一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法
【專利摘要】一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，病毒檢測(cè)組件包括上下并排布置的直波導(dǎo)，相鄰上下直波導(dǎo)之間為狹縫波導(dǎo)，直波導(dǎo)材料的折射率比狹縫波導(dǎo)的折射率高；檢測(cè)方法包括以下步驟：1）利用弱酸對(duì)波導(dǎo)表面進(jìn)行腐蝕處理；2）將待檢測(cè)病毒抗原/抗體附著在狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁；3）狹縫波導(dǎo)中通入不含病毒的正常血液樣本，所述直波導(dǎo)通光，檢測(cè)狹縫波導(dǎo)初始狀態(tài)的光場(chǎng)強(qiáng)度，作為基準(zhǔn)值；4）當(dāng)狹縫波導(dǎo)中流過(guò)供待檢測(cè)血液樣本后，再次檢測(cè)狹縫波導(dǎo)的光場(chǎng)強(qiáng)度，如果狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)強(qiáng)度與基準(zhǔn)值相比，增加量超出設(shè)定閾值，則判定含有待檢測(cè)病毒；否則，判定不含有待檢測(cè)病毒。本發(fā)明在滿足高檢測(cè)效率和快速響應(yīng)的同時(shí)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少尺寸、降低成本。
【專利說(shuō)明】一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及病原體檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種病原體檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的病原體檢測(cè)技術(shù)中，常規(guī)病原體檢測(cè)為有創(chuàng)檢測(cè)，醫(yī)療就診慢，效率低，智能化不高。
[0003]有人提出利用基因技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)病原體檢測(cè)，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00680050988.6，發(fā)明名稱為:檢測(cè)病原體的方法的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)；再有人提出利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)病原體檢測(cè)，例如專利號(hào)為:200410034105.5，發(fā)明名稱為上轉(zhuǎn)換發(fā)光生物傳感器的中國(guó)發(fā)明專利。
[0004]利用基因技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)病原體檢測(cè)，檢測(cè)的精確度較高，存在的技術(shù)缺陷:整個(gè)檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大、響應(yīng)較慢，且成本較高；利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)，響應(yīng)較快，能實(shí)現(xiàn)較高的檢測(cè)效率，存在的技術(shù)缺陷:整個(gè)檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大，且成本較高。
[0005]2004年，美國(guó)康奈爾大學(xué)Michal Lipson教授研究組首次提出了狹縫波導(dǎo)的概念(Almeida VR, Xu Q, Barrions CA et al..Guiding and confining light in voidnanostructure[J].0pt.Lett., 2004, 29 (II):1209 ~1211 ;Almeida VR, Xu Q, BarrionsCA,等，納米結(jié)構(gòu)空隙中光的傳導(dǎo)與限制，光學(xué)快報(bào)，2004，29 (11):1209~1211)，并通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)證實(shí)了具有高折射率差的納米量級(jí)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可將光場(chǎng)限制在低折射率的狹縫中傳輸。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括兩側(cè)的高折射率波導(dǎo)芯(典型如Si材料)和中間的低折射率狹縫介質(zhì)區(qū)(比如空氣，流體或Si02等)，狹縫介質(zhì)區(qū)寬度一般小于lOOnm，該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)顯示出了與傳統(tǒng)光波導(dǎo)不同的特性，即可將光能流限制在低折射率狹縫中?；诖颂匦钥梢栽O(shè)計(jì)各種應(yīng)用于光通信和光傳感的新型光學(xué)功能性器件，因而受到相關(guān)領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服已有病原體檢測(cè)技術(shù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種在滿足高檢測(cè)效率和快速響應(yīng)的同時(shí)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少尺寸、降低成本的基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法采用的病毒檢測(cè)組件包括上下并排布置的直波導(dǎo)，相鄰上下直波導(dǎo)之間的狹縫區(qū)域?yàn)楠M縫波導(dǎo)，所述狹縫波導(dǎo)寬度尺寸為175nm~225nm，所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁附著待檢測(cè)病毒的抗原/抗體，所述狹縫波導(dǎo)為供待檢測(cè)血液樣本流過(guò)的檢測(cè)通道，所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高；所述檢測(cè)方法包括以下步驟:
[0009]I)首先，利用弱酸對(duì)波導(dǎo)表面進(jìn)行腐蝕處理，使其不再光滑；
[0010]2)將待檢測(cè)病毒抗原/抗體附著在所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁；
[0011]3)所述狹縫波導(dǎo)中通入不含病毒的正常血液樣本，所述直波導(dǎo)通光，檢測(cè)狹縫波導(dǎo)初始狀態(tài)的光場(chǎng)強(qiáng)度，作為基準(zhǔn)值；
[0012]4)當(dāng)狹縫波導(dǎo)中流過(guò)供待檢測(cè)血液樣本后，再次檢測(cè)狹縫波導(dǎo)的光場(chǎng)強(qiáng)度，如果狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)強(qiáng)度與基準(zhǔn)值相比，增加量超出設(shè)定閾值，則判定含有待檢測(cè)病毒；否貝U，判定不含有待檢測(cè)病毒。
[0013]進(jìn)一步，所述檢測(cè)方法還包括以下步驟:
[0014]5)將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到檢測(cè)中心。
[0015]更進(jìn)一步，所述直波導(dǎo)有m根，m為自然數(shù)，且m3 3，狹縫波導(dǎo)有m_l個(gè)；所述步驟2)，將待檢測(cè)m-Ι種病毒抗原/抗體附著在m-Ι個(gè)狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了 m_l中病毒同時(shí)檢測(cè)。
[0016]再進(jìn)一步，所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高2.0以上。只要所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述環(huán)形狹縫波導(dǎo)的折射率高即可，例如高1.0等其他數(shù)值；折射率相差越大，越有利于對(duì)光的約束，因此，波導(dǎo)的尺寸可以制作的很小，集成度更高。
[0017]所述直波導(dǎo)材料為硅材料，所述狹縫波導(dǎo)材料為待檢測(cè)血液樣本形成的流體材料。該方案只是一個(gè)優(yōu)選的案例，硅的折射率為3.48，血液的成分中水占比為90%左右，因此其應(yīng)高于水的折射率1.33，本實(shí)施例取血液樣本折射率為1.46，波導(dǎo)區(qū)和狹縫區(qū)的折射率差為2.02 ;當(dāng)然，所述直波導(dǎo)材料也可以選用其他材料，例如氮化硅材料、砷化鎵材料
坐寸ο
[0018]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:檢測(cè)對(duì)象為微創(chuàng)獲取的血液樣本,檢測(cè)內(nèi)容包括病原體檢測(cè)和血糖檢測(cè)兩部分，其中病原體檢測(cè)包括5種常見(jiàn)病毒，基本傳感單元為兩兩直波導(dǎo)所構(gòu)成的狹縫波導(dǎo)，檢測(cè)機(jī)理為:狹縫寬度隨著血液樣本與抗原/抗體的反應(yīng)而發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)隨狹縫寬度的變化，通過(guò)檢測(cè)光場(chǎng)的變化來(lái)檢測(cè)病原體。具體地:當(dāng)被檢血液中沒(méi)有特定待檢病毒時(shí)，狹縫里的抗原/抗體不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以狹縫寬度基本不發(fā)生變化，光場(chǎng)也基本不變。相反，在被檢血液中含有特定的待檢病毒時(shí)，狹縫里的抗原/抗體發(fā)生與病毒發(fā)生反應(yīng)，狹縫尺寸變寬，狹縫波導(dǎo)光場(chǎng)發(fā)生明顯變化，從而檢測(cè)出特定病毒。多種病毒病原體檢測(cè)可基于上述技術(shù)構(gòu)思實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)檢測(cè)。
[0019]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、狹縫波導(dǎo)中光場(chǎng)變化明顯而且迅速，具有方便，高效的特點(diǎn)；2、本發(fā)明為微型芯片結(jié)構(gòu)，具有集成度高、微創(chuàng)、安全的特點(diǎn)；3、多通道狹縫結(jié)構(gòu)中附著不同的抗原/抗體，實(shí)現(xiàn)多種病毒的同時(shí)檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1-1和圖1-2是基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)傳感器的俯視圖和截面圖。圖1-3是理論計(jì)算的簡(jiǎn)化模型，其中，straight waveguide:直波導(dǎo)，slot:狹縫，cladding:包層。
[0021]圖2是本發(fā)明如何通過(guò)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)多種病原體的示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)傳輸途徑以及用戶之間數(shù)據(jù)共享的示意圖，其中，Bus:總線。
[0023]圖4是用戶端各個(gè)部分功能的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。[0025]參照?qǐng)D1?圖4，一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法采用的病毒檢測(cè)組件包括上下并排布置的直波導(dǎo)，相鄰上下直波導(dǎo)之間設(shè)置狹縫波導(dǎo)，所述狹縫波導(dǎo)寬度尺寸為175nm?225nm，所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁附著待檢測(cè)病毒的抗原/抗體，所述狹縫波導(dǎo)為供待檢測(cè)血液樣本流過(guò)的檢測(cè)通道，所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高；所述檢測(cè)方法包括以下步驟:
[0026]I)首先，利用弱酸對(duì)波導(dǎo)表面進(jìn)行腐蝕處理，使其不再光滑；
[0027]2)將待檢測(cè)病毒抗原/抗體附著在所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁；
[0028]3)所述狹縫波導(dǎo)中通入不含病毒的正常血液樣本，所述直波導(dǎo)通光，檢測(cè)狹縫波導(dǎo)初始狀態(tài)的光場(chǎng)強(qiáng)度，作為基準(zhǔn)值；
[0029]4)當(dāng)狹縫波導(dǎo)中流過(guò)供待檢測(cè)血液樣本后，再次檢測(cè)狹縫波導(dǎo)的光場(chǎng)強(qiáng)度，如果狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)強(qiáng)度與基準(zhǔn)值相比，增加量超出設(shè)定閾值，則判定含有待檢測(cè)病毒；否貝U，判定不含有待檢測(cè)病毒。
[0030]進(jìn)一步，所述檢測(cè)方法還包括以下步驟:
[0031]5)將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到檢測(cè)中心。
[0032]更進(jìn)一步，所述直波導(dǎo)有m根，m為自然數(shù)，且m3 3，狹縫波導(dǎo)有m_l個(gè)；所述步驟
2)，將待檢測(cè)m-Ι種病毒抗原/抗體附著在m-Ι個(gè)狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了 m_l中病毒同時(shí)檢測(cè)。
[0033]再進(jìn)一步，所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高2.0以上。只要所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述環(huán)形狹縫波導(dǎo)的折射率高即可，例如高1.0等其他數(shù)值；折射率相差越大，越有利于對(duì)光的約束，因此，波導(dǎo)的尺寸可以制作的很小，集成度更高。
[0034]所述直波導(dǎo)材料為硅材料，所述狹縫波導(dǎo)材料為待檢測(cè)血液樣本形成的流體材料。該方案只是一個(gè)優(yōu)選的案例，硅的折射率為3.48，血液的成分中水占比為90%左右，因此其應(yīng)高于水的折射率1.33，本實(shí)施例取血液樣本折射率為1.46，波導(dǎo)區(qū)和狹縫區(qū)的折射率差為2.02 ;當(dāng)然，所述直波導(dǎo)材料也可以選用其他材料，例如氮化硅材料、砷化鎵材料
坐寸ο
[0035]本實(shí)施例的由6根直波導(dǎo)組成，波導(dǎo)材料為硅材料，兩兩直波導(dǎo)之間為狹縫區(qū)域，材料為待檢測(cè)血液樣本，硅的折射率為3.48，待檢測(cè)血液樣本取值1.46，波導(dǎo)區(qū)和狹縫區(qū)的折射率差為2.02，狹縫寬度尺寸在175?225nm之間。檢測(cè)部分結(jié)構(gòu)如圖1_1和圖1_2所示。檢測(cè)部分傳感的物理量是直波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的狹縫波導(dǎo)的光場(chǎng)變化。從麥克斯韋方程組出發(fā)，求解狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)分布，如圖1-3所示建立坐標(biāo)系，得出求解狹縫波導(dǎo)中電場(chǎng)分布的理論模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，其特征在于:所述檢測(cè)方法采用的病毒檢測(cè)組件包括上下并排布置的直波導(dǎo)，相鄰上下直波導(dǎo)之間設(shè)置狹縫波導(dǎo)，所述狹縫波導(dǎo)寬度尺寸為175nm?225nm，所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁附著待檢測(cè)病毒的抗原/抗體，所述狹縫波導(dǎo)為供待檢測(cè)血液樣本流過(guò)的檢測(cè)通道，所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高；所述檢測(cè)方法包括以下步驟: 1)首先，利用弱酸對(duì)波導(dǎo)表面進(jìn)行腐蝕處理，使其不再光滑； 2)將待檢測(cè)病毒抗原/抗體附著在所述狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁； 3)所述狹縫波導(dǎo)中通入不含病毒的正常血液樣本，所述直波導(dǎo)通光，檢測(cè)狹縫波導(dǎo)初始狀態(tài)的光場(chǎng)強(qiáng)度，作為基準(zhǔn)值； 4)當(dāng)狹縫波導(dǎo)中流過(guò)供待檢測(cè)血液樣本后，再次檢測(cè)狹縫波導(dǎo)的光場(chǎng)強(qiáng)度，如果狹縫波導(dǎo)中的光場(chǎng)強(qiáng)度與基準(zhǔn)值相比，增加量超出設(shè)定閾值，則判定含有待檢測(cè)病毒；否則，判定不含有待檢測(cè)病毒。
2.如權(quán)利要求1所述的基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，其特征在于:所述檢測(cè)方法還包括以下步驟:5)將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到檢測(cè)中心。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，其特征在于:所述直波導(dǎo)有m根，m為自然數(shù)，且m > 3，狹縫波導(dǎo)有m_l個(gè)所述步驟2)，將待檢測(cè)m_l種病毒抗原/抗體附著在m-Ι個(gè)狹縫波導(dǎo)的側(cè)壁。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，其特征在于:所述直波導(dǎo)材料的折射率比所述狹縫波導(dǎo)的折射率高2.0以上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于狹縫波導(dǎo)的病原體檢測(cè)方法，其特征在于:所述直波導(dǎo)材料為硅材料。
【文檔編號(hào)】G01N33/569GK103472224SQ201310349400
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】樂(lè)孜純, 董文 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)