以为20微米。微阵列柱模板的示意图如附图2所示，其中，标记为201的为微柱，标记为202的为硅片。
作为本发明一个实施例，第一聚二甲基硅氧烷薄膜层可以是由预聚物和固化剂按照20：1的比例制成的的带有通孔的聚二甲基硅氧烷薄膜层。附图2示例的微阵列柱模板表面旋涂了第一聚二甲基硅氧烷薄膜层后的示意图如附图3所示，其中，标记为301、在图中以格状示意的部分为第一聚二甲基硅氧烷薄膜层。
S102，将带有多通道的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层按照微阵列柱的每一微柱都位于对应通道中间位置的标准贴合到第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上。
在本发明实施例中，第二聚二甲基硅氧烷薄膜层可以可以是由预聚物和固化剂按照5：1的比例制成的的带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层。第二聚二甲基硅氧烷薄膜层是带有一系列通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层，例如，可以根据最终成型的固态量子点芯片传感器的玻片尺寸，第二聚二甲基硅氧烷薄膜层可以是带有5个通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层，每个通道高度为50微米至60微米，宽度在80微米左右。本发明实施例给出的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层示意图如附图4，其中，标记为401的图中空白部分即为第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道。
S103，将具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以70℃至90℃烘烤20分钟至30分钟后取出，得到带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层。
原则上，在70℃至90℃的范围内，烘箱温度越低的话，烘烤的时间可以在20分钟至30分钟内选择一个稍长的时间，烘箱温度越高的话，烘烤的时间可以在20分钟至30分钟内选择一个稍短的时间。作为本发明一个实施例，可以将粘合有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以80℃烘烤20分钟后取出，贴合在一起的第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层就构成带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层。
S104，将步骤S103得到的带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片。
将步骤S103得到的带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片后的示意图如附图5，其中，标记为501的是两层聚二甲基硅氧烷薄膜层的通孔，标记为502的是玻片。
S105，向所述通孔注入水溶性量子点孵育预定时间后，将所述带有通孔的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层从所述玻片上剥离，得到量子点微阵列。
预定时间可以根据实际需要确定，例如，可以是0.5小时、1小时或0.5小时至1小时之间的任意时长。水溶性量子点孵育预定时间后，将两层聚二甲基硅氧烷薄膜层从玻片上轻轻剥离，便可以得到量子点微阵列。
S106，将带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道的几何中心与所述量子点微阵列的量子点阵列的几何中心对齐的标准，不可逆键合在所述玻片上。
在本发明实施例中，带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层可以为预聚物和固化剂按照10：1的比例制成的聚二甲基硅氧烷薄膜层。由于量子点微阵列的量子点尺寸非常小，因此，可以借助荧光显微镜等工具，在荧光显微镜下，将带有通道的第三聚二甲基硅氧烷薄膜层按照第三聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道的几何中心与量子点微阵列的几何中心对齐的标准，不可逆键合在玻片上，即构成微阵列化的固态量子点芯片传感器，其示意图如附图6所示。
从上述本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法可知，制造固态量子点微阵列芯片传感器的工艺流程简单，相对于现有液态量子点传感器只能检测单一组分目标分析物和不能实现高通量检测的不足，本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器，充分结合了微流控芯片高通量的优势和量子点耐光漂，一元激发多元发射等荧光特性，具有荧光信号稳定、灵敏度较高，特别是基于分子信标技术可以实现同时无标记检测多种目标分析物，极大地扩大了量子点传感器在生物医学及DNA检测过程中的应用。
下面对固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法的本发明实施例的固态量子点微阵列芯片传感器的进行说明。
本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器包括玻片、带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层和量子点微阵列，其中，量子点微阵列为若干水溶性量子点通过带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层注入到所述玻片上孵育预定时间而成，量子点微阵列中量子点阵列点的数量与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的数量相等，量子点微阵列中量子点阵列点的排列方式与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的排列方式相同，带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层贴合在所述玻片上，并且所述量子点微阵列的每个量子点阵列点的几何中心与所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的每个通道的几何中心对应对齐。
在上述本发明实施例提供的固态量子点微阵列芯片传感器中，水溶性量子点通过带有通孔的聚二甲基硅氧烷薄膜层的通孔注入到玻片上，在玻片上孵育的预定时间可以为0.5小时、1小时或0.5小时至1小时之间的任意时长。带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层可以为预聚物和固化剂按照10：1的比例制成的聚二甲基硅氧烷薄膜层。带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层为第二聚二甲基硅氧烷薄膜层贴合在第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上制成，其中，第二聚二甲基硅氧烷薄膜层为带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层，其为预聚物和固化剂按照5：1的比例制成，第一聚二甲基硅氧烷薄膜层为带有通孔的聚二甲基硅氧烷薄膜层，其为预聚物和固化剂按照20：1的比例制成。在本发明实施例中，玻片可以是硅烷化处理后的玻片。
以上对本发明实施例所提供的一种固态量子点微阵列芯片传感器及其制造方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种固态量子点微阵列芯片传感器，其特征在于，所述固态量子点微阵列芯片传感器包括玻片、带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层和量子点微阵列；
所述量子点微阵列为若干水溶性量子点通过带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层注入到所述玻片上孵育预定时间而成，所述量子点微阵列中量子点阵列点的数量与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的数量相等，所述量子点微阵列中量子点阵列点的排列方式与所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层中通孔的排列方式相同；
所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层不可逆键合在所述玻片上，并且所述量子点微阵列的每个量子点阵列点的几何中心与所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的每个通道的几何中心对应对齐；
所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层为第二聚二甲基硅氧烷薄膜层贴合在第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上制成，所述第二聚二甲基硅氧烷薄膜层为带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层，所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层为带有通孔的聚二甲基硅氧烷薄膜层。
2.根据权利要求1所述的固态量子点微阵列芯片传感器，其特征在于，所述预定时间为0.5小时、1小时或0.5小时至1小时之间的任意时长。
3.根据权利要求1所述的固态量子点微阵列芯片传感器，其特征在于，所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照10：1的比例制成。
4.根据权利要求1所述的固态量子点微阵列芯片传感器，其特征在于，所述第二聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照5：1的比例制成，所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照20：1的比例制成。
5.一种固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下次序的工艺步骤：
在微阵列柱模板表面旋涂第一聚二甲基硅氧烷薄膜层；
将带有多通道的第二聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述微阵列柱的每一微柱都位于对应通道中间位置的标准贴合到所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层之上；
将所述具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以70℃至90℃烘烤20分钟至30分钟后取出，得到带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层；
将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层可逆键合至玻片；
向所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层的通孔注入水溶性量子点孵育预定时间后，将所述带有通孔通道的两层聚二甲基硅氧烷薄膜层从所述玻片上剥离，得到量子点微阵列；
将带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层按照所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层的通道的几何中心与所述量子点微阵列的量子点阵列的几何中心对齐的标准，不可逆键合在所述玻片上。
6.根据权利要求5所述固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述预定时间为0.5小时、1小时或0.5小时至1小时之间的任意时长。
7.根据权利要求5所述的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述第一聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照20：1的比例制成的带有通孔的聚二甲基硅氧烷薄膜层。
8.根据权利要求5所述的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述第二聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照5：1的比例制成的带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层。
9.根据权利要求5所述的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述带有通道的聚二甲基硅氧烷薄膜层为预聚物和固化剂按照10：1的比例制成。
10.根据权利要求5所述的固态量子点微阵列芯片传感器的制造方法，其特征在于，所述将所述具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以70℃至90℃烘烤20分钟至30分钟后取出具体为：
将所述具有第一聚二甲基硅氧烷薄膜层和第二聚二甲基硅氧烷薄膜层的微阵列柱模板置于烘箱中以80℃烘烤20分钟后取出。
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