集成型表面等離子體波生化傳感芯片
1 成果簡(jiǎn)介隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的提高,環(huán)境污染、疾病監(jiān)測(cè)、食品安全等民生熱點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注。如何對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單、快速的監(jiān)控,將一些危害降至最低,保障人民生活和生產(chǎn),這就需要一種可實(shí)時(shí)實(shí)地檢測(cè)、操作簡(jiǎn)便的多應(yīng)用傳感器件。 表面等離子體波( SPP)傳感器是一種基于光學(xué)檢測(cè)的傳感器件,被廣泛用于藥物篩選、食物檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和細(xì)胞膜模擬等方面。相對(duì)于目前常見(jiàn)的化學(xué)、電子、力學(xué)等傳感器,SPP 傳感器擁有實(shí)時(shí)檢測(cè)、無(wú)需標(biāo)記、對(duì)被檢測(cè)物無(wú)損害、探測(cè)方法簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)。為了降低成本、 穩(wěn)定性能、減小體積,集成型 SPP 傳感器件的成為了現(xiàn)今研究熱點(diǎn)。然而現(xiàn)有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低,探測(cè)范圍小等問(wèn)題,限制了其應(yīng)用的推廣。 課題組從 2006 年開(kāi)始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究,在清國(guó)家 973 項(xiàng)目、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目等項(xiàng)目資助下, 創(chuàng)新性提出一種基于 SPP-介質(zhì)波導(dǎo)異質(zhì)垂直耦合器的可集成生化傳感芯片,并對(duì)傳感芯片的傳感特性和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究和探索。芯片的特點(diǎn)和性能如下:可集成,芯片體積小,可與便攜設(shè)備集成;可批量生產(chǎn),價(jià)格低廉;靈敏度較傳統(tǒng)的集成型 SPP 傳感器件高出一個(gè)數(shù)量級(jí);可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感區(qū)域的精確或者大范圍調(diào)節(jié);可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米量級(jí)大小的物質(zhì)的探測(cè);傳感性能穩(wěn)定,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。上述優(yōu)點(diǎn)表明該芯片可以工廠大批量生產(chǎn)經(jīng)營(yíng),也可以用于實(shí)驗(yàn)室的科研研究,在化學(xué),生物,醫(yī)學(xué)等多 個(gè)領(lǐng)域均有應(yīng)用價(jià)值。查新表明,國(guó)內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對(duì)比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應(yīng)用說(shuō)明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)多次驗(yàn)證,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)折射率液體以及納米級(jí)薄層物質(zhì)的高靈敏探測(cè),并初步應(yīng)用于對(duì)雙酚 a(簡(jiǎn)稱 BPA,一種塑料生長(zhǎng)常用原料,每年生產(chǎn)將近 2700 萬(wàn)噸含 BPA 的塑料類物質(zhì), BPA 具有胚胎致畸性和致毒性)的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該芯片對(duì)于 BPA 的探測(cè)極限濃度可以達(dá)到 0.1ng/ml (歐盟公布食品準(zhǔn)則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml)。3 效益分析由于目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類產(chǎn)品, 而且此產(chǎn)品在疾病檢驗(yàn),環(huán)境監(jiān)測(cè),藥品鑒別等多個(gè)領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值, 因此本儀器具有較大的市場(chǎng)推廣空間。本傳感芯片價(jià)格低廉,使用簡(jiǎn)便,對(duì)樣品無(wú)二次污染,性能穩(wěn)定,甚至對(duì)納米量級(jí)的生化小分子探測(cè)均具有高靈敏度,相對(duì)于其他類型的傳感器件, 具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
清華大學(xué)
2021-04-13