专利名称：一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法
技术领域：
本发明属于分析化学领域，具体涉及一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法。
背景技术：
微流控芯片(microf Iuidic)，又称微型全分析系统(Miniaturized TotalAnalysis Systems, TAS)或芯片实验室(Lab- on- a- Chip),是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程(《现代科学仪器》，2001，4，3-6)。它以分析化学为基础，以微机电加工技术为依托，以微管道网路为机构特征，以生命科学为主要应用对象，把整个实验室的功能集成到芯片上，而且可以多次使用，具有非常好的适用性和应用前景。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析。微流控芯片的一个关键参数是检测技术。微流控芯片对检测装置主要有以下两方面的要求一是要求有较高的灵敏度和信噪比。这主要是因为分析体系中检测的体积微小，检测区域狭窄；二是要求有较快的响应速度。由于通道比较短，许多分析过程在很短时间内完成，因此要求检测器有更快的反应速度(《中国国境卫生检疫杂志》，2010，33 (5)，357-360)。目前较常用的方法有紫外吸收检测法、荧光检测法、化学发光检测法以及电化学检测法(泛Soc. Rev. , 2010, 39，1153-1182)。近年来，随着表面等离子共振技术(SPR)的发展与成熟，以SPR为检测手段的微流控芯片检测技术得到了较快发展。该检测技术的最大特点是对待测样品无需进行任何的衍生化或标记，并且有较高的分析灵敏度和信噪比(Zi Chip, 2011, 11, 4194-4199)。而局域表面等离子共振(LSPR)是近年来在SPR基础上发展起来的一项新的分析检测技术，除了具有普通SPR技术的无标记和高灵敏度等优点外，同时还兼具了非常高的空间分辨率一最小的LSPR传感器可以做到单纳米粒子检测水平 OVat Mater. 2008,7, 442 - 453 -,Lab Chip, 2011，11，3299-3304)。LSPR检测的高空间分辨率与高灵敏度使其成为一种很有前途的微流控检测技术。虽然LSPR检测技术在微流控芯片领域有非常好的应用前景，然而与SPR相比，基于LSPR的微流控芯片检测技术的开发与应用却相对滞后，迄今为止还没有相关的商品化仪器报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法。该方法具有操作简单、成本低、重现性好等优点，可操作性强。使用该方法制备的微流控芯片能够直接用于快速检测各种生物样品，有望在生命科学及医学临床检测等领域得到广泛应用，具有显著的经济效益。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法包括以下步骤
(1)微流控芯片的制备该芯片由三块玻璃叠加而成，在最上面一块玻璃上刻蚀直径为1.0±0. 2 mm的小孔，分别用作芯片通道的入口和出口 ；在第二块玻璃上刻蚀一条大小为(1.0±0. 2 mm)X(5.0±0. 2 mm)的长方形通孔，作为芯片的通道；三块玻璃通过高温熔合成一体；
(2)芯片的修饰首先在芯片通道表面制备一层致密的硅羟基单分子层，然后修饰上一层3-氨丙基三乙氧基硅烷单分子 层；再修饰上一层聚苯乙烯磺酸钠；最后将湿法合成得到的金纳米棒溶液通入芯片流通池中，金纳米棒将自组装到芯片通道表面。步骤(I)中的玻璃刻蚀液为氢氟酸与氟化铵的混合水溶液，其中氢氟酸的浓度为
4.5 M，氟化铵浓度为2. 5 M0步骤(I)中的玻璃高温熔合温度为730_760°C，加热时间为5分钟。步骤(I)中构成芯片的三块玻璃规格如下上面两块玻璃为边长为18 mm的正方形硼酸盐玻璃片，厚度为O. 15±0. 02 mm ;最底下一块玻璃为边长为18 mm的正方形硼酸盐玻璃片，厚度为I. 1±0· I mm。步骤(2)中致密的硅羟基单分子层的制备方法如下在芯片通道中通入体积比为4:1的质量百分数为98%浓硫酸与质量百分数为30%双氧水,超声振荡10分钟，然后用去尚子水彻底冲洗干净。步骤(2)中3-氨丙基三乙氧基硅烷单分子层的制备方法如下在芯片通道中通入质量分数为10%的3-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液，静置反应2小时，然后用甲醇和去离子水反复冲洗3遍后放入烘箱于120°C下烘I小时。步骤(2)中聚苯乙烯磺酸钠的修饰方法如下在芯片通道中通入20 mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠水溶液，静置反应I小时，然后用去离子水反复冲洗三遍。步骤(2)中的金纳米棒长径比在2到10之间。本发明的有益效果
(O芯片由三块普通玻璃制备而成,原料易得,成本底；
(2)芯片全部由玻璃部件构成，耐腐蚀性好，可以重复利用；
(3)芯片通道中LSPR传感元件(金纳米棒)的修饰方法简单，重现性好；
(4)与银纳米材料相比，以金纳米棒作为LSPR传感元件的微流控芯片稳定性更好，可用于各种复杂的生物样品的检测，而银纳米粒子则易被氧化；
(5)与其它形貌的金纳米材料相比，金纳米棒制备方法相对比较成熟，并且材料的LSPR峰在600 — 900nm波长范围内可调，而这一波长区域正是理想的光学传感区域，因为在这一波长范围内受到生物样品的内源生色团的干扰最小。
图I是本发明所述的LSPR微流控芯片的示意图。其中a为整套装置的示意图，b，c，d为组成该芯片的三块玻璃片的俯视图。图2是本发明所述的LSPR微流控芯片中修饰的金纳米棒的扫描电镜图。图3是应用本发明的LSPR微流控芯片装置进行临床药物检测(美拉加群，meIagatran)的工作曲线。
具体实施例方式以下结合附图来叙述本发明的
具体实施例方式 (1)首先按照本发明所述的实验步骤制备三块边长为18mm的正方形硼酸盐玻璃片，其中两块玻璃的厚度为O. 15±0· 02mm,另一块为I. 0±0· Imm ；
(2)准备玻璃刻蚀液(氢氟酸与氟化铵的混合水溶液，其中氢氟酸的浓度为4.5 M，氟化铵浓度为2. 5 M)。在其中一块厚度为O. 15±0. 02mm的玻璃上刻蚀直径为I. 0±0. 2 mm的小孔两个，分别用作芯片通道的入口和出口(如图I b所示);在另一块厚度为O. 15±0. 02mm的玻璃上刻蚀一条(1.0±0. 2 mm)X(5. 0±0. 2 mm)的长方形通孔，作为芯片的通道(如图I c所示)；
(3)三块玻璃片按照图I所述顺序叠放在一起，放入730-760°C马沸炉中加热5分钟；
(4)芯片的修饰首先在在芯片通道中通往体积比为4:1的浓硫酸(质量百分数为98%)与双氧水(质量百分数为30%)，超声振荡10分钟，然后用去尚子水彻底冲洗干净；
(5)在芯片通道中通往10%的3-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液，静置反应2小时，然后用甲醇和去离子水反复冲洗3遍后放入烘箱于120°C下烘I小时；
(6)在芯片通道中通入20mg/mL的PSS水溶液，静置反应I小时,然后用去离子水反复冲洗三遍。(7)最后将湿法合成得到的金纳米棒(长径比2-10)溶液通入芯片流通池中，金纳米棒将自组装到芯片通道表面，得到可应用于生物样品检测的LSPR微流控芯片。实施例I
以下实施例结合附图来说明应用本发明制备的微流控芯片进行实际样品分析的操作过程
首先，按照本发明所述方法制备LSPR微流控芯片，并将金纳米棒固定于芯片通道中。附图2为该芯片通道中修饰的金纳米棒表征图。在将该芯片应用于实际样品检测之前，需要将对待测物有特异性响应的捕获分子修饰到金纳米棒上。在本实施例中，被检测的目标分子是临床样品人血清中抗凝血药美拉加群，因此需要将美拉加群的捕获分子修饰到金纳米棒上，具体修饰方法如下首先将5. Omg/mL的SH(CH2) 2 (OCH2CH2) 70 (CH2) 2C00H通入芯片通道中，反应12小时后，用去离子水冲洗干净，通入O. I M的EDC与O. 05 mol/L的NHS反应I小时，再用去离子水冲洗。最后通入
O.lmg/mL的人凝血酶蛋白溶液，反应2小时。得到修饰有人凝血酶的LSPR微流控芯片。最后将芯片用于实际样品的检测。图3为应用该芯片测得的美拉加群的工作曲线。从图中可以看出，该芯片在一个很宽的美拉加群浓度范围内均有响应，该方法检测美拉加群的线性范围为O. 9 nM到25 nM，检测限为O. 9 nM。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤 (1)微流控芯片的制备该芯片由三块玻璃叠加而成，在最上面一块玻璃上刻蚀直径为1.0±0. 2 mm的小孔，分别用作芯片通道的入口和出口 ；在第二块玻璃上刻蚀一条大小为(1.0±0. 2 mm)X(5.0±0. 2 mm)的长方形通孔，作为芯片的通道；三块玻璃通过高温熔合成一体； (2)芯片的修饰首先在芯片通道表面制备一层致密的硅羟基单分子层，然后修饰上一层3-氨丙基三乙氧基硅烷单分子层；再修饰上一层聚苯乙烯磺酸钠；最后将湿法合成得到的金纳米棒溶液通入芯片流通池中，金纳米棒将自组装到芯片通道表面。
2.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(I)中的玻璃刻蚀液为氢氟酸与氟化铵的混合水溶液，其中氢氟酸的浓度为4. 5 M，氟化铵浓度为2. 5 M0
3.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(I)中的玻璃高温熔合温度为730-760°C，加热时间为5分钟。
4.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(I)中构成芯片的三块玻璃规格如下上面两块玻璃为边长为18 mm的正方形硼酸盐玻璃片，厚度为O. 15±0. 02 mm ;最底下一块玻璃为边长为18 mm的正方形硼酸盐玻璃片，厚度为 I. 1±0· I mm。
5.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(2)中致密的硅羟基单分子层的制备方法如下在芯片通道中通入体积比为4:1的质量百分数为98%浓硫酸与质量百分数为30%双氧水，超声振荡10分钟，然后用去离子水彻底冲洗干净。
6.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(2)中3-氨丙基三乙氧基硅烷单分子层的制备方法如下在芯片通道中通入质量分数为10%的3-氨丙基三乙氧基硅烷甲醇溶液，静置反应2小时，然后用甲醇和去离子水反复冲洗3遍后放入烘箱于120°C下烘I小时。
7.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(2)中聚苯乙烯磺酸钠的修饰方法如下在芯片通道中通入20 mg/mL的聚苯乙烯磺酸钠水溶液，静置反应I小时，然后用去离子水反复冲洗三遍。
8.根据权利要求I所述的局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤(2)中的金纳米棒长径比在2到10之间。
全文摘要
本发明公开了一种局域表面等离子共振微流控芯片的制备方法，包括以下步骤(1)微流控芯片的制备(2)芯片的修饰。本发明原料易得，成本低，可重复利用，修饰方法简单，重现性好；稳定性好，能够直接用于快速检测各种生物样品，有望在生命科学及医学临床检测等领域得到广泛应用。
文档编号B01L3/00GK102764677SQ20121026356
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月28日 优先权日2012年7月28日
发明者林振宇, 邱彬, 郭隆华, 陈国南 申请人:福州大学