專利名稱：蛋白質(zhì)陣列芯片及其光尋址快速檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物傳感技術(shù)，特別是指一種蛋白質(zhì)陣列芯片及其光尋址快速檢測裝置。
背景技術(shù)：
蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是在蛋白質(zhì)組學傳統(tǒng)技術(shù)雙向電泳和質(zhì)譜發(fā)展的同時出現(xiàn)的一種新技術(shù)。它可以在一張芯片上同時對多個病人進行多種疾病的檢測，具有快速、操作簡便、樣品用量少和可對多樣品平行檢測等特點，因此，在臨床應(yīng)用有關(guān)的研究方面具有顯著的優(yōu)勢。例如對腫瘤、糖尿病、傳染性疾病等常見病和多發(fā)病的臨床檢驗及健康人群檢查，均可以應(yīng)用蛋白芯片技術(shù)。蛋白芯片技術(shù)出現(xiàn)得較晚，尚處于發(fā)展時期，其基本原理是ELISA反應(yīng)，即利用抗原與其相應(yīng)抗體特異性結(jié)合的免疫學原理，在固相基質(zhì)上結(jié)合多種蛋白質(zhì)的單克隆抗體，捕捉被檢樣品中的對應(yīng)蛋白，再通過標記生物素或特殊酶的單克隆抗體反應(yīng)，再加底物顯色產(chǎn)生光信號，用CCD Camera采集光學圖象信號，經(jīng)由CCD轉(zhuǎn)換為隨時間變化的視頻信號，再經(jīng)攝象機內(nèi)部線路處理CCD轉(zhuǎn)換視頻信號，然后經(jīng)由同軸或光纜或其它傳輸途徑將信號傳送至電腦經(jīng)圖象卡處理將信號在顯示器上顯示。根據(jù)光信號強度對蛋白質(zhì)進行定量檢測。目前的蛋白質(zhì)芯片雖然在疾病檢測方面具有多疾病、多樣本并行性檢測等優(yōu)點，但也存在許多缺點1操作復(fù)雜，現(xiàn)在的蛋白芯片技術(shù)要經(jīng)過樣品雜交、洗滌、標記抗體雜交、洗滌、底物顯色、掃描、分析等步驟才能得到結(jié)果，操作復(fù)雜，耗時長(2-4小時)；2消耗抗體等試劑多；3儀器昂貴，蛋白芯片結(jié)果掃描需要特殊的儀器設(shè)備，價格昂貴，投入較高。
光尋址電位傳感器(Light Addressable Potentiometric Sensor，LAPS)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。半導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液之間被絕緣層隔開形成EIS結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)偏置電壓使半導(dǎo)體處于不同的偏置狀態(tài)。經(jīng)過強度調(diào)制的光源(如LED或激光)從背面對此EIS結(jié)構(gòu)進行照射，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對。當半導(dǎo)體與絕緣層接觸的表面處于耗盡狀態(tài)時，這些電子空穴對可能通過擴散作用進入耗盡層。耗盡層中的電場將光生電子空穴對分開，從而在回路中產(chǎn)生光生電流。當半導(dǎo)體表面處于電荷積累狀態(tài)時，半導(dǎo)體表面的電場為零，電子空穴對不會在此分開，所以光生電流基本為零。
LAPS的敏感原理是基于電場效應(yīng)使器件對絕緣層與電解質(zhì)溶液間界面電位變化敏感，但是，在信號采集時，LAPS采用調(diào)制光束照射，使器件對該電位變化的響應(yīng)由光電流所調(diào)制，并采用鎖相檢測技術(shù)對響應(yīng)信號進行檢測。
LAPS典型的響應(yīng)曲線如圖2所示。當被測液的濃度發(fā)生變化時，響應(yīng)曲線會向左或向右偏移。通過檢測這個偏移量可以檢測出溶液濃度的變化。由于敏感膜的存在，敏感膜表面吸附一層離子形成膜電位，從而導(dǎo)致絕緣體和半導(dǎo)體兩端的電壓產(chǎn)生一定的偏移。光電流—偏置電壓曲線也因此產(chǎn)生相應(yīng)的偏移。曲線的偏移量與溶液中待測離子的濃度是相關(guān)的。因此通過測量曲線的偏移量可以檢測出待測離子的濃度。測量不同pH值的緩沖溶液得到的實驗曲線如圖2所示。
本發(fā)明提出的蛋白質(zhì)芯片是采用光尋址檢測技術(shù)，采集芯片的免疫反應(yīng)的結(jié)果。這種光尋址檢測技術(shù)是基于光尋址電位傳感器(LightAddressable Potentiometric Sensor，LAPS)，該傳感器是由美國加利福尼亞的一個分子器件公司在八十年代末發(fā)明的。LAPS具有應(yīng)用范圍廣、光尋址能力強、極高的靈敏度、較高的穩(wěn)定性、所需樣品少、測量范圍寬、檢測時間短等優(yōu)點，成為生物傳感技術(shù)的新星。已有不少學者在此基礎(chǔ)上研究將其功能從單一的H+離子敏的LAPS發(fā)展到酶LAPS、免疫LAPS以及生物LAPS。我們的發(fā)明專利是在此基礎(chǔ)上提出的“蛋白質(zhì)陣列芯片及其光尋址快速檢測裝置”。
利用抗原與其相應(yīng)抗體特異性結(jié)合的免疫學原理，在硅片上結(jié)合多種生物敏感膜，識別被檢樣品中的對應(yīng)物質(zhì)。
盡管LAPS系統(tǒng)原理具有很多優(yōu)點，但是將它用于蛋白質(zhì)芯片的研究，在國外也剛剛起步。主要采用在尼龍膜上結(jié)合多種經(jīng)過酶標記生物敏感膜陣列方法，利用抗原與其相應(yīng)抗體特異性結(jié)合的免疫學原理，貼在LAPS芯片上，讀取由于被標記的酶引起的pH變化，識別被檢樣品中的對應(yīng)物質(zhì)。整個分析過程煩瑣、成本較高、儀器較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種蛋白質(zhì)陣列芯片及其光尋址快速檢測裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作容易和成本低的優(yōu)點。
本發(fā)明一種蛋白質(zhì)陣列芯片，其特征在于，其中包括一樹脂基片，該樹脂基片為矩形；一硅片，該硅片制作在樹脂基片的一面；一絕緣層，該絕緣層制作在硅片的另一面；一光電阻擋層，該光阻擋層制作在絕緣層的另一面。
其中在樹脂基片遠離硅片的另一面制作有一芯片電極引線，是本裝置的工作電極。
其中光電阻擋層制作成柵格，柵格的空白陣列表面是氮化硅或金，可結(jié)合多種蛋白質(zhì)的單克隆抗體。
本發(fā)明一種蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中包括一測量池，該測量池為有機玻璃制成，為矩形立方體，在縱向端面分別開有兩個長槽，兩者在底部連通；側(cè)面有一矩形光源輸入窗口，該矩形槽與一長槽連通；在矩形光源輸入窗口與一長槽之間有一玻璃制成的光源輸入窗柵板密封，玻璃位于測量池一側(cè)有鉑金薄膜制成柵格，作為光柵和輔助電極；一LED光源板，該LED光源板嵌入在測量池側(cè)面的矩形槽內(nèi)。
其中LED光源板包括一硅集成LED陣列芯片；一由透明有機物制成的薄膜制作在陣列芯片的表面；一黑色樹脂制成的網(wǎng)格制作在有機物制成的薄膜的另一面；一由樹脂制成的矩形聚焦透鏡陣列板貼在最上面。
其中聚焦透鏡陣列、黑色樹脂網(wǎng)格與LED陣列均與蛋白質(zhì)陣列芯片上的光電阻擋層的柵格狀陣列對應(yīng)。
其中該光源輸入窗柵板包括一光源輸入窗玻璃片和在其上制作的鉑金光柵并作為輔助電極。
其中該光源輸入窗柵板上的鉑金光柵均與蛋白質(zhì)陣列芯片上的光電阻擋層的柵格狀陣列對應(yīng)。
其中測量池上的兩個長槽，一是圓柱形槽，另一是矩形槽。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的LAPS結(jié)構(gòu)圖；圖2是利用現(xiàn)有技術(shù)LAPS裝置的測量曲線圖；圖3是本發(fā)明蛋白質(zhì)陣列芯片的結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3蛋白質(zhì)陣列芯片光電阻擋層?xùn)鸥駹铌嚵械氖疽鈭D；圖5是本發(fā)明LAPS測量池的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5的俯視圖；圖7是本發(fā)明LAPS測量池的光源結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
請參閱圖1及圖2，本發(fā)明一種蛋白質(zhì)陣列芯片a，其中包括一樹脂基片a1，該樹脂基片a1為矩形，在樹脂基片a1的一面制作有一芯片電極a2引線；一硅片a3，該硅片a3制作在樹脂基片a1的另一面；一絕緣層a4，該絕緣層a4制作在硅片a3的另一面；一光阻擋層a5，該光阻擋層a5制作在絕緣層a4的另一面，該光阻擋層a5制作成柵格狀陣列(如圖2所示)，該柵格狀陣列的空白處可容置單克隆抗體a6。
請參閱圖3及圖4，本發(fā)明一種蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其中包括一測量池b，該測量池b的外壁b1為有機玻璃制成，為矩形立方體，在縱向端面開有兩個長槽b21、b22，側(cè)面有一矩形窗口b5，該矩形窗口b5與一長槽b22之間被光源輸入窗柵板b6隔開(如圖5及圖6所示)，其中測量池b上的兩個長槽b21、b22，長槽b21是圓柱形槽，長槽b22是矩形槽(如圖4所示)；
光源輸入窗柵板b6密封住矩形窗口b5，其中該光源輸入窗柵板b6包括一光源輸入窗b4和在其上制作的鉑金薄膜光柵控制電極b3，該光源輸入窗柵板b6上的鉑金薄膜光柵控制電極b3均與蛋白質(zhì)陣列芯片a上的光電阻擋層a5的柵格狀陣列對應(yīng)；請參閱圖5，一LED光源c，該LED光源c嵌入在測量池b側(cè)面的矩形窗口b5內(nèi)；其中LED光源c包括一硅集成LED陣列芯片c1，其中該硅集成LED陣列芯片c1上的PN結(jié)紅外發(fā)光二極管光源為c11；一由透明有機物制成的薄膜c2制作在硅集成LED陣列芯片c1的表面；一黑色樹脂制成的網(wǎng)格c3制作在有機物制成的薄膜c2的另一面，其中黑色樹脂制成的網(wǎng)格c3開有通孔c31；一由樹脂制成的矩形聚焦透鏡陣列板c4制作在黑色樹脂制成的網(wǎng)格c3的另一面，其中矩形聚焦透鏡陣列板c4有多個聚焦透鏡c44組成(如圖7所示)；該聚焦透鏡c44是樹脂制成的一面平、一面凸的小凸透鏡。
其中硅集成LED陣列芯片c1上的紅外發(fā)光二極管光源為c11、網(wǎng)格c3的通孔c31及矩形聚焦透鏡陣列板c4上排列的聚焦透鏡c44均與蛋白質(zhì)陣列芯片a上的光電阻擋層a5的柵格狀陣列對應(yīng)。
本發(fā)明“蛋白質(zhì)陣列芯片及其光尋址快速檢測裝置”包括芯片、測量池兩部分。蛋白質(zhì)陣列芯片直接由硅片制成，陣列數(shù)可以是幾個—幾百個單元，固定在樹脂板上，成為芯片插件。測量池由有機玻璃或其它絕緣材料制成，參比電極池和芯片池兩者連通。芯片池與芯片插件能很好配合，既能定位，又能方便插進和拔出。芯片池的芯片側(cè)有一個玻璃的光學窗口，具有密封溶液、光柵、電化學的控制電極三種功能。特殊設(shè)計一種紅外LED陣列光源，尺寸與光學窗口匹配，每個點光源的光點聚焦在陣列芯片的表面。檢測儀表是單片機控制的智能儀表，由恒電位電路給芯片提供穩(wěn)定的偏置電壓，專門的振蘯電路調(diào)制紅外LED陣列光源的強度，用鎖相環(huán)電路檢測固定頻率下的光電流。
本發(fā)明提出的蛋白質(zhì)芯片及其快速光尋址檢測裝置，具有檢測儀具有體積小、檢測快，成本低等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種蛋白質(zhì)陣列芯片，其特征在于，其中包括一樹脂基片，該樹脂基片為矩形；一硅片，該硅片制作在樹脂基片的一面；一絕緣層，該絕緣層制作在硅片的另一面；一光電阻擋層，該光阻擋層制作在絕緣層的另一面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)陣列芯片，其特征在于，其中在樹脂基片遠離硅片的另一面制作有一芯片電極引線，是本裝置的工作電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋白質(zhì)陣列芯片，其特征在于，其中光電阻擋層制作成柵格，柵格的空白陣列表面是氮化硅或金，可結(jié)合多種蛋白質(zhì)的單克隆抗體。
4.一種蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中包括一測量池，該測量池為有機玻璃制成，為矩形立方體，在縱向端面分別開有兩個長槽，兩者在底部連通；側(cè)面有一矩形光源輸入窗口，該矩形槽與一長槽連通；在矩形光源輸入窗口與一長槽之間有一玻璃制成的光源輸入窗柵板密封，玻璃位于測量池一側(cè)有鉑金薄膜制成柵格，作為光柵和輔助電極；一LED光源板，該LED光源板嵌入在測量池側(cè)面的矩形槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中LED光源板包括一硅集成LED陣列芯片；一由透明有機物制成的薄膜制作在陣列芯片的表面；一黑色樹脂制成的網(wǎng)格制作在有機物制成的薄膜的另一面；一由樹脂制成的矩形聚焦透鏡陣列板貼在最上面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中聚焦透鏡陣列、黑色樹脂網(wǎng)格與LED陣列均與蛋白質(zhì)陣列芯片上的光電阻擋層的柵格狀陣列對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中該光源輸入窗柵板包括一光源輸入窗玻璃片和在其上制作的鉑金光柵并作為輔助電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中該光源輸入窗柵板上的鉑金光柵均與蛋白質(zhì)陣列芯片上的光電阻擋層的柵格狀陣列對應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝，其特征在于，其中測量池上的兩個長槽，一是圓柱形槽，另一是矩形槽。
全文摘要
一種蛋白質(zhì)陣列芯片光尋址快速檢測裝置，其中包括一樹脂基片，該樹脂基片為矩形；一硅片，該硅片制作在樹脂基片的一面；一絕緣層，該絕緣層制作在硅片的另一面；一光電阻擋層，該光阻擋層制作在絕緣層的另一面；一測量池，該測量池為有機玻璃制成，為矩形立方體，在縱向端面分別開有兩個長槽，兩者在底部連通；側(cè)面有一矩形光源輸入窗口，該矩形槽與一長槽連通；在矩形光源輸入窗口與一長槽之間有一玻璃制成的光源輸入窗柵板密封，玻璃位于測量池一側(cè)有鉑金薄膜制成柵格，作為光柵和輔助電極；一LED光源板，該LED光源板嵌入在測量池側(cè)面的矩形槽內(nèi)。
文檔編號C12Q1/68GK1504751SQ0215480
公開日2004年6月16日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者韓涇鴻, 張虹 申請人:中國科學院電子學研究所