[发明专利]检测自由液体中DNA错配的光学生物传感器及方法

权利要求书

1.一种检测自由液体中DNA错配的光学生物传感器，其特征在于：包括发光装置（1）、微流控芯片（2）、可调狭缝装置（3）、光电转化单元（4）和信号处理单元（5），可调狭缝装置（3）设置在微流控芯片（2）和光电转化单元中间（4），光电转化单元（4）与信号处理单元（5）电相连；

发光装置（1）用于向微流控芯片（2）中的DNA样品发射单色光或白光；

微流控芯片（2）包含一个或多个微流通道对，所述微流通道对用于作为杨氏干涉的干涉臂，每个微流通道对包括一对相互平行的微流通道(23)，每一对微流通道中的一个微流通道（23）作为待测通道，另一个微流通道作为参考通道；

可调狭缝装置（3）用于使穿过DNA样品溶液的单色光或白光形成干涉条纹；

光电转化单元（4）用于接收所述干涉条纹并进行光电转化后发送给所述信号处理单元；

信号处理单元（5）用于根据光电转化单元（4）的探测信号，得到微流控芯片（2）两个微流通道（23）内分别放入完全匹配DNA链和含有不同错配碱基数目的不完全匹配DNA链，经过杂化反应后的干涉条纹相位，并根据相位信号变化确定待测DNA的错配碱基个数；

其中，DNA样品为短链DNA，长度不超过50个碱基对，微流控芯片（2）包括底板（21）和盖板（22），盖板（22）与底板（21）同形，微流通道（23）设置在底板（21）上，微流通道（23）包括U型通道（231）和直通道（232），U型通道（231）底端的中心与直通道（232）的开端相连，盖板（22）上设置有入液口（221）和出液口（222），入液口（221）设置在U型通道（231）的左右两个尖端的正上方，出液口（222）设置在直通道（232）的末端的正上方。

2.根据权利要求1所述的检测自由液体中DNA错配的光学生物传感器,其特征在于:所述发光装置（1）为单色激光器或白光LED灯。

3.根据权利要求1所述的检测自由液体中DNA错配的光学生物传感器,其特征在于:所述光电转化单元（4）为线阵CCD或面阵CCD。

4.根据权利要求1所述的检测自由液体中DNA错配的光学生物传感器,其特征在于:所述可调狭缝装置（3）包括狭缝，狭缝的宽度与所述直通道（232）的宽度相等。

5.一种检测自由液体中DNA错配的方法，其特征在于包括如下步骤：

S10.在微流控芯片上设置一对相互平行的微流通道，分别为待测通道和参考通道，每个微流通道头部上方的盖板上设有两个注液口，发光装置从微流通道的开端对微流通道进行照射，光线穿过微流通道经过可调狭缝装置形成干涉条纹并通过光电转化单元进行接收，光电转化单元对干涉条纹进行光电转化后输入到信息处理单元，信息处理单元经过快速傅里叶变化法计算得到干涉条纹的相位；

S20.在微流控芯片内发生分别利用不同浓度、不同碱基对错配数的DNA溶液发生杂化反应，测量对应的干涉条纹相位，建立碱基对错配数和干涉条纹相位的标准工作曲线；

S30.将微流控芯片的测量通道内注入含有错配碱基对的DNA溶液待测样品，将完全匹配的DNA溶液注入参考通道，测量干涉条纹相位，根据所述标准工作曲线即可得到DNA待测样品的碱基对错配数目。

6.根据权利要求5所述的检测自由液体中DNA错配的方法，其特征在于步骤S20包括如下步骤：

S21.将含有一个错配碱基对的单链DNA分子溶液与含有另一条单链DNA分子溶液同时分别从微流控芯片一侧的的两个入液口注入测量通道内，使其发生杂化反应；同时，作为参照，将相同浓度的完全匹配的单链DNA分子溶液分别从微流控芯片另一侧两个注液口注入参考通道，使其发生杂化反应，信息处理单元得到此时的干涉条纹相位φ₁，计算出这两条微流通道中溶液的折射差率，利用溶液的热光效应,根据折射差率计算出两条微流通道内DNA杂化所放出的热量差；

S22.改变DNA溶液的浓度，重复步骤S21,信息处理单元得出不同的一系列干涉条纹相位φ₂、φ₃、…φ_n,并计算出不同的热量差，由此得到热量差与溶液浓度变化的关系曲线，得到检测单碱基错配的检测能力以及检测极限；

S23.在接近检测极限的溶液浓度下，改变错配碱基对的数目，重复步骤S21，信息处理单元得出不同的一系列干涉条纹相位，并计算出不同的热量差，得到热量差与错配碱基对的数目的关系曲线；

S24.利用步骤S22和步骤S23得到的两个关系曲线，计算得到不同浓度、不同错配碱基对数目的DNA溶液中错配碱基对数目和干涉条纹相位的标准工作曲线。