基于sers微流平臺的三維碼生物檢測芯片及制備、檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜學(xué)和生物分析領(lǐng)域，具體涉及基于表面增強拉曼散射和微流控的三維碼高通量生物檢測芯片的設(shè)計與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)的快速發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)檢測、新型藥物開發(fā)以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)τ诖罅可锓肿拥臋z測提出了多元與高通量的技術(shù)需求。如何實現(xiàn)對大量樣品中的不同組分進行方便、快速、高靈敏的分析檢測是急需解決的難題。
[0003]微流控芯片(芯片實驗室)將多種單元模塊在整體可控的微小平臺上靈活組合、規(guī)模集成，能夠大幅縮短樣品處理時間，顯著提高檢測靈敏度，降低成本和消耗。微流控芯片可以在很小的面積上集成多個單元模塊，其小型化、集成化的特點為高通量檢測提供了一個有力的工具。
[0004]作為近幾年興起的一種光學(xué)探測技術(shù)，表面增強拉曼散射(SERS)光譜技術(shù)利用表面等離子激元波的增強作用，突破了拉曼散射信號強度弱的缺點，使得利用拉曼散射進行物質(zhì)分析檢測從理論上的可能上升為實際操作中的可行。SERS能夠提供豐富的光譜信息，提高檢測靈敏度，克服了熒光成像中存在的光漂白、光淬滅等問題，目前已成功應(yīng)用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、生物化學(xué)檢測、環(huán)境污染監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域。
[0005]目前廣泛應(yīng)用的二維碼高通量生物檢測系統(tǒng)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、信息量不足的等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片及制備、檢測方法，實現(xiàn)對大量待測樣品中的多個不同組分進行快速、高靈敏、自動化地定量分析檢測。
[0007]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片，其特征在于:包括由下至上設(shè)置的由玻璃基底、生物識別分子和微流控通道構(gòu)成的芯片結(jié)構(gòu)以及SERS探針；所述生物識別分子以條狀形式分布在玻璃基底上，與條狀生物識別分子垂直的方向平行貼合排列多條微流控通道，所述微流控通道用于通入不同的待測樣品以及SERS探針，通過采集SERS光譜對待測樣品進行定量分析檢測。一種基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片的制備及檢測方法，具體步驟如下:
[0009](I)以金屬納米粒子為基底，在不同基底表面上標記不同的拉曼分子，并修飾有不同的生物識別分子，制備成用于識別不同組分的SERS探針；
[0010](2)對玻璃基底進行表面處理，用微流直通道將不同的生物識別分子修飾在玻璃基底上，形成一維條形碼基底；
[0011](3)與步驟(2)中的一維條形碼垂直方向平行貼合設(shè)置多條微流控通道，在每條微流控通道中通入不同的待測樣品，待測樣品中的待測分子被玻璃基底上的生物識別分子捕獲，在空間上實現(xiàn)分離，從而以二維碼陣列的形式分布于基底上；
[0012](4)將SERS探針通入微流控通道，用拉曼光譜儀依次采集以二維碼陣列形式分布的各單元的SERS光譜，得到三維碼，通過對三維碼進行解碼即可識別待測樣品中所含生物分子的種類并測得其含量。
[0013]發(fā)明首先借助于平行排列的微流控通道和生物識別分子(如抗體、適體等)將不同待測樣品中的不同組分在空間上進行分離，形成二維的陣列結(jié)構(gòu)。二維的陣列結(jié)構(gòu)中Χ、γ坐標分別反應(yīng)了待測樣品的序號和不同的組分。然后，用SERS探針識別待測樣品中的各個組分，通過采集每個坐標單元上的SERS光譜(第三維坐標信息)定量分析各組分的含量。
[0014]進一步的，所述金屬納米粒子為金核銀殼納米棒，其表面標記的拉曼分子為易于通過化學(xué)鍵插入或靜電作用吸附到金屬納米粒子表面的拉曼標記物，修飾的生物識別分子為能夠與待測樣品特異性結(jié)合并能夠通過化學(xué)鍵連接到金核銀殼納米棒表面的生物活性分子。
[0015]有益效果:本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0016]1、本發(fā)明利用三維碼解碼的方法可同時讀取不同樣品中不同生物分子的含量，信息容量大；
[0017]2、本發(fā)明生物檢測芯片制備和檢測方法簡單，適用范圍廣(可用于檢測蛋白質(zhì)、DNA、藥物等)。
【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖2為待測樣品的三維碼掃描結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0021]如附圖1所示，一種基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片，包括由下至上設(shè)置的玻璃基底、生物識別分子、微流控通道和SERS探針，所述生物識別分子以條狀形式分布在玻璃基底上，與條狀生物識別分子垂直的方向平行貼合排列多條微流控通道，在微流控通道中通入SERS探針，所述微流控通道用于通入不同的待測樣品。
[0022]一種基于SERS微流平臺的三維碼生物檢測芯片的制備及檢測方法，具體步驟如下:
[0023]步驟(I)以金屬納米粒子為基底，在不同基底表面上標記不同的拉曼分子，并修飾有不同的生物識別分子，制備成用于識別不同組分的SERS探針；
[0024]步驟(2)對玻璃基底進行表面處理，用微流直通道將不同的生物識別分子修飾在玻璃基底上，形成一維條形碼基底；
[0025]步驟(3)與步驟(2)中的一維條形碼垂直方向平行貼合設(shè)置多條微流控通道，將待測樣品通入微流控通道，待測樣品中的待測分子被玻璃基底上的生物識別分子捕獲，在空間上實現(xiàn)分離，從而以二維碼陣列的形式分布于基底上；
[0026]步驟(4)將SERS探針通入微流控通道，用拉曼光譜儀依次采集以二維碼陣列形式分布的各單元的SERS光譜，得到三維碼，通過對三維碼進行解碼即可識別待測樣品中所含生物分子的種類并測得其含量。發(fā)明首先借助于平行排列的微流控通道和生物識別分子(如抗體、適體等)將不同待測樣品中的不同組分在空間上進行分離，形成二維的陣列結(jié)構(gòu)。二維的陣列結(jié)構(gòu)中X、Y坐標分別反應(yīng)了待測樣品的序號和不同的組分。然后，用SERS探針識別待測樣品中的各個組分，通過采集每個坐標單元上的SERS光譜(第三維坐標信息)定量分析各組分的含量。附圖2中柱形的高度代表SERS信號的強度，即定量分析待測樣品得到的各組分的含量。
[0027]其中，所述金屬納米粒子為金核銀殼納米棒，其表面標記的拉曼分子為易于通過化學(xué)鍵插入或靜電作用吸附到金屬納米粒子表面的拉曼標記物，修飾的生物識別分子為能夠與待測樣品特異性結(jié)合并能夠通過化學(xué)鍵連接到金核銀殼納米棒表面的生物活性分子。
[0028]具體實施例:實施例1以金核銀殼納米棒為基底制備SERS探針，利用抗體與抗原之間的特異性反應(yīng)，實現(xiàn)高通量的蛋白質(zhì)檢測。實施例2以金核銀殼納米棒為基底制備SERS探針，利用抗體與藥物之間的特異性反應(yīng)，實現(xiàn)高通量的藥物篩選。
[0029]實施例1:以金核銀殼納米棒為基底制備SERS探針，利用抗體與抗原之間的特異性反應(yīng)，實現(xiàn)尚通量的蛋白質(zhì)檢測。
[0030]I)制備 SERS 探針。
[0031]首先制備金種子，室溫下將2.5ml 0.2M十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液與1.5mll.0mM四氯金酸溶液混合，劇烈攪拌并加入0.6ml 0.0lM冰鎮(zhèn)的硼氫化鈉溶液，2分鐘后停止攪拌即得棕黃色的種子溶液。然后配制生長溶液，室溫下在50ml 0.2M CTAB溶液中依次加入如下試劑:2?4ml 4mM硝酸銀溶液，5ml 15mM四氯金酸溶液，45ml去離子水，緩慢攪拌均勾。隨后加入1.5ml?3ml 0.08M抗壞血酸至溶液變?yōu)闊o色。最后加入Iml種子溶液，靜置10?20min即得金納米棒溶液。所得金納米棒尺寸約15nmX45nm。
[0032]取上述溶液1ml離心清洗兩次以除去表面的CTAB，分散回8_10ml水中，攪拌并依次加入0.4g CTAB, 16-20mL去離子水，0.6mL 0.1M抗壞血酸，0.4-0.8mL硝酸銀溶液，1.5mL0.1M氫氧化鈉，得到深紅色溶液，離心一次，去除上清液并重新分散至S-1OmL水中。
[0033]然后加入拉曼分子攪拌12h后，加入3ml 10mg/ml聚稀