CN110703372B - 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法 - Google Patents

一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110703372B
CN110703372B CN201910881861.8A CN201910881861A CN110703372B CN 110703372 B CN110703372 B CN 110703372B CN 201910881861 A CN201910881861 A CN 201910881861A CN 110703372 B CN110703372 B CN 110703372B
Authority
CN
China
Prior art keywords
protein
microlens array
diffraction device
micro
femtosecond laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910881861.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110703372A (zh
Inventor
姜澜
俞嘉晨
闫剑锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Tsinghua University
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201910881861.8A priority Critical patent/CN110703372B/zh
Publication of CN110703372A publication Critical patent/CN110703372A/zh
Priority to PCT/CN2020/109237 priority patent/WO2021052076A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110703372B publication Critical patent/CN110703372B/zh
Priority to US17/323,415 priority patent/US11221437B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2462—Lysozyme (3.2.1.17)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Y—ENZYMES
    • C12Y302/00—Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01—Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01017—Lysozyme (3.2.1.17)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/54—Organic compounds
    • C30B29/58—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/02—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by evaporation of the solvent
    • C30B7/04—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by evaporation of the solvent using aqueous solvents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1852—Manufacturing methods using mechanical means, e.g. ruling with diamond tool, moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K1/00—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14—Extraction; Separation; Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K2299/00—Coordinates from 3D structures of peptides, e.g. proteins or enzymes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0389—Windows
    • G01N2021/0392—Nonplanar windows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788—Diffraction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)

Abstract

本发明涉及一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，属于生物检测设备技术领域。该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列。本发明d1蛋白质基体微透镜阵列衍射器件,将测量量转化为衍射图样的形状、分布、间距等更容易测量的物理量，提高了检测精度和灵活性。本发明的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件制备方法，使用蛋白质单晶作为微透镜阵列衍射器件的基体，在溶液环境中更稳定，使用寿命更长，使用范围更广泛。本发明的微透镜阵列加工的方法为使用飞秒激光加工，直接形成微凸起，加工简便，热损伤小。

Description

一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，属于生物检测设备技术领域。
背景技术
蛋白质材料由于生物相容性和独特的生物活性在许多领域得到了广泛的应用。由于蛋白质分子具有多级结构，其结构受到外界温度、环境中其它分子或离子的影响，其分子结构、物理化学性质等会产生相应变化，因此基于蛋白质材料的微结构或器件对于环境具有独特的相应特性。
目前有一些研究中将生物材料的这一性质应用在了生物传感器领域，实现了对于环境pH等的检测，主要原理是通过蛋白质基体的光波导对周围环境的响应，改变光波导的光学性质，从而改变了光波导输出的光强。这类方法由于测量参数只有光波导后方的光强，可以测量的维度较少且对于传感器要求较高，同时会受到其它一些因素的干扰，还没有得到广泛的应用。另外非晶态的蛋白质在环境中稳定性较差，容易降解。
一种新型的光学器件微透镜阵列通过将结构均匀的微透镜按照一定周期排列在一平面上，在微光学系统、光束整形、光学传感等功能。例如专利“微透镜阵列、光学检测装置及微透镜阵列制备方法”(申请号201711429305.4)描述了一种集成于微流道系统中的微透镜阵列，可以实现对微流道内纳米物体的检测。但目前的微透镜阵列主要材料还是无机材料，对于环境的响应依赖于折射率等光学性质，对生物监测的能力较弱。
因此，蛋白质基体的微阵列器件是一种有可观实用前景的生物检测器件。受限于蛋白质材料本身对于环境温度等因素等的敏感性，基于蛋白质的微器件加工本身存在一定的挑战，尽量减小蛋白质材料加工过程中的热影响，简化加工步骤也是蛋白质微加工的主要挑战。目前一些方法利用飞秒激光等加工手段，实现了高精度、热影响区域小、使用材料范围广泛的微纳加工，已经被应用于许多生物材料、透明材料等的加工中。例如申请中的专利“飞秒激光在单个蛋白质晶体上加工微纳结构的方法及系统”(申请号2019103009814)提出了利用飞秒激光加工蛋白质单晶的方法及系统，可以在蛋白质单晶上烧蚀出精度在1-10μm的微结构，但是这种方法主要是利用了高于蛋白质烧蚀阈值的飞秒激光脉冲，对于利用低于烧蚀阈值的飞秒激光改性实现微凸起结构制备微透镜还没有相关方法。
发明内容
本发明提出了一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，对已有的飞秒激光加工蛋白质单晶的方法进行改进，利用低于烧蚀阈值的飞秒激光改性，实现微凸起结构制备微透镜，在蛋白质结晶体的表面上加工出周期性排列的微透镜阵列形成的器件。
本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体的最大边长L为100-500μm；蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列，微透镜状凸起阵列中各微透镜状凸起之间的间距p为10-100μm；微透镜状凸起的直径d为2-10μm，微透镜状凸起的高度h为0.05-2μm。
本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备蛋白质结晶体，过程如下：
(1-1)将蛋白质固体与质量百分比浓度为2％-5％的盐溶液相互混合，得到蛋白质溶液，蛋白质溶液中，蛋白质的质量分数为饱和溶液质量分数的1～3倍，调节蛋白质溶液的pH值为4～6；
(1-2)将步骤(1-1)配置的蛋白质溶液置于容器中，在室温下静置6～24h，通过蛋白质溶液中的水自然蒸发，析出蛋白质结晶体；
(2)使飞秒激光入射到步骤(1)得到的蛋白质结晶体表面，所述的飞秒激光的脉冲持续时间为35～120fs，飞秒激光单脉冲能量为蛋白质烧蚀阈值的0.5-1倍，飞秒激光重复频率为1～1000Hz。
本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法，其优点是：
1、利用本发明方法制备的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，作为生物检测器件，具有独特的响应特性，生物相容性好的特点；与已有的利用生物材料的检测器件，例如利用蛋白质基体光波导检测光波导输出光强变化实现生物检测的方法等相比，本发明的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，将测量量转化为衍射图样的形状、分布、间距等更容易测量的物理量，提高了检测精度和灵活性。
2、本发明的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件制备方法，使用蛋白质单晶作为微透镜阵列衍射器件的基体，在溶液环境中更稳定，使用寿命更长，使用范围更广泛。
3、本发明的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件制备方法，微透镜阵列加工的方法为使用飞秒激光加工，直接形成微凸起，加工简便，热损伤小。
附图说明
图1为本发明方法制备的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的结构示意图。
图2为微透镜阵列中每一个微透镜的侧面放大示意图。
图3为本发明实施例制备的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的使用状态图。
图4为本发明实施例制备的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的结构图和使用效果图，其中(a)是微凸起状的微透镜阵列示意图，(b)是待微透镜阵列衍射器件在待测溶液环境中时形成的衍射图案。
图3中，1是连续激光器，2是蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，3为透明比色皿，4为蛋白质基体微透镜的后焦面，5是镜筒，6是成像系统。
具体实施方式
本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，其结构如图1所示，该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体的最大边长L为100-500μm；蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列，微透镜状凸起阵列中各微透镜状凸起之间的间距p为10-100μm；微透镜状凸起的直径d为2-10μm，微透镜状凸起的高度h为0.05-2μm。
本发明提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备蛋白质结晶体，过程如下：
(1-1)将蛋白质固体与质量百分比浓度为2％-5％的盐溶液相互混合，得到蛋白质溶液，蛋白质溶液中，蛋白质的质量分数为饱和溶液质量分数的1～3倍，调节蛋白质溶液的pH值为4～6；
(1-2)将步骤(1-1)配置的蛋白质溶液置于容器中，在室温下静置6～24h，通过蛋白质溶液中的水自然蒸发，析出蛋白质结晶体；
(2)使飞秒激光入射到步骤(1)得到的蛋白质结晶体表面，所述的飞秒激光的脉冲持续时间为35～120fs，飞秒激光单脉冲能量低于蛋白质的烧蚀阈值，但能够使蛋白质改性并形成微凸起，取为蛋白质烧蚀阈值的0.5-1倍，飞秒激光重复频率为1～1000Hz。通过控制加工光路中的衰减片控制飞秒激光单脉冲能量，通过控制加工光路中的快门和平移台，将飞秒激光聚焦在成周期性排列的待加工微透镜的位置，逐个加工出微凸起结构，形成微透镜阵列衍射器件。
以下结合附图，详细介绍本发明内容：
如图1所示为微透镜阵列衍射器件的示意图，该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质自然结晶体，自然结晶体的最大边长L为100-500μm；自然结晶体的最大边长L所在的表面上加工有微透镜状凸起阵列，微透镜状凸起阵列中各微透镜状凸起之间的间距p为10-100μm；如图2所示为阵列中每一个微透镜的侧面放大示意图，阴影部分为蛋白质，微透镜状凸起的直径d为2-10μm，微透镜状凸起的高度h为0.05-2μm。箭头为光线方向，平行入射的光可以通过曲面被聚焦，由几何关系可得微透镜的焦距f可以由下式求得，其中n为蛋白质晶体折射率：
Figure BDA0002206103030000041
对本发明蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的验证光路如图3所示，当一束激光垂直入射加工有微透镜阵列的晶体表面后，在微透镜的后焦面会形成衍射图案。对于不同的环境溶液，其衍射图案的位置、形状、强度分布与蛋白质及周围环境的形状参数和光学性质有关，这些参数受到环境中溶液分子、离子浓度影响。通过这一原理，可以实现对于不同溶液的分子、离子浓度的检测。
本发明还提出的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备蛋白质结晶体，过程如下：
(1-1)将蛋白质固体与质量百分比浓度为2％-5％的盐溶液相互混合，得到蛋白质溶液，蛋白质溶液中，蛋白质的质量分数为饱和溶液质量分数的1～3倍，调节蛋白质溶液的pH值为4～6；
(1-2)将步骤(1-1)配置的蛋白质溶液置于容器中，在室温下静置6～24h，通过蛋白质溶液中的水自然蒸发，析出蛋白质结晶体；
(2)使飞秒激光入射到步骤(1)得到的蛋白质结晶体表面，所述的飞秒激光的脉冲持续时间为35～120fs，单脉冲能量低于蛋白质的烧蚀阈值但能够使蛋白质改性并形成微凸起，取为蛋白质烧蚀阈值的0.5-1倍，重复频率为1～1000Hz。通过控制加工光路中的衰减片控制飞秒激光单脉冲能量，通过控制加工光路中的快门和平移台，每次将飞秒激光聚焦在成周期性排列的待加工微透镜的位置，逐个加工出微凸起结构，形成微透镜阵列衍射器件。
上述方法中的盐为氯化钠和乙酸钠。
下面结合实施例，进一步介绍本发明的内容：
本实施例以鸡蛋白溶菌酶晶体为例，在蛋白质晶体表面加工出微透镜阵列，器件结构如图1所示，其中蛋白质晶体为通过一般结晶方法培养的最大边长L在100-500μm的鸡蛋白溶菌酶晶体；晶体表面的微透镜阵列的间距为10μm；微透镜的半径和高度，在设计的加工参数下，由原子力显微镜表征得到d＝3μm，h＝1μm。
本发明方法中使用的飞秒激光器为Coherent公司生产的钛蓝宝石飞秒激光器，中心波长800nm，脉宽<35fs。
实施例1：在蛋白质晶体表面制备间距为10μm的微凸起状的微透镜阵列：
(1-1)本实施例中以鸡蛋白溶菌酶作为蛋白质原料，过饱和溶液的成分为：鸡蛋白溶菌酶粉末30mg/ml，氯化钠2.5％(质量分数)，乙酸钠1.36％(质量分数)。
(1-2)取3ml(1-1)中所配的溶液加入透明比色皿中，在温度为23℃，相对湿度30％环境中自然蒸发24h，直到在透明比色皿的侧壁上观察到结晶出的最大边长为100-500μm左右的蛋白质晶体。
(2-1)使飞秒激光从侧面入射到装有蛋白质晶体的透明比色皿表面，并通过10倍物镜聚焦在蛋白质晶体与透明比色皿侧壁平行的表面，通过光路中的衰减片控制激光能量，通过光路中的快门的开闭控制激光是否入射。首先打开快门，用单脉冲能量为100nJ的飞秒激光聚焦后试加工蛋白质晶体表面，烧蚀坑所在位置标记为激光焦点所在位置。
(2-2)采用飞秒激光，飞秒激光的中心波长为800nm，脉冲持续时间在35fs，使蛋白质改性并产生微凸起的脉冲能量为单脉冲烧蚀阈值的(对于鸡蛋白溶菌酶是80nJ)的0.5-1倍，因此选择飞秒激光参数为单脉冲能量40nJ，重复频率为1000Hz，脉冲个数为100个(通过控制快门打开时间为0.1秒实现)。调节衰减片改变单脉冲能量为40nJ，打开快门0.1秒后关闭，加工出微凸起结构。
(2-3)通过控制平移台和快门，每次移动蛋白质晶体10μm，使激光焦点位置移动至下一个待加工点，重复步骤(2-2)中的方法加工出每一个微凸起，最终实现微透镜阵列衍射器件。制备得到的间距为10μm的微凸起状的微透镜阵列如图4(a)所示。
图4(a)所示的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的验证光路如图3所示。其中1为波长650nm的连续激光器，作为衍射的光源；2为上述加工所得的蛋白质基体微透镜阵列衍射器件；3为装有待测溶液的透明比色皿；4为微透镜的后焦面，激光通过蛋白质基体微透镜阵列衍射器件在这个平面上形成衍射图案；可调焦距的镜筒5与CCD 6构成成像系统。
在侧壁装有上述蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的透明比色皿3中加入液体，本实施例中的液体的成分为氯化钠2.5％(质量分数)和三水合乙酸钠1.36％(质量分数)。打开连续激光器1，激光通过微透镜阵列衍射器件2，在微透镜的后焦面4上得到衍射图像，调节可调焦距的镜筒5，使得焦面4上的图像经镜筒成像在CCD6上，记录下微透镜阵列衍射器件在该液体环境中形成的衍射图案，如图4(b)所示。

Claims (2)

1.一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件，其主要特征在于：该蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的基体为蛋白质结晶体，蛋白质结晶体的最大边长L为100-500μm；蛋白质结晶体上最大边长L所在的一个表面上加工有微透镜状凸起阵列，微透镜状凸起阵列中各微透镜状凸起之间的间距p为10-100μm；微透镜状凸起的直径d为2-10μm，微透镜状凸起的高度h为0.05-2μm。
2.一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：
(1)制备蛋白质结晶体，过程如下：
(1-1)将蛋白质固体与质量百分比浓度为2％-5％的盐溶液相互混合，得到蛋白质溶液，蛋白质溶液中，蛋白质的质量分数为饱和溶液质量分数的1～3倍，调节蛋白质溶液的pH值为4～6，所述的盐为氯化钠和乙酸钠；
(1-2)将步骤(1-1)配置的蛋白质溶液置于容器中，在室温下静置6～24h，通过蛋白质溶液中的水自然蒸发，析出蛋白质结晶体；
(2)使飞秒激光入射到步骤(1)得到的蛋白质结晶体表面，所述的飞秒激光的脉冲持续时间为35～120fs，飞秒激光单脉冲能量为蛋白质烧蚀阈值的0.5倍，飞秒激光重复频率为1～1000Hz。
CN201910881861.8A 2019-09-18 2019-09-18 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法 Active CN110703372B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910881861.8A CN110703372B (zh) 2019-09-18 2019-09-18 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法
PCT/CN2020/109237 WO2021052076A1 (zh) 2019-09-18 2020-08-14 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法
US17/323,415 US11221437B2 (en) 2019-09-18 2021-05-18 Protein-matrix microlens array diffraction device and method for preparing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910881861.8A CN110703372B (zh) 2019-09-18 2019-09-18 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110703372A CN110703372A (zh) 2020-01-17
CN110703372B true CN110703372B (zh) 2021-05-07

Family

ID=69195376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910881861.8A Active CN110703372B (zh) 2019-09-18 2019-09-18 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11221437B2 (zh)
CN (1) CN110703372B (zh)
WO (1) WO2021052076A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110703372B (zh) 2019-09-18 2021-05-07 清华大学 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010126640A2 (en) * 2009-02-12 2010-11-04 Trustees Of Tufts College Nanoimprinting of silk fibroin structures for biomedical and biophotonic applications
CN109810167A (zh) * 2018-12-17 2019-05-28 清华大学 一种利用飞秒激光辅助控制蛋白质晶体生长的方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7371563B2 (en) * 2000-11-08 2008-05-13 Surface Logix, Inc. Peelable and resealable devices for biochemical assays
WO2008118211A2 (en) * 2006-11-03 2008-10-02 Trustees Of Tufts College Biopolymer photonic crystals and method of manufacturing the same
US20090020924A1 (en) * 2007-02-21 2009-01-22 Iowa State University Research Foundation, Inc. Drying-mediated self-assembly of ordered or hierarchically ordered micro- and sub-micro scale structures and their uses as multifunctional materials
US7672058B2 (en) * 2007-09-17 2010-03-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Compound eye
EP2109005A1 (en) * 2008-04-07 2009-10-14 Stichting Dutch Polymer Institute Process for preparing a polymeric relief structure
US8860938B2 (en) * 2008-10-21 2014-10-14 Chemometec A/S Apparatus and methods for analysing fluorescent particles
CN102608032A (zh) * 2012-04-10 2012-07-25 无锡国盛精密模具有限公司 一种集成微透镜阵列装置
CN104923919B (zh) * 2015-06-09 2017-03-29 江苏大学 在液膜‑透明材料界面制备环形结构或微凸透镜的方法
JP6751035B2 (ja) * 2017-02-28 2020-09-02 富士フイルム株式会社 針状凸部を有するシートの製造方法
CN106932843B (zh) * 2017-03-14 2019-02-26 淮阴工学院 一种光栅微透镜层级结构及其制备方法
CN108318485A (zh) * 2017-12-14 2018-07-24 杭州电子科技大学 基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法
CN109633795B (zh) * 2018-12-11 2020-05-15 西安交通大学 一种利用皮秒激光快速制备均匀可控微透镜阵列的方法
CN110238530B (zh) * 2019-04-15 2020-07-10 清华大学 飞秒激光在单个蛋白质晶体上加工微纳结构的方法及系统
CN110703372B (zh) * 2019-09-18 2021-05-07 清华大学 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010126640A2 (en) * 2009-02-12 2010-11-04 Trustees Of Tufts College Nanoimprinting of silk fibroin structures for biomedical and biophotonic applications
CN109810167A (zh) * 2018-12-17 2019-05-28 清华大学 一种利用飞秒激光辅助控制蛋白质晶体生长的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
3D femtosecond laser patterning of collagen for directed cell attachment;Yaoming Liu et al;《Biomaterials 》;20050831;第26卷(第22期);第1-23页 *
Direct femtosecond laser surface nanomicrostructuring and its applications;Anatoliy Y. Vorobyev et al;《LASER & PHOTONICS REVIEWS》;20120808;第1-16页 *
飞秒激光直写制备蛋白质功能化器件;孙思明等;《激光与光电子学进展》;20130830;第4597-4605页 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021052076A1 (zh) 2021-03-25
CN110703372A (zh) 2020-01-17
US11221437B2 (en) 2022-01-11
US20210341655A1 (en) 2021-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Smart compound eyes enable tunable imaging
Cao et al. Bioinspired zoom compound eyes enable variable-focus imaging
ES2387368B1 (es) Metodo y aparato de medida de las fuerzas opticas que actuan sobre una particula
Sugioka et al. Integrated microchips for biological analysis fabricated by femtosecond laser direct writing
CN103442809B (zh) 通过激光照射把材料转换成光学调制状态
CN102818759B (zh) 一种基于光散射的湿性颗粒形状参数在线测量系统及方法
CN101776791B (zh) 一种光刺激装置
US20180361377A1 (en) Sample manufacturing method, sample manufacturing kit, observation method, and observation device
CN204831220U (zh) 氟化钙平晶两面平行度高精度测试装置
CN110703372B (zh) 一种蛋白质基体微透镜阵列衍射器件及其制备方法
CN108620728A (zh) 半导体硅表面大面积规则分布纳米孔阵列结构制备方法
CN110171801B (zh) 玻璃与晶体交替排列的自组织周期性微纳结构的制备方法
CN105469847A (zh) 基于双光束失准法实现光致轨道旋转的装置及方法
CN202693451U (zh) 一种基于光散射的湿性颗粒形状参数在线测量系统
CN111221119A (zh) 一种人工微结构构建方法及包含该人工微结构的光学系统
CN103344617B (zh) 光激活单分子荧光生物化学反应动力学显微镜及试验方法
DE112013001138B4 (de) Vorrichtung zum Messen der Wärmeabstrahlung eines Messobjekts, Verfahren zum Messen der Wärmeabstrahlung eines Messobjekts und Zelle zum Messen der Wärmeabstrahlung
Abeytunge et al. Rapid mechanical stimulation of inner-ear hair cells by photonic pressure
CN106841036B (zh) 激光干涉成像系统中样品池的最佳摆放方法
Morikawa et al. Thermal and optical properties of femtosecond-laser-structured PMMA
JP5360391B2 (ja) 粒子測定方法および装置
CN110238530B (zh) 飞秒激光在单个蛋白质晶体上加工微纳结构的方法及系统
CN1973413A (zh) 使用全息光学捕获来操控和处理材料的系统和方法
PL240676B1 (pl) Sposób tworzenia obrazu wielopłaszczyznowego z użyciem zmiennoogniskowej soczewki oraz urządzenie do realizacji tego sposobu
Hou et al. Tunable protein microlens array

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant