集成型表面等離子體波生化傳感芯片
1 成果簡介隨著我國經濟的高速發展和人民生活水平的提高,環境污染、疾病監測、食品安全等民生熱點日益受到人們的關注。如何對上述問題進行簡單、快速的監控,將一些危害降至最低,保障人民生活和生產,這就需要一種可實時實地檢測、操作簡便的多應用傳感器件。 表面等離子體波( SPP)傳感器是一種基于光學檢測的傳感器件,被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環境監測和細胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學、電子、力學等傳感器,SPP 傳感器擁有實時檢測、無需標記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優點。為了降低成本、 穩定性能、減小體積,集成型 SPP 傳感器件的成為了現今研究熱點。然而現有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低,探測范圍小等問題,限制了其應用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究,在清國家 973 項目、自然科學基金重點項目、教育部清華大學自主研究項目等項目資助下, 創新性提出一種基于 SPP-介質波導異質垂直耦合器的可集成生化傳感芯片,并對傳感芯片的傳感特性和應用進行了深入研究和探索。芯片的特點和性能如下:可集成,芯片體積小,可與便攜設備集成;可批量生產,價格低廉;靈敏度較傳統的集成型 SPP 傳感器件高出一個數量級;可實現對傳感區域的精確或者大范圍調節;可實現對納米量級大小的物質的探測;傳感性能穩定,應用領域廣泛。上述優點表明該芯片可以工廠大批量生產經營,也可以用于實驗室的科研研究,在化學,生物,醫學等多 個領域均有應用價值。查新表明,國內外目前尚未發現有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實驗室經多次驗證,可以實現對折射率液體以及納米級薄層物質的高靈敏探測,并初步應用于對雙酚 a(簡稱 BPA,一種塑料生長常用原料,每年生產將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質, BPA 具有胚胎致畸性和致毒性)的檢測。實驗結果表明,該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達到 0.1ng/ml (歐盟公布食品準則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml)。3 效益分析由于目前國內尚無同類產品, 而且此產品在疾病檢驗,環境監測,藥品鑒別等多個領域具有應用價值, 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價格低廉,使用簡便,對樣品無二次污染,性能穩定,甚至對納米量級的生化小分子探測均具有高靈敏度,相對于其他類型的傳感器件, 具有明顯的經濟和技術優勢。
清華大學
2021-04-13