[发明专利]通用高效多底物检测光子晶体微芯片

说明书

技术领域

本发明属于微纳米材料与光化学分析领域，特别涉及一种多禁带排列的光子晶体高效通用多底物检测分析微芯片。 

背景技术

多底物、复杂环境检测与分析对工业、食品监测与生物活体分析具有十分现实的研究意义与应用前景。基于有机荧光化合物，尽管科学家们已经开发出数十万的可用于传感器的有机化合物，然而单一的化学传感器的响应性单一或十分有限，通常无法实现对多底物的识别与分析。基于组合化学设计与化合物阵列芯片技术，Anslyn等科学家们开发出利用多种传感器化合物组成传感器阵列，通过分析系列的不同化合物对检测物的差别性的响应，实现多底物的辨别与检测。然而这一方法需要大量、成系列的有机化合物作为传感器，针对不同的检测成分构建传感器阵列；而且整个过程涉及到有经验地组合化学设计、多步合成、化合物有效响应性筛选、传感器芯片设计与加工等复杂又繁琐的工序，在很大程度上限制了高效率检测芯片的开发与快速制备，使得多底物高效率检测芯片仍然停留在实验室与研究阶段。开发一种通用高效的检测芯片的制备与分析方法，利用尽量单一、普通易得的传感器化合物实现多底物的快速分析与检测，具有十分现实的应用价值与广阔的科学意义。 

近些年随着纳米科学进步与研究的广泛展开，利用纳米技术提升材料的性能为开发新材料，改进器件性能提供了多方位的思路。光子晶体具有优秀的光传播调控性能，因其在各类光学器件、光导纤维通讯和光子计算、以及全色显 示等领域广阔的前景，而引起广泛的重视。最近的研究显示光子晶体三维周期结构可对荧光染料的荧光发射形成慢光子效应，可实现对荧光发射数量级级别的增强。科学家们利用光子晶体的荧光增强效应，大量开展光子晶体在DNA等高灵敏检测与有机发光等方面的应用研究。在增加发光强度、提高检测灵敏度与降低检测限的同时，关于光子晶体在多底物复杂环境的分析与检测的研究还鲜有涉及。光子晶体在传感器芯片方面的应用与研究将提升传感器的灵敏度，同时将更加大地扩展多底物检测-复杂分析的应用，推动通用性、产品化高效便捷传感器的开发与应用推广。 

同时，随着超小探针研究与技术的进步，微量灵敏分析与高密度的高通量检测与分析对微阵列芯片传感器提出了更高的要求。喷墨打印技术具有图案设计灵活、定位准确，多组份同时沉积等特点，广泛应用于半导体、电子器件等图案的精细准确制备。Moon J.等曾通过喷墨打印实现乳胶粒的自组装和单个液滴组成的光子晶体微阵列；我们课题组以绿色印刷技术为基础，设计合成硬核-软壳结构微粒乳胶液，在氢键诱导作用下实现高质量光子晶体喷墨打印[CN200710064245.0]。喷墨打印过程中乳胶粒的快速自组装可以实现光子晶体的快速打印。喷墨打印的精确单个墨滴(14-32pl)的控制和快速喷射(6000滴/秒)，在大面积制备图案化乳胶光子晶体制备的同时[CN 200810115540.9.]，通过对墨滴的精确控制可以快速制备光子晶体微阵列。 

发明内容

本发明的主要目的在于开发了一种通用性的用于高效多底物检测与分析的光子晶体微芯片。 

本发明的目的之二在于利用光子晶体禁带对荧光信号的选择性调控作用， 通过选择具有不同禁带的光子晶体，针对化学传感器对不同检测底物的荧光响应差别，进行选择性的放大。在具有多个禁带的光子晶体芯片，实现放大单一化学传感器多底物检测中响应的细微差异，以达到单一传感器无法或难于实现的多底物检测与分析。 

本发明的目的之三在于利用光子晶体光子禁带对荧光的增强作用，放大化学传感器响应过程中的荧光信号，以提高传感器的检测灵敏度、降低检测限。 

本发明的目的之四在于通过喷墨打印技术，精细控制乳胶液滴的喷涂与排列，利用聚合物乳胶粒的快速自组装，可制备从500-1000微米小至30-50微米点阵的光子晶体微芯片。该微芯片制备工艺具有精确、简便、快速，所制备的芯片具有检测密度更高(200倍于市场上现有的384孔板等芯片模版)等优点。 

本发明的目的之五在于构建全带隙(全色彩)的光子晶体微阵列芯片，使之对整个可见光区域的荧光化学传感器具有广泛的应用性。 

本发明的目的之六在于结合多禁带光子晶体微芯片与多级分组分析(HCA)和线性差别分析(LDA)等统计学方法，建立一种通用多底物检测、识别与分析的方法。