一種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，包括；芯片，所述芯片上設(shè)有若干個(gè)用于納入檢測(cè)樣品的光學(xué)微腔；以及設(shè)有若干個(gè)噴嘴的噴墨頭，所述噴嘴與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，用于將檢測(cè)樣品注入所述光學(xué)微腔內(nèi)；分別設(shè)有光源的第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置，所述第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置均與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，并分別設(shè)置于所述噴墨頭行進(jìn)方向前方和后方，與所述噴墨頭作同向運(yùn)動(dòng)；用于采集納入檢測(cè)樣品前所述光學(xué)微腔的第一反射光信息和納入檢測(cè)樣品后所述光學(xué)微腔的第二反射光信息。本發(fā)明可以將同一樣品注入芯片上不同直徑的微腔內(nèi)，檢測(cè)不同光子限制條件下樣品特性的改變，也可以在同一微腔內(nèi)分別注入不同樣品，實(shí)現(xiàn)樣品混合及反應(yīng)，大大提高檢測(cè)效率。
【專利說(shuō)明】
一種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種生物化學(xué)領(lǐng)域的檢測(cè)系統(tǒng)。。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在新型生物傳感器芯片測(cè)試領(lǐng)域，主要分為電子器件和光子器件兩類。光子器件相對(duì)于電子器件而言，具有如下優(yōu)勢(shì):1、高帶寬(可實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用)，因此擁有更大的信息容量；2、速度更快，以光在介質(zhì)中的速度傳播信息；3、更低的能量損耗，nW-mW量級(jí)；4、更低的熱損耗；5、抗電磁干擾。
[0003]目前，僅有少量的芯片級(jí)的光子器件設(shè)計(jì)應(yīng)用到生物傳感器領(lǐng)域，如光波導(dǎo)，表面等離激元波導(dǎo)和諧振腔，以及環(huán)形諧振腔等。近年來(lái)，隨著硅光子集成器件技術(shù)的進(jìn)展，使得芯片集成光子器件可以應(yīng)用現(xiàn)有CMOS工藝平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)批量化低成本的生產(chǎn)，已經(jīng)出現(xiàn)了以Genalyte公司為代表的生物芯片制造公司，其主打產(chǎn)品即是以硅環(huán)形諧振腔和波導(dǎo)相結(jié)合的生物傳感芯片。其原理是應(yīng)用諧振腔對(duì)于外界環(huán)境折射率微小改變而產(chǎn)生的峰位移動(dòng)而對(duì)樣品進(jìn)行定性及定量的分析。其檢測(cè)靈敏度可以到達(dá)ng/ml量級(jí)?？梢詫?shí)現(xiàn)極微量生物樣品檢測(cè)分析。
[0004]這些光子芯片的測(cè)試過(guò)程中，采用噴墨技術(shù)進(jìn)行樣品檢測(cè)就更少，僅有(Lab on aChip, 11 (2011) 1372-1377)文章報(bào)道了噴墨技術(shù)在光子芯片生物檢測(cè)時(shí)的應(yīng)用。即噴墨方法滴入樣品，然后再在樣品的波導(dǎo)兩端進(jìn)行光纖耦合測(cè)試。
[0005]但是，目前基于諧振腔的生物傳感器芯片，不能實(shí)現(xiàn)樣品進(jìn)樣和檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，要檢測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上樣品的反應(yīng)所獲得的產(chǎn)物性能也非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此實(shí)現(xiàn)更加高效的生物傳感器芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是人們所期待的，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其包括；
[0007]芯片，所述芯片上設(shè)有若干個(gè)用于納入檢測(cè)樣品的光學(xué)微腔；以及
[0008]設(shè)有若干個(gè)噴嘴的噴墨頭，所述噴嘴與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，用于將檢測(cè)樣品注入所述光學(xué)微腔內(nèi)；
[0009]分別設(shè)有光源的第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置，所述第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置均與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，并分別設(shè)置于所述噴墨頭行進(jìn)方向前方和后方，與所述噴墨頭作同向運(yùn)動(dòng)；用于采集納入檢測(cè)樣品前所述光學(xué)微腔的第一反射光信息和納入檢測(cè)樣品后所述光學(xué)微腔的第二反射光信息；
[0010]通過(guò)對(duì)采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息進(jìn)行對(duì)比，獲得檢測(cè)樣品的光學(xué)信息。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述噴嘴之間相互獨(dú)立，且依次并列排布。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)光裝置、第二導(dǎo)光裝置均為若干組并排的光纖束，所述光纖束垂直于所述芯片的所在平面。
[0013]進(jìn)一步地，所述光學(xué)微腔為表面涂有反射涂層的凹槽。
[0014]進(jìn)一步地，所述反射涂層為一維布拉格反射器薄膜或金屬薄膜。
[0015]進(jìn)一步地，所述光學(xué)微腔孔徑為500nm?100 μπι。
[0016]進(jìn)一步地，還包括與所述第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置連接的數(shù)據(jù)分析器，用于對(duì)采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息進(jìn)行對(duì)比，獲得檢測(cè)樣品的光學(xué)信息。
[0017]本發(fā)明采用凹形光學(xué)微腔和光纖束結(jié)合，并集成噴墨打印頭的方案，可以使光纖對(duì)準(zhǔn)和樣品滴入同時(shí)完成，大大提高檢測(cè)效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，既可以將同一樣品注入芯片上不同直徑的微腔內(nèi)，檢測(cè)不同光子限制條件下樣品特性的改變，也可以在同一微腔內(nèi)分別注入不同樣品，實(shí)現(xiàn)樣品混合及反應(yīng)，進(jìn)行生物、醫(yī)藥及化學(xué)檢測(cè)，大大提高檢測(cè)效率，并降低檢測(cè)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。附圖為簡(jiǎn)化示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0020]本發(fā)明的這種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，包括；芯片10、噴墨頭20，第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32、數(shù)據(jù)分析器40。其中，
[0021]在所述芯片10上設(shè)有若干個(gè)用于納入檢測(cè)樣品的光學(xué)微腔11。所述光學(xué)微腔11優(yōu)選為表面涂有反射涂層(圖中未示出)的、開放式的凹槽，其孔徑大小為500nm?100 μπι，為適應(yīng)不同檢測(cè)需要，在不同一或不同的芯片上的光學(xué)微腔均可以設(shè)計(jì)為不同尺寸大小。所述反射涂層可以為一維布拉格反射器薄膜或金屬(例如Al、Au、Ag)薄膜。
[0022]所述噴墨頭20設(shè)有若干個(gè)并列排布的噴嘴21形成噴嘴列，噴嘴21之間相互獨(dú)立。每個(gè)噴嘴21與一個(gè)光學(xué)微腔11對(duì)應(yīng)，用于將檢測(cè)樣品注入所述光學(xué)微腔11內(nèi)。由于噴嘴21獨(dú)立設(shè)置，噴墨頭20中可以容納相同或不同的檢測(cè)液體，通過(guò)獨(dú)立的噴嘴21注入至各個(gè)獨(dú)立的光學(xué)微腔11中，方便同時(shí)檢測(cè)不同的樣品50。在其他實(shí)施例中，還可以增設(shè)一個(gè)甚至更多噴墨頭20。例如，在前一噴墨頭注入樣品后，增設(shè)一在后的噴墨頭繼續(xù)在同一光學(xué)微腔中注入樣品，使得兩樣品在同一光學(xué)微腔中混合或反應(yīng)。
[0023]第一導(dǎo)光裝置31、第二導(dǎo)光裝置32分別設(shè)置于所述噴墨頭20行進(jìn)方向前方和后方，所述第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32分別與所述光學(xué)微腔11對(duì)應(yīng)，用于采集光學(xué)微腔11的反射光信息。具體地，為配合所述噴嘴20的設(shè)置，所述第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32均優(yōu)選包括有光源(圖中未示出)、以及若干組并排的光纖束33。該光源優(yōu)選為聚合光，如激光；而每個(gè)光學(xué)微腔11優(yōu)選對(duì)應(yīng)一條光纖束33 (本實(shí)施例中光纖束直徑為125 μπι)。利用光在光纖中全反射的原理，使得光在光導(dǎo)纖維的傳導(dǎo)損耗很低，保證傳導(dǎo)光的信息最完整。為保證光纖束33的最佳工作效果，保持光纖束33始終垂直于所述芯片10的所在平面，光纖束33的下端優(yōu)選與光學(xué)微腔11的中心對(duì)應(yīng)。實(shí)際工作中，第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32各自排成的光纖列與所述噴嘴列平行，第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32與所述噴墨頭20作同向運(yùn)動(dòng)，即第一導(dǎo)光裝置31、噴墨頭20、第二導(dǎo)光裝置32在芯片10表面沿同一方向(如圖1所示中，為向右方向)位移，噴墨頭20前方的第一導(dǎo)光裝置31對(duì)準(zhǔn)某幾個(gè)指定的光學(xué)微腔11進(jìn)行光輻照，通過(guò)光纖束33采集納入檢測(cè)樣品50前該指定的光學(xué)微腔11的第一反射光信息；隨后噴墨頭20達(dá)到該指定的光學(xué)微腔11位置，由噴嘴21將檢測(cè)樣品50注入該光學(xué)微腔11中，然后繼續(xù)前移；待第二導(dǎo)光裝置32達(dá)到該指定的光學(xué)微腔11進(jìn)行光輻照，采集納入了檢測(cè)樣品50后該指定的光學(xué)微腔11的第二反射光信息。
[0024]還包括與所述第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32連接的數(shù)據(jù)分析器40，用于對(duì)采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息進(jìn)行對(duì)比，獲得檢測(cè)樣品50本身的反射光譜信息。具體地，數(shù)據(jù)分析器40可例如為具有光譜分析軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0025]下面，將結(jié)合圖1介紹本發(fā)明生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的工作步驟:
[0026]步驟1:將設(shè)置有光學(xué)微腔11的芯片10平穩(wěn)設(shè)置于檢測(cè)臺(tái)(圖中未示出)上，往所述噴墨頭20上注入檢測(cè)樣品50。將所述噴嘴21、第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32一字型排列，與芯片10上的光學(xué)微腔11在空間上一一對(duì)位。設(shè)定噴墨頭20向右為前進(jìn)方向，則第一導(dǎo)光裝置31和第二導(dǎo)光裝置32分別位于噴墨頭20的前后兩側(cè)。
[0027]步驟2，打開光源，啟動(dòng)第一導(dǎo)光裝置31向右平移，到達(dá)指定的三維光學(xué)微腔11上方。采集無(wú)納入檢測(cè)樣品時(shí)，由光源發(fā)射出的激光經(jīng)過(guò)光纖束33傳導(dǎo)最終輻照至所述光學(xué)微腔11內(nèi)；光學(xué)微腔11涂覆的反射涂層對(duì)所述激光進(jìn)行反射，得到反射光譜信息(即第一反射光信息)再次經(jīng)由所述光纖束33傳導(dǎo)并輸出至所述數(shù)據(jù)分析器40中作為定標(biāo)數(shù)據(jù)。在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，所述第一導(dǎo)光裝置31除了起光譜定標(biāo)的作用，還起到空間定位的作用。即第一導(dǎo)光裝置31定位完成后，噴墨頭20、第二導(dǎo)光裝置32隨之移動(dòng)相同的距離，即可完成噴墨頭20、第二導(dǎo)光裝置32與光學(xué)微腔11的對(duì)位。對(duì)位的精度可根據(jù)光譜特征判斷，即光纖束反射強(qiáng)度以空間位置為函數(shù)時(shí)，總光強(qiáng)減小到最低的空間位置即為要對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)微腔的位置。
[0028]步驟3:控制所述噴墨頭20向右平移與所述第一導(dǎo)光裝置31相同的距離，使得噴墨頭20到達(dá)指定的光學(xué)微腔11上方。通過(guò)所述噴嘴21將檢測(cè)樣品50注入至經(jīng)過(guò)第一導(dǎo)光裝置31標(biāo)定過(guò)的光學(xué)微腔11中。此時(shí)，完成噴墨的噴墨頭20繼續(xù)向右移動(dòng)，同時(shí)控制第二導(dǎo)光裝置32也隨之向已裝有檢測(cè)樣品50的光學(xué)微腔移動(dòng)。
[0029]步驟4:第二導(dǎo)光裝置32向右平移到達(dá)指定的光學(xué)微腔11上方，類似地，利用第二導(dǎo)光裝置32中光源對(duì)裝有檢測(cè)樣品50的光學(xué)微腔11進(jìn)行輻照，光纖束33垂直指向該檢測(cè)樣品50，采集到的檢測(cè)樣品50反射光譜信息(第二反射光信息)通過(guò)光纖束33傳導(dǎo)，并將該第二反射光信息傳輸至所述數(shù)據(jù)分析器40中。
[0030]步驟5，此時(shí)，數(shù)據(jù)分析器40將獲得的第一反射光信息與第二反射光信息通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件做對(duì)比，則得到樣品反射譜峰位偏移量一一樣品本身的光學(xué)信息。由此實(shí)現(xiàn)多通道復(fù)用的高效率生物、醫(yī)藥及化學(xué)樣品的檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括； 芯片，所述芯片上設(shè)有若干個(gè)用于納入檢測(cè)樣品的光學(xué)微腔；以及 設(shè)有若干個(gè)噴嘴的噴墨頭，所述噴嘴與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，用于將檢測(cè)樣品注入所述光學(xué)微腔內(nèi)； 分別設(shè)有光源的第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置，所述第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置均與所述光學(xué)微腔對(duì)應(yīng)，并分別設(shè)置于所述噴墨頭行進(jìn)方向前方和后方，與所述噴墨頭作同向運(yùn)動(dòng)；用于采集納入檢測(cè)樣品前所述光學(xué)微腔的第一反射光信息和納入檢測(cè)樣品后所述光學(xué)微腔的第二反射光信息； 通過(guò)對(duì)采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息進(jìn)行對(duì)比，獲得檢測(cè)樣品的光學(xué)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述噴嘴之間相互獨(dú)立，且依次并列排布。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一導(dǎo)光裝置、第二導(dǎo)光裝置均為若干組并排的光纖束，所述光纖束垂直于所述芯片的所在平面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)微腔為表面涂有反射涂層的凹槽。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述反射涂層為一維布拉格反射器薄膜或金屬薄膜。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)微腔孔徑為500nm ?100 μ mD7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述第一導(dǎo)光裝置和第二導(dǎo)光裝置連接的數(shù)據(jù)分析器，用于對(duì)采集到的所述第一反射光信息、第二反射光信息進(jìn)行對(duì)比，獲得檢測(cè)樣品的光學(xué)信息。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK105842171SQ201510020323
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日
【發(fā)明人】錢波, 豐雪, 周巖, 謝永林
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所