集成液芯光波導和納米金屬的微流控sers芯片檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微納米結構和器件技術領域和表面增強拉曼散射(SERS)檢測技術領域。具體涉及用于血液及生物樣本無損檢測的微流控SERS檢測芯片新裝置及新的檢測模式。
【背景技術】
[0002]目前，常用于血液及生物樣本的檢測手段包括GC/LC-MS、DNA測試、免疫測試和顯微觀測等，這些檢測方式消耗樣本量較大且對樣本有損壞?，F(xiàn)有的無損檢測的方法主要采用超聲檢測、射線檢測、磁檢測、聲發(fā)射檢測、激光全息檢測、紅外檢測等聲光檢測模式，但這些技術主要應用于機械器件或者骨頭等密度較大的固體檢測，而拉曼光譜技術由于其在分析過程中不會對樣品造成化學和機械的損傷，也不易產生光和熱分解情況，同時由于水的拉曼散射很弱，使其在生化溶液類試樣的檢測中有特別的優(yōu)勢，非常適合于醫(yī)療衛(wèi)生領域特別是血液等特殊樣本的無損檢測。但是，普通的拉曼檢測技術檢測靈敏度低，難以用其實現(xiàn)對液體樣品的檢測。
[0003]1974年SERS技術發(fā)現(xiàn)以來，作為一種高靈敏度及高特異性的檢測技術，SERS受到了廣泛的關注，尤其在生化檢測領域，與微流控芯片的結合，是目前的一個研究熱點。目前，微流控芯片中進行SERS測試，普遍采用垂直入射反向收集的檢測模式，激發(fā)光的作用范圍僅為幾到幾十平方微米的小光斑，與金屬納米顆粒接觸的受激樣品分子數少，導致了檢測靈敏度較低；另外，受納米制備技術的影響，微通道內集成的SERS增強基底的均勻性普遍不佳，導致了 SERS測試的可重復性不理想。因此，發(fā)展檢測靈敏度高、可重復性好的微流控SERS檢測微結構是目前的一個研究熱點。相關專利文獻CN 203929644 U “基于SERS機理的微流檢測器”公開了一種將相互間隔開的多個金屬薄片構成的線型光柵集成在微流道中，并采用電化學沉積法在光柵結構圖案上電沉積金屬Au，利用光柵形成大量的SERS活性熱點增加SERS檢測靈敏度的微流控SERS檢測器。該檢測器中的光柵需要通過借助電子束光刻技術形成，制備過程復雜且成本高，而且，要使檢測器具有高的檢測靈敏度，需增加光柵的周期，同時，光柵金屬片之間的空隙很窄，對于體積相對較大的生物樣品在流動過程中易造成堵塞，從而影響該檢測器的使用普及性。相關專利文獻CN 203365328 U “一種用于流動液體拉曼信號檢測的SERS襯底”公開了一種在玻璃管內組裝核殼結構的納米粒子層的管狀SERS基底，用于對流動樣品的SERS檢測。但該文獻并未指出其發(fā)明的SERS基底對應的檢測方法，對于傳統(tǒng)的垂直入射反向收集檢測方式，使用該基底檢測時聚焦困難的同時，樣品與物鏡之間的納米結構和管壁也會造成較大的光損耗，SERS檢測效率不高。
目前，已有研究者提出借助其他的光學元件延長激發(fā)光在微通道內的作用長度來提高SERS檢測的靈敏度，目前得以利用的光學元件主要有光子晶體光纖(PCF)和液芯光波導。前者具有導光性能好，SERS檢測靈敏度高等優(yōu)點，但不易實現(xiàn)在微流控芯片內的原位集成。而后者具有在微流控通道內可原位集成的優(yōu)點，對流體可控操作的同時，實現(xiàn)高靈敏度的SERS檢測?，F(xiàn)有在微通道內集成的液芯光波導的種類和方法較少，且在液芯光波導內表面實現(xiàn)納米金屬結構的原位集成也未見報道。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種集成液芯光波導與納米金屬的微流控SERS芯片檢測裝置、芯片制備方法和檢測方法。利用液芯光波導與納米金屬的協(xié)同SERS增強效應，即納米金屬的局域電磁增強效應可使其表面樣品分子的拉曼信號強度獲得極大提高的同時，液芯光波導良好的導光性能可使內部更多的納米顆粒和表面樣品分子受到激發(fā)光的作用從而產生化學增強，最終實現(xiàn)對血清及生物液體樣本進行高靈敏度、可重復性的SERS檢測。
[0005]本發(fā)明的第一目的是公開一種集成液芯光波導與納米金屬的微流控SERS芯片微裝置，其包括:芯片由基片和蓋片組裝構成，在芯片中有微通道，微通道兩端有進樣口和出樣口 ；所述微通道中有檢測區(qū)，在檢測區(qū)集成有Teflon AF液芯光波導，在Teflon AF液芯光波導內表面固定有納米金屬結構。
[0006]芯片中設有三條并行排列的微通道AD。BDjP⑶3，DjP D 3為出樣口，三條微通道的A、B和C點與Teflon AF溶液與納米金屬溶膠入口 02連通，三條微通道經A、B和C點后向中間再匯集，共用一個樣品入口 01<3
[0007]所述微通道的0#段長2-3mm，段和Of段長度為3_4mm，02A段長度為2_3mm，ADn BDjP⑶3段通道為集成有Teflon AF液芯光波導和納米金屬的SERS檢測區(qū)，長度為1.5_2cm0
[0008]本發(fā)明第二目的是公開一種微通道中Teflon AF液芯光波導與納米金屬的集成制備方法，步驟如下:利用Teflon AF自身的粘附性，物理吸附在微通道內表面，再借助真空作用力抽去未吸附到微通道表面的多余物質，在微通道內形成能夠將光限制在波導內厚度的光滑的Teflon AF薄膜。然后，在保持波導原有導光性能不變的前提下，利用高錳酸鉀與HN03的強氧化性對Teflon AF液芯光波導內表面進行羥基化處理。接著通入聚陽離子電解質TODA (聚二烯丙基二甲基氯化銨)使Teflon AF膜表面帶正電荷；最后通過靜電作用力化學自組裝模式，將帶負電荷的不同尺寸、不同形貌的Au/Ag/Cu等多種類型的金屬納米結構沉積在Teflon AF膜表面。操作簡單，方便，可控性好且成本低。
[0009]基于本發(fā)明提出的微流控SERS分析芯片微裝置，本發(fā)明第三目的是公開一種用此裝置進行血液及生物樣本檢測的平行入射反向散射收集方法，具體是:樣本充滿進樣柱11，分別在出口端(01、02或03)施加負壓，使樣本從進樣口 0「流入集成Teflon AF液芯光波導與納米金屬的SERS檢測區(qū)微通道內，最終分別流至出口端借助夾具，將芯片固定在拉曼檢測儀載物臺上，使芯片檢測區(qū)通道出口端對準物鏡，通過調節(jié)夾具使物鏡透出的光通過檢測通道出口端耦合入波導芯部。調節(jié)激光波長、曝光時間、循環(huán)次數、激光功率、聚焦深度，產生的拉曼光再通過檢測通道出口端被物鏡收集，進入光譜儀，得到測試樣品的SERS光譜信息。利用該方法對微流控SERS分析芯片微裝置中的樣品進行SERS測試時，避免了修改光路造成的實驗復雜度，并降低了成本。
[0010]本發(fā)明裝置利用液芯光波導的全反射原理使激發(fā)光作用至檢測區(qū)通道全長，通過在液芯光波導包層介質內表面原位組裝納米金屬顆粒作為SERS活性基底，利用二者的協(xié)同拉曼增強效應，提高血清及生物樣本檢測的靈敏度和重現(xiàn)性。
[0011]因此采用本發(fā)明的微流控SERS檢測裝置進行SERS檢測，在液芯光波導與納米金屬的協(xié)同拉曼增強作用下，有利于提高血清及生物樣本的檢測限、靈敏度、可重復性及可操作性。本發(fā)明的芯片不僅尺寸小、便于攜帶，可以作為檢測人員隨身攜帶的檢測工具，而且制備方法相對簡單，成本低廉，適用于生化樣本的并行SERS測試。本發(fā)明所提供的微流控SERS檢測器及檢測方式可廣泛應用于醫(yī)學衛(wèi)生領域對于病人與正常人的血清及生物樣本的檢測，提供獲取的SERS譜圖，可分析和解析各種血清及生物樣本中各生物大分子、小分子的類別和含量(10??10 nM )。
【附圖說明】
[0012]圖1A為微流控SERS芯片的底片和蓋片結構示意圖。
[0013]圖1B為集成液芯光波導及納米金屬的微流控SERS芯片平面示意圖。
[0014]圖2為集成液芯光波導和納米金屬的微流控SERS檢測區(qū)結構示意圖。
[0015]圖3為微流控SERS芯片及測試裝置示意圖。
[0016]圖4為采用集成液芯光波導和納米金微流控SERS分析測試芯片獲得的人血清的表面增強拉曼光譜圖。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
微通道檢測區(qū)內Teflon AF1600液芯光波導、納米金的集成制備具體實施步驟:
(1)制備一個帶微通道的襯底，將該襯底與PDMS蓋片緊密結合構成一個封閉的微通道結構。
[0018](2)利用1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基甲硅烷增加Teflon AF1600與微通道的結合度；利用物理沉積法將Teflon AF1600包裹到微通道檢測區(qū)內部，在檢測區(qū)集成液芯光波導結構；
(3)利用化學自組裝法將納米金組裝在波導內部Teflon AF1600表面，在檢測區(qū)形成液芯光波導與納米金的集成SERS檢測微結構。
[0019]本實施例中，步驟(2)中包括PDMS襯底的預處理和1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基甲硅烷的修飾及Teflon AF1600在芯片檢測區(qū)的物理沉積。
[0020]PDMS襯底的預處理:取PDMS蓋片和帶微通道的PDMS基片，分別用無水乙醇和去離子水超聲清洗5min，以便除去表面的雜質。晾干后通過UV/Ozone照射將PDM