本公开属于生化传感检测领域，涉及一种基于lspr的多通道微流控传感芯片及其制作方法。
背景技术：
微流控芯片，是把生物、化学、医学等分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本单元集成到微米级的反应池中进行的一种微型全分析系统，以生物化学为基础，以微纳加工技术为依托，以生命科学等为研究对象，把整个实验室功能集成到芯片上完成，其应用前景非常广阔。微流控芯片的一个重要应用就是传感检测。其主要优点：(1)是可将检测体积限制在很小的范围内，有利于提高传感灵敏度和信噪比；(2)是检测体系被限制在很小的区域里，有利于加快反应速度，缩短检测时间。微流控芯片检测目前较常用的方法有紫外吸收检测法、荧光检测法、化学发光检测法、以及电化学检测法等。
近年来，随着微纳米加工技术、光学检测技术及微流控芯片技术的发展，表面等离子体技术，特别是局域表面等离子体共振(lspr，localizedsurfaceplasmonresonance)传感技术日益成熟，以lspr为检测手段的微流控芯片检测技术得到了快速发展。该检测技术最大的优点是无需对待测样品进行任何标记，并且有较高的分析灵敏度、信噪比和空间分辨率。由于上述优点，将微流控芯片与lspr传感技术进行集成，成为一种很有应用前景的传感检测技术。
虽然lspr传感检测技术在微流控芯片领域有非常好的应用前景，尤其是可用于癌症早期检测以及预后监测，但是由于微纳加工成本高，限制了其商用化，目前大部分仍处于科学研究阶段。因此，鉴于目前微流控lspr传感技术应用的局限性以及癌症早期检测及预后监测的需求，本公开提出一种基于lspr的多通道微流控光谱检测癌症标志物的传感芯片及其制备方法，以降低其成本，促进其商业化。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片及其制作方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片的制作方法，包括：将多孔胶片版贴在转移有双通aao膜的衬底上，然后生长金膜；依次揭掉多孔胶片版、剥离双通aao膜，在衬底上得到与多孔胶片版匹配的包含金纳米颗粒阵列的传感单元阵列；将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片键合；以及修饰传感单元阵列中的金纳米颗粒，偶联检测抗体，完成多通道微流控传感芯片的制作。
在本公开的一些实施例中，双通aao膜上具有若干呈阵列分布的纳米孔，所述金纳米颗粒阵列中金纳米颗粒的分布与双通aao膜上纳米孔的分布一致。
在本公开的一些实施例中，纳米孔的直径介于50nm-95nm之间；和/或纳米孔阵列的周期介于65nm-125nm之间；和/或双通aao膜的膜厚介于100nm-130nm之间。
在本公开的一些实施例中，多通道pdms微流控芯片中具有若干微流通道，多孔胶片版中具有若干通孔，微流通道的个数、位置、以及大小与通孔的个数、位置、以及大小一致。
在本公开的一些实施例中，修饰传感单元阵列中的金纳米颗粒，偶联检测抗体，包括：在微流通道中通入可与金表面通过金硫键结合的溶液；用edc/nhs混合液活化羧基，产生可与抗体的氨基结合的羧基；以及通入检测抗体，检测抗体和产生的羧基通过羧基和氨基的缩合反应而被修饰在传感单元阵列中的金纳米颗粒上。
在本公开的一些实施例中，金膜的生长方式包括：电子束蒸发或者磁控溅射；和/或金膜的厚度介于20nm-60nm之间。
在本公开的一些实施例中，将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片键合的步骤之前，还包括：键合前先对多通道pdms微流控芯片打孔，在多通道pdms微流控芯片中的每个微流通道上设置有微流通道入口和微流通道出口，保证检测液体在微流通道的顺利出入。
在本公开的一些实施例中，将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片键合的方式有：采用氧等离子体轰击或采用电晕处理器处理。
在本公开的一些实施例中，得到转移有双通aao膜的衬底的方法，包括：把双通aao膜在丙酮中浸泡，去除其支撑基底，再用镊子把洁净衬底浸入丙酮溶液中，然后使双通aao膜在衬底从溶液中提起的过程中紧贴衬底，从而被转移在衬底上。
根据本公开的另一个方面，提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片，由本公开提到的任一种制作方法制得。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于lspr的多通道微流控传感芯片及其制作方法，具有以下有益效果：
(1)通过转移超薄双通阳极氧化铝(aao)膜至衬底上，并在其上贴附多孔胶片版作为镀金的掩膜，使得金纳米颗粒在多孔胶片版对应的多通道中按照aao膜的纳米孔进行分布，从而制备得到含有多个金纳米颗粒阵列的传感单元阵列，方法简单、材料和制作成本较低，并且具有可调节的多个通道，可根据检测的标志物种类选择合适的通道数，集成度高；
(2)传感基底的种类可以根据目的需要选择硬质衬底或柔性衬底，lspr光谱检测可以根据衬底的透光性选择反射和透射两种方式，工作模式可选择范围大；传感基底由超薄双通aao膜为掩膜制成，原料易得，成本低；
(3)通过设置微流控芯片的微流通道与传感单元进行键合，然后在微流通道中修饰金纳米颗粒，偶联检测抗体，修饰方法简单，重现性好。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示的基于lspr的多通道微流控芯片的制作方法流程图。
图2为如图1所示的多通道微流控芯片的制作方法各步骤对应的结构示意图。
图3为图2所示的九孔胶片版的俯视图。
图4为图2所示的制备得到的含有多个金纳米颗粒阵列的传感单元阵列的俯视图。
图5为图2所示的九通道的pdms微流控芯片的俯视图。
图6为根据本公开一实施例所示的转移超薄双通aao膜至传感基底之后的sem照片。
图7为根据本公开一实施例所示的传感单元中的金纳米颗粒阵列的sem照片。
【符号说明】
1-衬底；2-双通aao膜；
3-多孔胶片版；
31-通孔；
4-金膜；
5-传感单元阵列；
51-传感单元；52-金纳米颗粒阵列；
6-多通道pdms微流控芯片；
61-微流通道；62-微流通道入口；
63-微流通道出口。
具体实施方式
本公开提供的基于lspr的多通道微流控传感芯片及其制作方法，通过转移超薄双通阳极氧化铝(aao)膜至衬底上，并在其上贴附多孔胶片版作为镀金的掩膜，使得金纳米颗粒在多孔胶片版对应的多通道中按照aao膜的纳米孔进行分布，从而制备得到含有多个金纳米颗粒阵列的传感单元阵列，方法简单、材料和制作成本较低，并且具有可调节的多个通道，可根据检测的标志物种类选择合适的通道数，集成度高，有利于实现产业化生产。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片的制作方法。
图1为根据本公开一实施例所示的基于lspr的多通道微流控芯片的制作方法流程图。图2为如图1所示的多通道微流控芯片的制作方法各步骤对应的结构示意图。
参照图1和图2所示，本公开的基于lspr的多通道微流控传感芯片的制作方法，包括：
步骤s102：将双通aao膜转移至洁净的衬底上；
本步骤s102中，首先，进行衬底的清洗，然后将超薄的双通aao膜转移至洁净的衬底上。
衬底包括硅、石英等硬质衬底，以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚二甲基硅氧烷(pdms)等柔性衬底，优选石英和pdms等透光性好的衬底。
本实施例以石英衬底为例，依次用丙酮，乙醇，去离子水依次超声清洗，清洗时间为15min，然后用氮气吹干衬底表面，得到的洁净的衬底如图2中(a)所示。
本实施例中，将超薄的双通aao膜转移至洁净的衬底上的方法包括：把双通aao膜2在丙酮中浸泡，去除其支撑基底，再用镊子把洁净衬底1浸入丙酮溶液中，轻轻地操作，使双通aao膜2在衬底1从溶液中提起的过程中紧贴衬底1，从而被转移在衬底1上，得到的转移有双通aao膜的衬底如图2中(b)所示。
本实施例中，双通aao膜2上具有若干呈阵列分布的纳米孔，该纳米孔的直径为50nm-95nm，纳米孔阵列的周期为65nm-125nm，双通aao膜2的膜厚介于100nm-130nm之间。优选纳米孔直径为70nm-90nm，相应的周期为100nm-125nm，膜厚为100nm。这里的纳米孔阵列的周期，指的是相邻两个纳米孔之间的距离。这里的纳米孔阵列可以在垂直的两个方向按照相同或者不同的周期进行排布，优选纳米孔阵列以均匀的方式进行排布。
步骤s104：将多孔胶片版贴在转移有双通aao膜的衬底上；
图3为图2所示的九孔胶片版的俯视图。
本实施例中，将多孔胶片版3贴在转移有双通aao膜2的衬底1上，参见图2中(c)所示，本实施例以多孔胶片版3含有9个通孔31进行示例，参见图3所示。
本公开中对于多孔胶片版3中通孔31的数量、大小、以及通孔间距的选取，是根据实际需要进行设置的，由于多孔胶片版中通孔的数量决定了后续得到的传感单元阵列中传感单元的数量，因此根据实际检测需求来设定传感单元阵列的个数，从而设定多孔胶片版中通孔的数量、大小、以及通孔间距。通孔间距指的是两个相邻通孔中心之间的间距。
本实施例中，多孔胶片版3的尺寸为2cm×2cm，厚度为0.2mm；多孔胶片版3上具有n个通孔31，n≥2，优选通孔呈阵列分布的多孔胶片版，通孔的个数n满足：n＝p×q，其中，p、q均为正整数。在一实例中，多孔胶片版3为九孔胶片版，通孔的直径为3mm，通孔间距为5mm；在另一实例中，多孔胶片版3为十六孔胶片版，通孔的直径为2mm，通孔间距为4mm。
步骤s106：在贴有多孔胶片版的衬底上生长金膜；
本实施例中，在贴有多孔胶片版3的衬底1上生长金膜4，金膜4的生长方式为电子束蒸发或者磁控溅射等；金膜4的沉积厚度介于20nm-60nm之间，优选30nm-40nm，这里的金膜4有一部分沉积在多孔胶片版3之上，一部分沉积于多孔胶片版3的通孔31区域中，并且沉积到双通aao膜2上及其纳米孔中，参见图2中(d)所示。
步骤s108：依次揭掉多孔胶片版、剥离双通aao膜，在衬底上得到与多孔胶片版匹配的包含金纳米颗粒阵列的传感单元阵列；
图4为图2所示的制备得到的含有多个金纳米颗粒阵列的传感单元阵列的俯视图。
本实施例中，轻轻揭掉多孔胶片版3，沉积于多孔胶片版3上的金膜也随着多孔胶片版3去除，剩下沉积于多孔胶片版3的通孔31区域中的金膜4，该金膜4沉积于双通aao膜2上及其纳米孔中；然后用高温胶带或者3m胶带轻轻粘在沉积有金膜的双通aao膜2上，双通aao膜2即随着胶带一起被剥离，那么就在衬底1上得到与多孔胶片版匹配的包含金纳米颗粒阵列的传感单元阵列5，参照图2中(e)所示。
参照图4所示，传感单元阵列5包含若干传感单元51，在每个传感单元51中为金纳米颗粒阵列52，该金纳米颗粒阵列52的排布方式与双通aao膜2的纳米孔相同。其中，传感单元51的大小与多孔胶片版3的通孔31大小相同，传感单元51内为制备的金纳米颗粒阵列52，金纳米颗粒阵列52中的金纳米颗粒的直径和周期与双通aao膜2中纳米孔的直径和纳米孔阵列的周期相同。
步骤s110：将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片键合；
图5为图2所示的九通道的pdms微流控芯片的俯视图。
将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片进行键合之前的准备工作如下：键合前先对多通道pdms微流控芯片6打孔，保证每个微流通道61都有一个微流通道入口62和一个微流通道出口63，参照图5所示。
本公开的多通道pdms微流控芯片6中微流通道61的个数、位置、以及大小与多孔胶片版3中的通孔31的个数、位置、以及大小一致，参照图2中(f)所示。
本实施例中，为了与传感单元阵列、九孔胶片版进行匹配，pdms微流控芯片包含9个微流通道61，且微流通道61的位置、大小和九孔胶片版3中通孔31的位置、大小一致。另外，要求微流通道入口62和微流通道出口63要打通孔，有利于液体顺利进入通道，以防出现入口或者出口没打通导致通道堵塞的情况。
本实施例中，将带有传感单元阵列的衬底和与之匹配的多通道pdms微流控芯片进行键合的方式有：采用氧等离子体轰击或采用电晕处理器处理，将带有传感单元阵列5的衬底1和与打孔后的多通道pdms微流控芯片6键合面同时在氧等离子体机中打氧，或者用电晕处理器处理，处理时间为25s-30s，即可实现带有传感单元阵列5的衬底1和与之匹配的多通道pdms微流控芯片6的键合，键合后的结构如图2中(f)所示，在传感单元阵列5上匹配有微流通道61。
步骤s112：修饰传感单元阵列中的金纳米颗粒，偶联检测抗体，完成多通道微流控传感芯片的制作；
本实施例中，修饰传感单元阵列中的金纳米颗粒，偶联检测抗体的步骤包括：第一步在通道中通入可与金表面通过金硫键结合的溶液；第二步用edc/nhs混合液活化羧基，产生可与抗体的氨基结合的羧基；第三步通入检测抗体，检测抗体和第二步中产生的羧基通过羧基和氨基的缩合反应而被修饰在基底上，成为有检测功能的传感芯片，放于4℃冰箱备用。
其中，多个微流通道61的传感单元51可以同时修饰一种或多种抗体，检测多个癌症标志物，根据实验需求设置阴性、阳性对照，使得最终的传感单元个数与实验检测需求相匹配。
在一实例中，还对上述基于lspr的多通道微流控传感芯片的制作方法转移的超薄双通aao膜以及传感单元中的金纳米颗粒阵列进行了扫描电镜表征。
图6为根据本公开一实施例所示的转移超薄双通aao膜至传感基底之后的sem照片。图7为根据本公开一实施例所示的传感单元中的金纳米颗粒的sem照片。
图6为500nm标尺下的sem照片，图7为1μm标尺下的sem照片，放在同一标尺下，二者所示样品的尺寸和分布是一致的，因此结合图6和图7中的sem表征结果可知：金纳米颗粒阵列52中的金纳米颗粒的直径和周期与双通aao膜2中纳米孔的直径和纳米孔阵列的周期保持一致。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片，由上述制作方法制得。
参照图2中(e)和(f)所示，本公开的基于lspr的多通道微流控传感芯片，包括：传感基底，包括：衬底1；以及传感单元阵列5，位于衬底1之上，包含n个传感单元51，n≥2，每个传感单元51内为金纳米颗粒阵列52；多通道pdms微流控芯片6，其微流通道与传感单元阵列5相匹配，该微流通道具有入口和出口；以及检测抗体，偶联于传感基底中的金纳米颗粒阵列上。
该传感芯片中的微流通道的数量可以根据实际检测需要进行设置，对应在制备过程中选择匹配数量和分布的aao膜和多孔胶片版即可。
本实施例中的传感基底的种类可以根据目的需要选择硬质衬底或柔性衬底，lspr光谱检测可以根据衬底的透光性选择反射和透射两种方式。
综上所述，本公开提供了一种基于lspr的多通道微流控传感芯片及其制作方法，通过转移超薄双通阳极氧化铝(aao)膜至衬底上，并在其上贴附多孔胶片版作为镀金的掩膜，使得金纳米颗粒在多孔胶片版对应的多通道中按照aao膜的纳米孔进行分布，从而制备得到含有多个金纳米颗粒阵列的传感单元阵列，方法简单、材料和制作成本较低，并且具有可调节的多个通道，可根据检测的标志物种类选择合适的通道数，集成度高，有利于实现产业化生产；传感基底的种类可以根据目的需要选择硬质衬底或柔性衬底，lspr光谱检测可以根据衬底的透光性选择反射和透射两种方式，工作模式可选择范围大；传感基底由超薄双通aao膜为掩膜制成，原料易得，成本低；通过设置微流控芯片的微流通道与传感单元进行键合，然后在微流通道中修饰金纳米颗粒，偶联检测抗体，修饰方法简单，重现性好。
需要说明的是，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。