与0. 4mV之间变化。而此时，如果将背底信号值增大至 lmV，则光电探测器所检测到的值将变成OmV，即此时光电探测器所检测到的值在ImV与OmV 之间变化，可见OIRD信号的幅度得到明显增大。
[0091] 通常情况下，背底信号为正值，且现有的基于"三层模型"的生物芯片所得到的 OIRD信号也通常为正值，因此现有技术中的OIRD检测方法中，检测对基频和倍频信号同时 背底"调零"是有益的。
[0092] 然而对于根据本发明的基于"四层模型"的生物芯片而言，如图5a和图5b所示， 基频信号和倍频信号在相位上相差90度，也就是说，缓冲层5在一些厚度条件下，基频和倍 频信号可能同时为正或负，而缓冲层5在另一些厚度条件下，基频和倍频信号可能是正和 负反相的两路信号。无论是基频还是倍频，当其信号为负值时，不仅不需要"调零"，反而应 将背地信号调到一定大的一个幅度，这样才能保证需要的信号不被抵消而减小。
[0093] 在根据本发明提供的OIRD检测方法中，使用上述具有缓冲层5的生物芯片，在进 行正式的OIRD检测之前，先对背底信号进行调试，当所获得的OIRD信号的强度达到最大值 和/或信噪比最大时，其对应的背底信号的值即为背底信号的最佳值。将背底信号设置在 该最佳值或至少接近该最佳值后，开始OIRD检测。OIRD检测的具体步骤可采用现有技术中 的检测步骤继进行。
[0094] 其中所述的"接近该最佳值"是指，背底信号被设置为，使得斜入射光反射差检测 方法的信号的强度至少达到强度最大值的30%。
[0095] 本发明还提供了一种上述基于"四层模型"的生物芯片的制造方法，包括：
[0096] 在载玻片2上形成缓冲层5,其中缓冲层的厚度根据上述公式（2)和（3)的计算结 果而设置，通过选择缓冲层的厚度，可同时获取基频和倍频两路信号，或者通过选择缓冲层 的厚度，可使得OIRD信号的基频或倍频信号的强度获得最大值；
[0097] 在缓冲层5上形成活化层3 ;
[0098] 在活化层3上以矩阵状、单分子层的形式形成多个生物样品；
[0099] 在载玻片2上覆盖流体腔4。
[0100] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合几个具体实施例， 对本发明进一步详细说明。
[0101] 实施例1
[0102] 本实施例提供一种生物芯片，其结构包括：
[0103] 载玻片2;
[0104] 载玻片2上生长的30nm厚的缓冲层5,由聚合物（聚乙烯）构成，该缓冲层5的材 料（聚乙烯）也是一种活化层材料，可有效地对生物样品产生固定作用；
[0105] 用点样仪点制的50X50个人IgG和兔IgG的生物样品1，以矩阵状、单分子层的形 式被固定在聚合物活化材料表面；
[0106] 流体腔4,覆盖在载玻片2上，并在流体腔4中分别加入人IgG和兔IgG抗体与芯 片反应。
[0107] 本实施例提供的生物芯片中，将活化层制作得很厚。因此该活化层在起到增强对 生物样品的附着性的同时，还可以充当缓冲层的作用，从而提高OIRD检测生物芯片的灵敏 度和分辨率。
[0108] 在对本实施例提供的生物芯片进行正式的OIRD检测之前，先对背底信号进行调 试。调试结果表明，当背底信号的值为2mV时，所获得的OIRD信号的强度达到最大值。因 此将背底信号的值设置为2mV，然后开始OIRD检测。
[0109] 图6a示出了本实施例提供的生物芯片和对应于人IgG抗体反应的OIRD的倍频信 号二维扫描图。图6b示出了本实施例提供的生物芯片和对应于兔的IgG抗体反应的OIRD 的倍频信号二维扫描图。从图6a和图6b可以看出，采用本实施例提供的生物芯片及本实 施例提供的OIRD检测方法，可以检测到倍频信号，而且信号强度大大提高，较现有技术中 的基于"三层模型"的生物芯片可提高一个数量级，可有效提高OIRD检测生物芯片的灵敏 度和分辨率。
[0110] 实施例2
[0111] 本实施例提供一种生物芯片,其结构包括：
[0112] 载玻片2;
[0113] 载玻片2上生长的30nm厚的的缓冲层5,由聚合物（聚乙烯）构成，该缓冲层5的 材料（聚乙烯）也是一种活化层材料，可有效地对生物样品产生固定作用；
[0114] 用点样仪在活化层上点制的 5mg/mL，2. 5mg/mL，I. 25mg/mL，0. 625mg/mL， 312. 5μ g/mL，156. 25μ g/mL，78. 125μ g/mL，39. 0625μ g/mL共 8 个浓度兔 IgG，每个浓度 10 个样品点，同时点制30个牛血清白蛋白（BSA)样品点作对照；
[0115] 流体腔4,覆盖在载玻片2上，并加入兔IgG抗体与芯片反应。
[0116] 在对本实施例提供的生物芯片进行正式的OIRD检测之前，使用实施例1的调试结 果，把背底信号的值设置为2mV，然后开始OIRD检测，以得到上述生物芯片与兔IgG抗体的 反应结果及其反应的动态过程。
[0117] 图7a是本实施例提供的生物芯片和兔IgG抗体反应的OIRD倍频信号的二维扫描 图。图7b是反应过程中，用OIRD倍频信号实时监测芯片不同蛋白浓度IgG与兔IgG抗体反 应的动态曲线。检测结果表明，采用本实施例提供的生物芯片和OIRD检测方法，能使OIRD 检测生物芯片的灵敏度和分辨率提高一个数量级。
[0118] 根据本发明的其它实施例，其中载玻片2也可以替换成其它材质的衬底，例如玻 璃、石英、透明硬质塑料衬底等。
[0119] 根据本发明的其它实施例，其中构成缓冲层5的材料并不限于上述实施例中的聚 合物，例如还可以为SrTiO 3, SiO2, LaAlO3等透明材料，以及其它适于用作活化层材料的透明 聚合物等。另外，对于能够对生物样品产生足够的附着力的缓冲层材料，缓冲层上的活化层 也可以省略。
[0120] 另外，本发明中所说的术语"透明"，指的是对探测光的波长透明或半透明。
[0121] 综上，本发明提供了一种基于"四层模型"的生物芯片，通过设置一缓冲层，根据缓 冲层厚度的不同，OIRD的基频和倍频信号的强度在负极大值和正极大值之间变化。因此， 通过合理地设置缓冲层的厚度，可使OIRD基频和/或倍频信号的强度最佳化，也可同时获 取基频和倍频两路信号，从而提高OIRD检测方法的检测灵敏度和分辨率。
[0122] 另外，本发明提供的无需背底调零的OIRD检测方法，可进一步提高OIRD信号的强 度。
[0123] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种用于斜入射光反射差检测方法的生物芯片，包括： 衬底； 所述衬底上的透明缓冲层； 固定到所述透明缓冲层上的生物样品， 其中，所述缓冲层的厚度被设置为： i) 同时获取所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号和倍频信号；或 ii) 使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号的强度等于其负极大值或其 正极大值；或 iii) 使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的倍频信号的强度等于其负极大值或 其正极大值。2. 根据权利要求1所述的生物芯片，其中所述缓冲层的厚度被选择为使所述基频信号 的强度超过其负极大值或其正极大值的50%，同时使所述倍频信号的强度超过其负极大值 或其正极大值的50%。3. 根据权利要求1所述的生物芯片，其中所述透明缓冲层的材料为Si02、SrTi03LaA10 3 或聚合物。4. 根据权利要求1所述的生物芯片，其中所述生物样品通过活化层固定到所述缓冲层 上。5. 根据权利要求1所述的生物芯片，其中所述缓冲层由适于固定所述生物样品的活化 材料构成。6. 根据权利要求1所述的生物芯片，还包括流体腔，覆盖在所述衬底上，用于容纳与所 述生物样品反应的反应液。7. -种用于检测根据权利要求1-6中任一项所述的生物芯片的斜入射光反射差检测 方法，包括： 将背底信号的值设置为一预定值，该预定值使得斜入射光反射差检测方法的信号的强 度至少达到该信号强度能够达到的最大强度的30% ; 对所述生物芯片进行斜入射光反射差法检测。8. -种用于制造根据权利要求1-6中任一项所述的生物芯片的方法，包括： 在衬底上形成透明缓冲层； 在所述透明缓冲层上形成生物样品； 其中所述缓冲层的厚度被设置为： i) 同时获取所述斜入射光反射差检测方法的信号中的所述基频信号和所述倍频信号； 或 ii) 使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号的强度等于其负极大值或其 正极大值；或 iii) 使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的倍频信号的强度等于其负极大值或 其正极大值。
【专利摘要】本发明提供一种用于斜入射光反射差检测方法的生物芯片，包括：衬底；所述衬底上的透明缓冲层；固定到所述透明缓冲层上的生物样品，其中，所述缓冲层的厚度被设置为：i)同时获取所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号和倍频信号；或ii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的基频信号的强度等于其负极大值或其正极大值；或iii)使所述斜入射光反射差检测方法的信号中的倍频信号的强度等于其负极大值或其正极大值。
【IPC分类】G01N21/21
【公开号】CN105092480
【申请号】CN201410222952
【发明人】戴俊, 吕惠宾, 金奎娟, 王灿, 杨国桢
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月23日