專利名稱：快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微懸臂生物傳感器，尤其涉及一種快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器。
背景技術：
微懸臂生物傳感器是指利用固定有生物探針(與靶分子專一性結合的分子)的微懸臂表面來結合待測生物靶分子后引起微懸臂的繞度或者頻率變化的原理來檢測環(huán)境和體內的生物靶分子的傳感器。基于微懸臂生物傳感器的工作模式可以分為靜態(tài)和動態(tài)工作模式。靜態(tài)工作模式是指在測量待測生物靶分子的作用下微懸臂發(fā)生的彎曲形變作為測量參數的工作模式。這種模式如瑞上的巴塞爾大學和美國數字儀器(DI)公司申請的專利(專利號為US5807758)中所描述的。動態(tài)工作模式是指在測量待測生物靶分子的作用下，造成微懸臂質量、應力的變化，進而導致微懸臂的諧振頻率特性發(fā)生變化的工作模式。通過檢測諧振頻率的變化可以對待測生物靶分子進行定性和定量分析。這種模式方便、精確、可靠且便于集成化。在面向臨床診斷、環(huán)境檢測和便攜式儀器的生物傳感器中有廣闊的發(fā)展前景。Nanogen(納米基因，www.nanogen.com/products)公司首次將電場引入到生物芯片中，提高了DNA(脫氧核糖核酸)檢測的速度，降低DNA檢測的本底，雖增加了檢測的速度，但測量的精確度還不夠理想，還需要改進。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于解決在先技術中的微懸臂生物傳感器在檢測生物樣品過程中存在的下述缺點由于微懸臂在無電場的情況下，分子間的反應主要靠分子的熱運動與微懸臂表面的生物探針碰撞產生的。生物探針捕捉靶分子的效率除了和結合常數相關外，還同待測生物的溶液中所包含的靶分子的濃度相關。在濃度較低的情況下，微懸臂響應小，甚至沒有。同時，還由于不完全匹配的結合反應等的干擾會導致檢測結果出現假陽性和假陰性的現象。針對這些缺點，在微懸臂檢測靶分子的基礎上，本實用新型提供一種新型的能夠在低濃度情況下靈敏、快速和準確地檢測生物樣品，用電場驅動的微懸臂生物傳感器。
為了達到上述的目的，本實用新型采用的技術方案是采用動態(tài)工作模式。引入電場驅動待測樣品靶分子迅速聚集在微懸臂表面的生物探針上，造成微懸臂質量和應力的變化。通過檢測微懸臂的諧振頻率的變化，進而對待測樣品靶分子的定性和定量分析。
使它包含帶有電場的液體樣品室，位于液體樣品室內上部的固定有生物探針的微懸臂，位于液體樣品室內底部的底部電極；所述的微懸臂是作為正電極或負電極的微懸臂電極；所述的底部電極則是作為負電極或正電極；微懸臂電極與底部電極之間構成位于液體樣品室內的靜電場或交變電場。
所述的固定有生物探針的微懸臂是單個固定有生物探針的微懸臂，或者是固定有生物探針的微懸臂陣列。
如上述的結構，當在微懸臂電極與底部電極加上電壓后，微懸臂上的生物探針在電場的作用下，可更快地捕獲置放在液體樣品室內的待測樣品的靶分子。在生物探針與靶分子雜交反應的過程中，首先是以微懸臂電極作為正電極，底部電極作為負電極，帶負電荷的靶分子朝正電極方向泳動，快速地碰撞微懸臂上的生物探針，并富集到生物探針上。由此測量其諧振頻率發(fā)生的變化。然后再施加反向電場，即，使微懸臂電極由正電極變成負電極，底部電極由負電極變成正電極。在反向電場的作用下，使附著在微懸臂生物探針表面上的非特異反應的靶分子由生物探針表面上脫開向底部電極方向泳動。此時由微懸臂測量出的諧振頻率就是洗脫了不希望摻入測量數據內的非特異反應的靶分子的諧振頻率。因此，本實用新型的生物傳感器在電場的驅動下，不僅提高了測量速度，而且提高了測量的靈敏度和精確度。
本實用新型的生物傳感器效果顯著。
如上述的結構，本實用新型的生物傳感器與在先技術相比，本實用新型的生物傳感器使用電場驅動靶分子快速在微懸臂的生物探針上產生生化反應。不僅提高了測量速度，而且使其檢測靈敏度可以提高100～1000倍。當待測樣品的靶分子為DNA時，本實用新型的微懸臂生物傳感器的檢測限可以達到300pg/ml。
本實用新型采用電場驅動的微懸臂生物傳感器，不僅能夠提高檢測的靈敏度、速度和準確度，而且結構比較簡單，使用方便，能進一步集成化。


圖1為本實用新型微懸臂生物傳感器的結構示意圖。
圖2為本實用新型微懸臂生物傳感器的一個實施例，在加入電場驅動時，DNA靶分子的泳動狀態(tài)示意圖。
圖3是圖2的實施例所測量的諧振頻率譜圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型微懸臂生物傳感器的結構特征。
圖1是本實用新型生物傳感器的結構。如圖1所示，本實用新型生物傳感器包含底板7，位于底板7上的加液口1和出液口5。置于底板7上密封槽(圖中未示出)內的，包含加液口1和出液口5在內的密封圈6。位于密封圈6內的帶加液口1和出液口5的液體樣品室3。位于液體樣品室3內的固定底座彈簧9，置于固定底座彈簧9上面的微懸臂底座8，置于微懸臂底座8上的帶有生物探針的微懸臂(或者是微懸臂陣列)2。位于液體樣品室3內底部的底部電極4。
上述所包含的構件均集成化地構成一體。也就說，本實用新型的微懸臂生物傳感器是集成化的微懸臂生物傳感器。
圖2是應用圖1結構的本實用新型生物傳感器的實施例。
實施例1在液體樣品室內加入靜電場(如圖2所示)。首先將待測生物大分子(DNA靶分子)的溶液通過加液口1注入到液體樣品室3內，微懸臂上固定的是與待測生物大分子(DNA靶分子)專一結合的大分子(與DNA靶分子互補的DNA探針)生物探針。將液體樣品室3內的微懸臂電極5和底部電極4之間接入直流電源10。微懸臂電極5為正電極，底部電極4為負電極。在兩電極之間加入直流電壓0.5伏。當兩電極上加入電壓后，在液體樣品室3內的兩電極之間形成了電場，在電場的驅動下，待測樣品中的帶負電荷的DNA靶分子迅速地泳動到作為正電極的微懸臂電極上。為時5分鐘，微懸臂上的生物探針上已捕獲了一定量的DNA靶分子。測量其微懸臂的諧振頻率，如表1中所示。在加電場與不加電場的情況下，雜交反應前后，從微懸臂的諧振頻率主峰的位移變化上看到了本實用新型生物傳感器加入電場與在先技術不加電場相比，本實用新型的生物傳感器反應的靈敏度能提高2-3個數量級，可以測量的DNA靶分子濃度達到300pg/ml(皮克每毫升)。
表1微懸臂生物傳感器在不同DNA靶分子濃度溶液中，有電場驅動及無電場驅動情況下雜交反應前后諧振頻率主峰的變化。
實施例2在液體樣品室內加入交變電場。如圖2所示，在微懸臂(或微懸臂陣列)表面上固定了DNA探針的情況下，在電場的作用下，微懸臂上固定的DNA探針捕獲溶液中的DNA靶分子，即DNA雜交反應過程中，以微懸臂電極作電場的正電極，在液體樣品室底部的底部電極作為負電極，施加0.5V的電壓。在電場的作用下，DNA分子(DNA外周帶負電荷的分子)朝正電極方向泳動，使帶負電荷的DNA靶分子富集到微懸臂(或微懸臂陣列)表面，快速地碰撞微懸臂表面DNA探針。微懸臂(或微懸臂陣列)的諧振頻率迅速地變化。因此提高了檢測的靈敏度和速度。再改變直流電壓的方向，使微懸臂電極的正電極變成負電極，而底部電極的負電極變?yōu)檎姌O。在液體樣品室5內形成交變電場。此時，通過施加反向電場洗脫掉泳動到微懸臂生物探針上的非特異反應的生物分子，降低非特異性物質被微懸臂上生物探針的吸附，進而提高了分析的準確度。在本實施例中，使用振動模式原子力顯微鏡對微懸臂的諧振頻率進行掃描，得到微懸臂的頻率譜(圖3所示)。
當取在200～400kHz區(qū)間內的諧振頻率進行分析時，在電場驅動的情況下，DNA靶分子濃度在30ng/ml時，雜交反應后諧振頻率主峰位移達1.2kHz；DNA靶分子濃度低至300pg/ml情況下，諧振頻率主峰位移為0.3kHz(表1)。相比不加電場的情況下，DNA靶分子濃度在3μg/ml時，諧振頻率位移為1.2kHz，而DNA靶分子濃度在300ng/ml時，諧振頻率位移僅0.2kHz(見表1)。由于振動模式原子力顯微鏡對諧振頻率檢測本底波動為0.1kHz，按3倍諧振頻率的本底波動作為檢測限來計算，在加電場的情況下，微懸臂生物傳感器對DNA的檢測限可以達到300pg/ml。因此認為，在加電場驅動的情況下，檢測靈敏度可以提高100～1000倍。
圖3是用振動模式原子力顯微鏡對實施例2中微懸臂測得的頻率譜。曲線01是次峰為179.65kHz；曲線02是主峰為270.77kHz，(頻率掃描范圍是0至600KHz)。在上述的實施例中是以主峰頻率的位移為準。
權利要求1.一種快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，它包含帶有電場的液體樣品室，位于液體樣品室內上部的固定有生物探針的微懸臂，其特征在于包含位于液體樣品室內底部的底部電極；所述的微懸臂是作為正電極或負電極的微懸臂電極；所述的底部電極則是負電極或正電極；微懸臂電極與底部電極之間構成位于液體樣品室內的靜電場或交變電場。
2.根據權利要求1所述的快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，其特征在于所述的固定有生物探針的微懸臂是單個固定有生物探針的微懸臂，或者是固定有生物探針的微懸臂陣列。
3.根據權利要求2所述的快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，其特征在于所述的固定在微懸臂上的生物探針是帶有與待測樣品靶分子專一性結合的分子的探針。
4.根據權利要求1所述的快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，其特征在于所述的液體樣品室包含帶加液口和出液口的底板，位于底板上包含加液口和出液口在內的密封槽，置于密封槽內的密封圈構成位于密封圈內的帶加液口和出液口的液體樣品室。
5.根據權利要求1所述的快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，其特征在于所述的固定有生物探針的微懸臂置于液體樣品室內的位于固定在底座彈簧上的固定底座上。
6.根據權利要求1所述的快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，其特征在于所述的微懸臂生物傳感器是集成化的微懸臂生物傳感器。
專利摘要一種快速檢測生物分子的微懸臂生物傳感器，它包含帶有電場的液體樣品室。位于液體樣品室內上部的是固定有生物探針的微懸臂，或者微懸臂陣列。位于液體樣品室內底部的是底部電極。微懸臂或微懸臂陣列作為正電極(或負電極)與作為負電極(或正電極)的底部電極之間在液體樣品室內構成靜電場或交變電場。放入液體樣品室內的待測樣品大分子在電場的驅動下，迅速泳向正或負電極，使微懸臂上的靶分子濃度增高，進而導致微懸臂的諧振頻率快速變化。提高了測量速度，靈敏度和精確度。與在先技術不加電場相比，本實用新型的生物傳感器的檢測靈敏度可提高100～1000倍。
文檔編號G01N27/327GK2795853SQ200520040958
公開日2006年7月12日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權日2005年4月19日
發(fā)明者李民乾, 張志祥 申請人:上海愛建納米科技發(fā)展有限公司