【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于sers芯片及其使用方法，具體為一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片及其使用方法。
技術(shù)介紹
1、基于電磁增強(qiáng)和化學(xué)增強(qiáng)的表面增強(qiáng)拉曼光譜(sers)可將分子振動(dòng)信號(hào)增強(qiáng)106-1014倍，利用分子振動(dòng)的指紋特性識(shí)別目標(biāo)物質(zhì)，具有非接觸、高靈敏度、高選擇性和單分子檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)踐中，sers通常利用功能化襯底和聚焦光束進(jìn)行樣品檢測(cè)，其光斑尺寸小至幾微米，數(shù)值孔徑(na)有限。其應(yīng)用存在一些局限性：(1)基板價(jià)格昂貴，只能一次性使用；(2)由于sers基底內(nèi)樣品分布不均勻，特別是在樣品密度低的情況下，焦點(diǎn)區(qū)域沒有樣品出現(xiàn)的可能性不可忽略，這可能導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降；(3)此外，對(duì)于單焦點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，高度集中的激光功率會(huì)導(dǎo)致樣品損傷，因此總信號(hào)強(qiáng)度受到局部功率密度閾值的限制；(4)sers檢測(cè)過程非常復(fù)雜的，操作人員需手動(dòng)聚焦和搜索強(qiáng)度最高的樣品，這是一個(gè)主觀標(biāo)準(zhǔn)；5)在即時(shí)檢測(cè)中，sers檢測(cè)過程沒有片上集成。
2、目前，針對(duì)于以上問題研究人員通常采用sers與微流控芯片相結(jié)合制備多功能基底來提升信號(hào)強(qiáng)度和重復(fù)性，但多功能基底的制備無疑是復(fù)雜且成本較高的。此外，增加聚焦光斑的面積可能會(huì)提升檢測(cè)穩(wěn)定性，但代價(jià)是信號(hào)強(qiáng)度的降低。因此，在穩(wěn)定性和增益性之間難以平衡。所以，迫切需要一種易于實(shí)現(xiàn)片上集成、操作簡(jiǎn)單、兼容穩(wěn)定性和信號(hào)增益的便攜式sers系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)的目的是提供
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片，依次包括上蓋板、流道層、硅片；上蓋板上設(shè)置貫穿的注液孔、出液孔，上蓋板靠近流道層的一側(cè)表面設(shè)置微球透鏡陣列，用于將入射光經(jīng)匯聚成分布式焦點(diǎn)陣列；流道層內(nèi)設(shè)置檢測(cè)區(qū)域并與注液孔、出液孔相連通，檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)，三明治結(jié)構(gòu)能夠在檢測(cè)區(qū)域可控性聚集；硅片遠(yuǎn)離流道層的一側(cè)設(shè)置強(qiáng)磁鐵、壓電陶瓷片。
3、進(jìn)一步地，微球透鏡陣列的微球透鏡的直徑為5～120μm，折射率為1.5～1.95。
4、進(jìn)一步地，微球透鏡陣列通過真空自組裝熱壓法嵌入pmma板。微球透鏡陣列嵌入上蓋板的深度通過熱壓時(shí)間(0.5h-3h)和溫度(100℃-160℃)調(diào)控。通過調(diào)節(jié)微球透鏡的嵌入深度，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)陣列焦距的控制。
5、進(jìn)一步地，磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)由免疫mag@au?nps與免疫au@dtnb?nps特異性捕獲細(xì)菌形成。磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：
6、(a)mag@au?nps與待測(cè)濃度的銅綠假單胞菌注入離心管中，混合孵育，磁分離去除上清液，并用超聲清洗免疫au@dtnb?nps-銅綠假單胞菌的混合結(jié)構(gòu)；
7、(b)清洗完成后，在離心管中加入免疫au@dtnb?nps，混合孵育后，磁分離去除上清液，并用超聲清洗磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)。
8、進(jìn)一步地，分布式焦點(diǎn)陣列能完全覆蓋流道層內(nèi)的磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)，從而減少激光光束橫向移動(dòng)對(duì)拉曼信號(hào)的影響。
9、進(jìn)一步地，磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)的可控性聚集通過強(qiáng)磁鐵的磁場(chǎng)和壓電陶瓷片的超聲實(shí)現(xiàn)。
10、進(jìn)一步地，壓電陶瓷片為7bb-27-4cl0，用于產(chǎn)生超聲波，輔助樣品的富集、勻化和清洗；強(qiáng)磁鐵為釹鐵硼強(qiáng)磁，直徑為1mm～4mm。
11、進(jìn)一步地，磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)在圓形檢測(cè)區(qū)域的可控性聚集，主要通過強(qiáng)磁鐵的磁場(chǎng)和壓電陶瓷片的超聲的協(xié)同調(diào)控實(shí)現(xiàn)。壓電陶瓷片產(chǎn)生的聲場(chǎng)調(diào)控聚集體使其分布更均勻.
12、進(jìn)一步地，分布式焦點(diǎn)陣列的焦距(10μm-150μm)與微球透鏡的嵌入深度和流體折射率決定。
13、進(jìn)一步地，激光光束為聚焦光束，激發(fā)光與上蓋板的距離為1mm-6mm，激發(fā)光光束直徑為0.5mm-3mm。
14、上述基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片的使用方法，包括以下步驟：
15、步驟一，抽取含有磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的分散液并安裝在精密注射泵，注射器出口與pmma上蓋板的注液孔緊密相連；
16、步驟二，打開精密注射泵，以10～100ul/min的速度將分散液注入介質(zhì)微流控sers芯片中，在磁場(chǎng)和聲場(chǎng)的共同作用下，磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)均分分散的聚焦在流道層的圓形檢測(cè)區(qū)；
17、步驟三，注液完成后關(guān)閉精密注射泵并打開拉曼光譜儀，將激光光束聚焦在pmma上蓋板的微球透鏡陣列上，設(shè)置積分時(shí)間、積分次數(shù)和激光強(qiáng)度，進(jìn)行拉曼信號(hào)測(cè)試；
18、步驟四，讀取收集拉曼信號(hào)數(shù)據(jù)后，關(guān)閉拉曼光譜儀，撤掉底部硅片下方的磁鐵，保持壓電陶瓷片振動(dòng)，將精密注射泵上注射器更換為裝有純水的注射器，以200～500ul/min的速度推入微球透鏡微流控sers芯片，在聲場(chǎng)振動(dòng)的輔助下完成對(duì)芯片的清洗，即可進(jìn)行下一次的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。
19、制備原理：采用免疫mag@au?nps和免疫au@dtnb?nps的夾心式免疫測(cè)定法來捕獲目標(biāo)細(xì)菌，形成磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)特異性檢測(cè)銅綠假單胞菌。采用真空自組裝熱壓法將微球透鏡嵌入pmma板，利用溫度和時(shí)間來調(diào)控嵌入深度，實(shí)現(xiàn)片上檢測(cè)集成化。微球透鏡陣列可將單個(gè)聚焦光斑均勻分散到分布式焦點(diǎn)陣列中，具有均勻的拉曼信號(hào)激發(fā)和更寬的信號(hào)采集角度。通過在芯片內(nèi)進(jìn)行磁性和超聲波操作，使目標(biāo)樣品均勻地集中在通道底部，也集中在微球透鏡陣列的焦平面上，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)靈敏度和穩(wěn)定性的雙重提高。
20、通過綴合抗體的免疫磁性納米顆粒和免疫sers增強(qiáng)標(biāo)簽，在復(fù)雜樣品中特異性捕獲目標(biāo)細(xì)菌，捕獲后的細(xì)菌在外部聲場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下均勻富集在檢測(cè)區(qū)。此時(shí)，微球陣列所形成的陣列焦點(diǎn)可完全覆蓋檢測(cè)區(qū)，同時(shí)微球陣列將電磁波限制在發(fā)散角較小的窄分布范圍內(nèi)，從而保持信噪比，并且可以減少焦平面位置相對(duì)于樣品表面的偏移，有效減少激光光束橫向移動(dòng)對(duì)拉曼信號(hào)的影響。最終，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)細(xì)菌的超分辨、高穩(wěn)定性的快速特異檢測(cè)。
21、有益效果：本專利技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著性特點(diǎn)：
22、1、雙重拉曼增強(qiáng)方式實(shí)現(xiàn)超分辨的細(xì)菌檢測(cè)，雙重拉曼增強(qiáng)方式，一方面是dtnb的拉曼信號(hào)分子，另一方面是微球透鏡的光子納米噴射、定向天線效應(yīng)；
23、2、采用真空自組裝熱壓法將微球透鏡嵌入微流控芯片中，工藝流程完整，便于集成化檢測(cè)芯片；
24、3、微球透鏡陣列可將激發(fā)光束由單一焦點(diǎn)變?yōu)榉植际浇裹c(diǎn)陣列，完全覆蓋檢測(cè)區(qū)域，減少基底樣品分布不均勻和激光光束橫向移動(dòng)對(duì)拉曼信號(hào)的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：依次包括上蓋板(1)、流道層(2)、硅片(3)；所述上蓋板(1)上設(shè)置貫穿的注液孔(11)、出液孔(12)，所述上蓋板(1)靠近流道層(2)的一側(cè)表面設(shè)置微球透鏡陣列(13)，用于將入射光經(jīng)匯聚成分布式焦點(diǎn)陣列；所述流道層(2)內(nèi)設(shè)置檢測(cè)區(qū)域并與注液孔(11)、出液孔(12)相連通，所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有磁珠-細(xì)菌-SERS增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)，所述三明治結(jié)構(gòu)(21)能夠在檢測(cè)區(qū)域可控性聚集；所述硅片(3)遠(yuǎn)離流道層(2)的一側(cè)設(shè)置強(qiáng)磁鐵(31)、壓電陶瓷片(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)的微球透鏡的直徑為5～120μm，折射率為1.5～1.95。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)通過真空自組裝熱壓法嵌入PMMA板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)嵌入上蓋板(1)的
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述磁珠-細(xì)菌-SERS增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)由免疫M(jìn)ag@Au?NPs與免疫Au@DTNB?NPs特異性捕獲細(xì)菌形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述磁珠-細(xì)菌-SERS增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)的制備方法，包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述分布式焦點(diǎn)陣列能完全覆蓋流道層(2)內(nèi)的磁珠-細(xì)菌-SERS增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述磁珠-細(xì)菌-SERS增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)的可控性聚集通過強(qiáng)磁鐵(31)的磁場(chǎng)和壓電陶瓷片(32)的超聲實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片，其特征在于：所述壓電陶瓷片(32)為7BB-27-4CL0，用于產(chǎn)生超聲波，輔助樣品的富集、勻化和清洗；所述強(qiáng)磁鐵(31)為釹鐵硼強(qiáng)磁，直徑為1mm～4mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控SERS芯片的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片，其特征在于：依次包括上蓋板(1)、流道層(2)、硅片(3)；所述上蓋板(1)上設(shè)置貫穿的注液孔(11)、出液孔(12)，所述上蓋板(1)靠近流道層(2)的一側(cè)表面設(shè)置微球透鏡陣列(13)，用于將入射光經(jīng)匯聚成分布式焦點(diǎn)陣列；所述流道層(2)內(nèi)設(shè)置檢測(cè)區(qū)域并與注液孔(11)、出液孔(12)相連通，所述檢測(cè)區(qū)域內(nèi)有磁珠-細(xì)菌-sers增強(qiáng)標(biāo)簽的三明治結(jié)構(gòu)(21)，所述三明治結(jié)構(gòu)(21)能夠在檢測(cè)區(qū)域可控性聚集；所述硅片(3)遠(yuǎn)離流道層(2)的一側(cè)設(shè)置強(qiáng)磁鐵(31)、壓電陶瓷片(32)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)的微球透鏡的直徑為5～120μm，折射率為1.5～1.95。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)通過真空自組裝熱壓法嵌入pmma板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于微球透鏡陣列的微流控sers芯片，其特征在于：所述微球透鏡陣列(13)嵌入上蓋板(1)的深度通過熱壓時(shí)間和溫度調(diào)控。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微球透鏡陣列的微流...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王光輝，董振永，劉曉嫻，劉玉凱，丁浩男，陳澤昱，任嘯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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