[发明专利]一种基于一维纳米光子平台的生物检测及光学成像方法

说明书

本发明涉及光学纳米成像生物检测领域，公开一种基于一维纳米光子平台的生物检测及光学成像方法。该方法包括：(1)一束白光沿着非周期方向照射一维纳米结构，用显微镜或者手机接收其产生地散射和衍射信号；(2)一维纳米结构中的缺陷会扰乱局部场的分布，降低纳米结构的散射强度，并且会改变一维纳米结构的颜色；(3)在可见光区域内，除了一个散射峰，另一个新的衍射峰可以提高光谱响应的灵敏度，允许测量20纳米的尺寸差异；(4)通过在一维纳米结构表面修饰抗体，可以实现对单个病毒的检测，有利于早期体外疾病的诊断，特别是对于不发达地区和严苛生物实验条件的区域。该技术操作简单，成本低，利于快速地、高通量地检测纳米尺度样本。

技术领域

本发明涉及光学纳米成像生物检测技术领域，涉及了一种基于一维纳米光子平台的生物检测及光学成像方法。

背景技术

纳米尺度的检测在胶体自组装、环境监测、生物医学传感和诊断等领域具有重要的应用价值。迫切需要建立一个高效的、成本低的生物检测平台，以防止病毒的传播。光学显微镜作为一种无损检测工具，已被广泛应用于对样品的形状、尺寸和组成进行大规模、实时的表征。然而，传统光学显微镜的成像分辨率受到衍射极限的限制，在可见光区域内，它很难分辨出亚波长的细节。为了克服这一限制，荧光显微镜已被广泛应用于单个纳米粒子的超分辨率成像。它便于观察活的生物样本，但它需要复杂的荧光标记，检测量效率受到光漂白的限制。对于非荧光的表征，包括基于散射的暗场显微镜和基于干涉的散射显微镜，可以快速地检测和追踪孤立的纳米颗粒；后者对弱散射颗粒具有更高的灵敏度，但它需要一个额外的相干激光源来照亮样品，并需要特殊的数据分析来重建图像。此外，这两种技术都缺乏在多组分系统中区分纳米尺度对象的特异性，这在实际应用中带来了相当大的挑战。纳米光子结构易于表面修饰，且可大量制备，在无标记、高灵敏检测纳米物体方面受到了广泛的关注。通常利用金属/介质的亚波长结构的强共振效应来放大微弱的光学信号，从而提高光谱仪检测的灵敏度。对于非共振增强的检测，纳米尺度的物体可以在一个半导体纳米空腔或一对纳米线附近直接观察。这两种方法都需要在光学系统中使用一系列激光光源来调节光子芯片的性能并进行优化，这是一个相当复杂、昂贵和耗时的过程。此外，当纳米粒子的光信号非常接近时，它们很难在多个纳米粒子中识别单个纳米粒子，尤其是病毒。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供了一种检测芯片，包含带有生物探针分子的一维纳米结构。

根据本发明的实施方案，所述生物探针分子可以选自包括但不限于如下所示抗体中的一种、两种或更多种：IgM、IgG、Sig抗体。

根据本发明的实施方案，所述抗体为荧光标记抗体或非荧光标记抗体。

示例性地，所述生物探针分子为兔抗山羊Cy3荧光抗体或新冠假病毒抗体。

根据本发明的实施方案，所述生物分子与所述一维纳米结构可以通过化学键合方式连接。

根据本发明的实施方案，所述检测芯片能够特异性识别与生物探针分子对应的目标分子。优选地，所述目标分子可以为纳米级生物颗粒，例如为纳米颗粒、病毒颗粒或蛋白大分子等。优选地，所述纳米级生物颗粒的尺寸不低于50 nm，例如为50-100nm，比如为60nm、70nm、80nm、90nm。

根据本发明的实施方案，所述一维纳米结构含有纳米颗粒、一维纳米线、一维纳米棒或一维纳米圆柱。优选地，所述纳米颗粒的尺寸均一。优选地，所述一维纳米结构由尺寸均一的纳米颗粒，一维纳米线、一维纳米棒或一维纳米圆柱自组装形成。

根据本发明的实施方案，所述的纳米颗粒可以为球形、立方形或棒状纳米颗粒。

根据本发明的实施方案，所述的纳米颗粒的直径为100-600nm，例如 150-500nm，示例性为180nm、280nm、310nm、360nm。