[发明专利]表面等离子体共振传感芯片及细胞响应检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种表面等离子体共振传感芯片，包括：培养腔，所述培养腔具有培养液流入口和培养液流出口；加热装置，所述加热装置包括具有两层导热金属和夹在中间的高电阻率膜的夹层结构并且具有贯通结构，其中所述培养腔嵌入在所述贯通结构内；培养液流入通道，所述培养液流入通道使得其内的培养液在进入所述培养腔的所述培养液流入口之前流经所述加热装置的一个表面；以及位于所述培养腔下部并与所述培养腔紧密封接的棱镜，所述棱镜与所述培养腔接合的表面上镀有贵金属膜。该传感芯片还可以包括透明的隔热外壳，并且其培养腔可以分层。由此，能够长时间且均匀稳定地维持细胞生长环境的温度，进而提升细胞响应检测的准确性。

技术领域

本发明涉及生物检测领域，尤其涉及一种能够长时间、稳定、均匀地维持细胞生长所需温度的表面等离子体共振传感芯片。

背景技术

细胞是生命体的基本单元。细胞检测有助于深入理解生命活动过程的本质，有利于疾病诊断和药物开发。表面等离子体共振(SPR)传感技术具有实时、灵敏、无需标记等优点，利用SPR检测细胞响应，特别是癌细胞对不同化疗方案的响应，已经成为近十年来的研究热点。

图1是现有技术的SPR传感芯片系统10的示意图。为了方便说明，图中省去了光学部分中的光学耦合器件和角度调节器件以及数据采集处理部分中的A/D转换电路和计算机等，而仅以光源120和光学检测单元130来分别作为光学系统和数据采集处理系统的代表。传感芯片110包括盖体玻璃、起于流入口并终于流出口的流体通道和位于下部的用于激发SPR的棱镜，其中棱镜的上表面镀有贵金属膜，通常是金膜。可以将生物分子或细胞接种在金属膜的表面，当这些生物分子或细胞由于与培养液相互作用而发生变化时，会导致金属膜表面结构的改变，从而导致SPR角的改变。根据SPR角的改变值，就能够得出相应生物检测的结果。为了更好的进行生物培养，需要对培养环境进行控制。如图所示，在流体通道附近布置有用于感测流量的流量传感器、用于感测温度的温度传感器、以及用于将流体温度维持至预设温度(通常为37摄氏度)的加热器。

长时间维持细胞正常生长所需的温度，是实现SPR细胞检测的重要条件之一。在现有技术中，通常会使用多片加热器(通常是批量生产的TEC制冷片)包裹细胞培养室四周(不仅是图1中示出的4片)，通过比较传感芯片内部实际温度与预设温度的差异，控制TEC制冷片的电流方向和大小，实现对传感芯片的温度控制。

由于SPR传感芯片需要在底部放置棱镜，并且需要将顶部留作观察窗口，因此导致传感芯片上下部温控措施不足，传感芯片的外部温度变化会导致其内部温度的波动，影响长期检测的稳定性。另外，对于基于流动培养的传感芯片，由于培养液进样时的温度(通常为室温)较预设温度(通常为37摄氏度)低，培养液的流动会导致传感芯片内部产生温度梯度。这样会对传感芯片内不同位置的细胞生长造成不同程度的影响，进而影响检测结果的一致性。最后，现在使用的TEC器件属于批量生产器件，外形通常单一，不利于温控结构设计。

由此，需要一种能够克服上述现有技术中的至少一个缺点的表面等离子体共振传感芯片。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种新的用于SPR细胞检测的温度控制方法和传感芯片，能够长时间、稳定、均匀地维持细胞生长所需的温度，实现长时间SPR检测细胞对外界刺激的响应。

根据本发明的一个方面，提供了一种表面等离子体共振传感芯片，包括：培养腔，培养腔具有培养液流入口和培养液流出口；加热装置，加热装置包括具有两层导热金属和夹在中间的高电阻率膜的夹层结构并且具有贯通结构，其中培养腔嵌入在贯通结构内；培养液流入通道，培养液流入通道使得其内的培养液在进入培养腔的培养液流入口之前流经加热装置的一个表面；以及位于培养腔下部并与培养腔紧密封接的棱镜，棱镜与培养腔接合的表面上镀有贵金属膜。

优选地，传感芯片还可以包括透明或半透明的隔热外壳。