[实用新型]一种光谱生物传感装置

说明书

本实用新型涉及分子检测领域，具体涉及一种光谱生物传感装置。本实用新型基于LSPR纳米材料的光学性质，结合光谱成像中有效的空间信息，使通常只有单通道单物质检测能力的LSPR纳米生物芯片具有了同时检测多种不同物质的能力。同时，本实用新型只需要纳米生物芯片与光谱成像装置即可以进行快速准确地检测与高通量筛选，大大降低了具有类似功能检测系统的复杂度、使用成本和操作难度。

技术领域

本实用新型涉及分子检测领域，具体涉及一种光谱生物传感装置。

背景技术

自上世纪80年代以来表面等离子体共振技术被广泛地用来实时跟踪生物分子间的相互作用，其特点是无需做任何标记。之后随着微纳加工工艺和成像设备的发展，局域表面等离子体共振(LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)技术也应运而生，为便携化相关设备仪器与多功能化芯片设计提供了支持。LSPR现象是由特定波长的光线入射到由具有纳米结构的金属材料上，与其表面电子的整体振动频率相互共振时，发生的光能被吸收的效应。通常情况下，贵金属如金、银、铂等组成的纳米材料具有很强的LSPR效应，并且在紫外可见光波段体现出来。其共振波长取决于金属纳米材料的构成、形状、结构、尺寸等，还对周围介质非常敏感。因此，合理设计并功能化修饰后的LSPR纳米材料被广泛地用于基于光学信号变化的化学和生物传感器。此类传感器无需标记，对光谱设备要求较低，可以做到实时、高灵敏的检测。在环境监测、药物研究、疾病诊断、食品安全等方面具有很大的应用前景。

现有的LSPR生物传感技术一般多为单点检测，需要配合光谱仪探测，输出结果为该点的吸收光谱，通过该光谱在检测物质吸附前后的变化，达成检测的目的。通过分析其特定波长的强度随时间的变化可以实现对于检测物质的实时检测。其特异性由LSPR材料表面所修饰的受体分子所决定。

与其配套的光谱仪在近年来也得到了巨大的发展，在实验室中研究用途的传统光谱仪基础上，其整体朝着便携化甚至微型化、智能化和成像化等方向发展。其中光谱成像技术(SI：Spectral Imaging)则是结合了具有空间分辨能力的成像技术与具有光谱分辨能力的光谱技术，从而形成光强随空间坐标及波长坐标的分布：即光谱数据立方。光谱成像技术被广泛地应用于地形勘探，目标搜索，文物鉴定等领域。近期由于光谱分辨率的逐渐完善，在生物医学领域例如药品测试，细胞探测，伤害评估等方面也发挥了作用。相比于只具有RGB三色通道的彩色成像，光谱成像具有更多的通道，具有更高的光谱分辨率，可以更好地检测成像对象的表面化学成分和细微差别。相比于只能对单点进行光谱采集的传统光谱仪，光谱成像具有空间分辨能力，从而可以对一定空间内的不同位点进行同时的光谱采集。

光谱成像一般以空间成像为主，光谱为辅助，为遥感检测装置居多。由于其检测物质表面的因物理化学性质不同而产生的差异，并不具有很强的特异性，而且光谱分辨率较低，属于多光谱成像范畴。近年来，有利用高光谱图像直接分析组织细胞，进行癌变与正常区域(或细胞)的鉴定，其利用了组织细胞表面的生物化学性质的综合特征来进行识别，可以实现较高的准确性。但光谱成像因为缺乏特异性在生物传感与检测中并没有得到广泛地利用。

对于实际问题，比如在疾病诊断中，一种疾病往往对应着几种甚至更多种不同的指示物，同时检测不同的指示物，可以达到提高疾病诊断准确率的目的。又比如在药物筛选中，针对同一个受体分子，往往需要在大型的分子库中快速筛选出少数几种亲和力较强的配体分子，高通量的筛选技术成为必不可少的手段之一。然而，基于LSPR纳米材料的传统生物传感技术难以满足以上所述同时检测多种物质或高通量筛选的需求。通过在检测流通池内做物理空间上的分区，利用微流控可以实现多种物质检测的目的。但是整个微流控系统无疑大大地提高了检测成本和操作难度。另外，利用光谱仪的空间移动来完成对一系列位点上的光谱收集也是一种解决办法，但机械移动造成了检测时间的延长，附带的机械控制装置也增加了整个检测系统的复杂性(CN208705218U多通道吸收光谱检测台及检测系统)。所以在生物传感领域中，光谱成像的空间信息其实并没有得到有效的利用。

实用新型内容