基于光學(xué)讀出的微懸臂梁生化傳感技術(shù)研究.pdf

1、微懸臂梁生化傳感技術(shù)是近年發(fā)展起來的新興技術(shù)。當(dāng)有生化反應(yīng)在微懸臂梁的單側(cè)表面發(fā)生時，其表面應(yīng)力的改變會導(dǎo)致微懸臂梁產(chǎn)生彎曲變形，通過光學(xué)或電學(xué)讀出方法可以測量變形值。由于其具有大比表面積，表面效應(yīng)強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)陣列集成等優(yōu)點(diǎn)，為生化傳感器的研究提供了新的思路，成為研究的熱點(diǎn)。 本文以微懸臂梁生化傳感技術(shù)發(fā)展的兩大核心--提高檢測靈敏度和高通量檢測為出發(fā)點(diǎn)，對基于光杠桿原理的單懸臂梁檢測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，利用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了大分

2、子在界面的自組裝過程以及在不同的抗體修飾方法下，抗原抗體的特異性結(jié)合，并提出了兩種微懸臂梁陣列檢測的方案。 通過使用聚焦處半徑較小的激光器，穩(wěn)定激光器的輸出強(qiáng)度，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可重復(fù)性得到提高。通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，在反射光路中加入凸透鏡以及優(yōu)化微懸臂梁尺寸，可以使系統(tǒng)檢測靈敏度分別提高4倍和20倍。通過使用高精度的恒溫器(溫控精度±0.01K)，消除了微懸臂梁的熱變形影響，同時使本底噪音保持在合理的范圍，而且確保樣品溫度和容器池的

3、溫差不會對系統(tǒng)檢測造成影響，提高了系統(tǒng)的信噪比。通過對傳統(tǒng)光路參數(shù)的理論分析，得到在特定的光路參數(shù)下，可以完全消除溶液折射率改變對系統(tǒng)檢測的影響，而且不改變系統(tǒng)的檢測靈敏度。理論分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。利用溶液折射率變化對系統(tǒng)檢測的影響，提出了一種通過檢測液體折射率來檢測液體濃度的方案。 研究了不同分子量的巰基化的聚N-異丙基丙烯酰胺(HS-PNIPAM)在金表面自組裝的動力學(xué)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明HS-PNIPAM在自組裝過程中存

4、在三個階段，分別對應(yīng)不同的分子構(gòu)象。第一階段為物理吸附階段，第二、三階段為伴隨著分子構(gòu)象變化的化學(xué)吸附階段。化學(xué)吸附曲線符合Langmuir等溫吸附。分析結(jié)果還顯示HS-PNIPAM的表面吸附速率κ遠(yuǎn)小于小分子的吸附速率，并與分子量成負(fù)指數(shù)關(guān)系；HS-PNIPAM的自組裝時間遠(yuǎn)大于小分子的自組裝時間，并與分子量成正比；底物表面應(yīng)力的改變與分子量成正線性關(guān)系。 研究了在三種抗體修飾方法下，抗原抗體的特異性結(jié)合。將抗體修飾在微懸臂梁

5、的金面，檢測不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品下微懸臂梁的彎曲變形，包括抗體巰基化修飾方法檢測瘦肉精、SPA修飾抗體的方法檢測瘦肉精和氯霉素以及二抗修飾抗體的方法檢測青蒿素和馬兜鈴酸?？贵w的活性以及在微懸臂梁上進(jìn)行抗原抗體結(jié)合的可行性得到了ELISA實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：抗原抗體的結(jié)合具有很強(qiáng)的選擇性。結(jié)合產(chǎn)生了壓應(yīng)力，且與濃度成正比。二抗修飾方法是三種方法中效果最差的，檢測極限比標(biāo)準(zhǔn)曲線對應(yīng)的IC20低于兩個數(shù)量級。SPA修飾方法與巰基化修飾方法

6、的檢測效果大體一致，檢測極限都要優(yōu)于1ng/ml，與標(biāo)準(zhǔn)曲線對應(yīng)的IC20相當(dāng)。分析認(rèn)為，檢測極限與抗體活性和抗原抗體結(jié)合位置到微懸臂梁表面的距離有宣接的關(guān)系。 提出了兩種檢測微懸臂梁陣列變形的光路方案。第一，在UC Berkeley的光路基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)，將偏振光引入檢測系統(tǒng)，通過對光束偏振態(tài)的控制，降低了測量信號的背景噪聲，提高了系統(tǒng)信噪比；通過對微懸臂梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)(初始轉(zhuǎn)角和反光板)，提高光學(xué)檢測靈敏度。第二，將光學(xué)濾波方