一种非手性高精度纳米天线芯片及其使用方法与流程

    技术2026-01-20  6


    本发明涉及一种天线芯片,尤其涉及一种非手性高精度纳米天线芯片及其使用方法。


    背景技术:

    1、随着生物检测技术的迅猛发展,纳米天线芯片在生物传感器领域的应用越来越广泛。纳米天线芯片因其高灵敏度、快速响应和高空间分辨率等优点,成为了生物检测中的重要工具。尤其在疾病诊断、环境监测、食品安全等领域,纳米天线芯片发挥了重要作用。

    2、传统的生物检测方法,如酶联免疫吸附测定(elisa)、聚合酶链反应(pcr)等,虽然具有较高的灵敏度和特异性,但操作复杂、检测时间长,且需要专门的实验设备和人员。相比之下,纳米天线芯片不仅能够实现快速、便捷的检测,还能大大降低成本,提高检测效率。近年来,基于纳米技术的发展,纳米天线芯片的设计和制造工艺取得了显著进展。

    3、现有技术cn 103018429 b公开了一种用于硅纳米线生物检测芯片的结构及其制造方法,该结构包括半导体衬底、生长在半导体衬底上的二氧化硅隔离层、生长在二氧化硅隔离层上的多晶硅层和生长在多晶硅层上的结构层;其中,多晶硅层中包括图形化形成的硅纳米线阵列;结构层的结构为从下至上依次包括sion层、tan层和/或ta2o5层,且tan层和/或ta2o5层仅覆盖于硅纳米线阵列中各硅纳米线的表面,能够减少污染,并能够提高检测的稳定性,但采用手性结构在对生物分子进行手性检测过程中,因手性分子的结构设计复杂,对微弱信号的收集受到限制导致检测精度受限,但在提高灵敏度的同时,往往会导致背景噪声的增加,响应时间长。

    4、因此,有必要对现有技术中的纳米天线芯片进行改进,以改进缺陷。


    技术实现思路

    1、本发明克服了现有技术的不足,提供一种非手性高精度纳米天线芯片及其使用方法,旨在解决现有技术中纳米天线芯片在对生物分子进行手性检测时的灵敏度和检测精度受限的缺陷。

    2、为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种非手性高精度纳米天线芯片,包括:

    3、基底,用于支撑作用,所述基底材料选用玻璃或石英中的一种;

    4、表面修饰层,用于与样品结合并增强液体样品中待测生物分子的灵敏性,所述表面修饰层设置于所述基底表面;

    5、纳米缝隙,用于对液体样品进行容纳并对液体样品中待测生物分子的信号进行增强,所述纳米缝隙横截面为对称性图形,所述纳米缝隙为非手性结构,所述纳米缝隙与所述表面修饰层位于同一水平面,所述纳米缝隙竖直方向的尺寸与所述表面修饰层厚度一致;

    6、光路系统,用于与液体样品中待测生物分子中作用并产生光信号,所述光路系统位于所述纳米缝隙正下方且光路系统作用方向对准所述纳米缝隙;

    7、处理单元,用于对芯片工作流程进行控制并对光信号进行处理,所述处理单元与光路系统连接并控制光路系统工作,所述处理单元将光信号转化为电信号。

    8、本发明一个较佳实施例中,所述纳米缝隙为横截面为矩形,所述纳米缝隙在不同水平面上的横截面的尺寸一致。

    9、本发明一个较佳实施例中,所述纳米缝隙采用电子束光刻、纳米压印和化学气相沉积中的一种进行制造。

    10、本发明一个较佳实施例中,所述表面修饰层使用的材料为au、ag和tio2中的一种或多种,所述表面修饰层通过自组装单分子层技术和化学修饰进行处理。

    11、本发明一个较佳实施例中,所述光路系统包括:光源和光路调节器,所述光源用于产生光线,所述光路调节器用于调整光线的谐振频率、相位和极化角度,所述光源能够为激光发射器或led中的一种,所述光路系统发射的光为线性偏振光。

    12、本发明一个较佳实施例中,所述处理单元分别包括有:探测器、滤波器和控制单元,所述探测器用于将光信号转化为电信号,并将电信号输送给所述滤波器,所述滤波器对电信号进行放大和滤波处理,并转换为数字信号,所述控制单元分别与所述探测器、所述滤波器和所述光路系统进行连接并控制进行工作。

    13、为达到上述目的,本发明采用的第二套技术方案为:一种非手性高精度纳米天线芯片的使用方法,包括以下步骤:

    14、s1:将待测生物分子溶解或悬浮于液体介质中,得到液体样本;

    15、s2:将所述s1中的液体样本添加至纳米缝隙上,待测生物分子在液体样本中进行布朗运动,液体样本中的待测生物分子均匀分散在纳米缝隙中;

    16、s3:通过光路系统对所述s2纳米缝隙中的液体样本进行照射,对待测生物分子进行激活,待测生物分子发射荧光,原光路与荧光进行叠加形成光信号,纳米缝隙对光信号进行增强;

    17、s4:处理单元对所述s3中的光信号进行处理并转化为电信号。

    18、本发明一个较佳实施例中,所述s1中的待测生物分子为手性分子,手性分子包括但不限于有:蛋白质和核酸。

    19、本发明一个较佳实施例中,所述s3中光路系统的波长与待测生物分子谐振频率相匹配。

    20、本发明一个较佳实施例中,所述s3中纳米缝隙的谐振频率与待测生物分子的谐振频率吻合。

    21、本发明解决了背景技术中存在的缺陷,本发明具备以下有益效果:

    22、(1)本发明提供了一种非手性高精度纳米天线芯片及其使用方法,通过设置一个非手性结构的纳米缝隙,并通过非手性结构设计,极大地简化了纳米天线的几何形状,相比于现有技术,降低了制造工艺的复杂性,从而降低了生产成本,便于大规模生产和应用推广,解决了现有技术中检测精确性不足的缺陷。

    23、(2)本发明中,通过表面修饰层与纳米缝隙的结合,使得通过纳米缝隙得到的荧光得到增强,相比于现有技术,优化非手性纳米结构的材料和几何参数,有效降低背景噪声,提高信噪比,从而显著提升检测的精度和灵敏度,检测过程中能够快速响应,实现实时监测,满足快速检测的需求。



    技术特征:

    1.一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于:所述纳米缝隙为横截面为矩形,所述纳米缝隙在不同水平面上的横截面的尺寸一致。

    3.根据权利要求1所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于:所述纳米缝隙采用电子束光刻、纳米压印和化学气相沉积中的一种进行制造。

    4.根据权利要求1所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于:所述表面修饰层使用的材料为au、ag和tio2中的一种或多种,所述表面修饰层通过自组装单分子层技术和化学修饰进行处理。

    5.根据权利要求1所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于:所述光路系统包括:光源和光路调节器,所述光源用于产生光线,所述光路调节器用于调整光线的谐振频率、相位和极化角度,所述光源为激光发射器或led中的一种,所述光路系统发射的光为线性偏振光。

    6.根据权利要求1所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于:所述处理单元分别包括有:探测器、滤波器和控制单元,所述探测器用于将光信号转化为电信号,并将电信号输送给所述滤波器,所述滤波器对电信号进行放大和滤波处理,所述控制单元分别与所述探测器、所述滤波器和所述光路系统进行连接并控制进行工作。

    7.一种非手性高精度纳米天线芯片的使用方法,基于权利要求1-6中任一项所述的一种非手性高精度纳米天线芯片,其特征在于,包括以下步骤:

    8.根据权利要求7所述的一种非手性高精度纳米天线芯片的使用方法,其特征在于:所述s1中的待测生物分子为手性分子,手性分子包括但不限于有:蛋白质和核酸。

    9.根据权利要求7所述的一种非手性高精度纳米天线芯片的使用方法,其特征在于:所述s3中光路系统的波长和纳米缝隙的谐振频率分别与待测生物分子谐振频率相匹配。

    10.根据权利要求7所述的一种非手性高精度纳米天线芯片的使用方法,其特征在于:所述s4将光信号处理过程中,光信号被检测到的手性场为:


    技术总结
    本发明公开了一种非手性高精度纳米天线芯片及其使用方法,通过设置一个非手性结构的纳米缝隙,并通过非手性结构设计,极大地简化了纳米天线的几何形状,降低了制造工艺的复杂性,从而降低了生产成本,便于大规模生产和应用推广,解决了现有技术中生物分子手性检测精确性不足的缺陷。通过表面修饰层与纳米缝隙的结合,纳米缝隙的非手性结构能够对入射光进行共振增强,显著提高检测灵敏度,使得通过纳米缝隙得到的荧光得到增强,通过优化非手性纳米结构的材料和几何参数,有效降低背景噪声,提高信噪比,从而显著提升检测的精度和灵敏度,检测过程中能够快速响应,实现实时监测,满足快速检测的需求。

    技术研发人员:崔灵菲,潘腾
    受保护的技术使用者:圆壳生物(苏州)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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