微阵列芯片、其制备方法及应用技术

本发明专利技术是一种微阵列芯片、其制备方法及其应用，其包括基板和至少一个检测阵列，检测阵列包括有电极和检测位点，检测位点的材料为多孔性石墨烯和/或多孔性氧化石墨烯，电极和检测位点均设于基板，且电极与检测位点电连接，检测阵列呈有序排列。本发明专利技术的微阵列芯片由于在基板上设置有连接检测位点的电极，通过对电极施加或偏正电压或偏负电压，从而促进被检测的目标物向电极方向也就是带有探针的检测位点的石墨烯上聚集，增加检测的灵敏度和下限，且制备方法简易，尤其适用于样本中含量较低的微生物的检测。微生物的检测。微生物的检测。

【技术实现步骤摘要】
微阵列芯片、其制备方法及应用


[0001]本专利技术主要涉及生物化学检测器械领域，特别是涉及一种用于生物化学检 测的微阵列芯片。

技术介绍

[0002]石墨烯作为一种新型材料，自2004年被首次发现并实验室制备出以来，因 其具有独特的物理或化学特性，被广泛应用于各个领域，在众多的领域中所发 挥的作用越来越大。石墨烯材料在各领域发展的焦点在于，如何充分利用石墨 烯的独特属性，融入到本领域中，解决本领域所面临的一些难题，或者优化本 领域的现有技术方法，提高工作效率。在生物化学领域，石墨烯的介入目前主 要是作为生物传感器而获得一定程度的应用，例如，在石墨烯的表面连接各种 生物分子并进行荧光标记，利用其与目标物的相互作用从而淬灭荧光，实现检 测的目的，当前制备出的各种石墨烯微阵列已经可以可用于检测各类核酸、 DNA、抗原、病毒、肿瘤细胞甚至微生物等。
[0003]微阵列芯片或称生物芯片体积小，检测灵敏度高，对样本量等等要求相对 较低，因此发展快速，特别是COVID
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19的疫情更是促进了生物芯片或者微阵 列的广泛应用。图11至图13展示了传统的微阵列，以致病微生物的检测为例， 其在微阵列芯片的基板A1上设置有检测位点A11，检测位点A11上固定有抗体 T，当样本中的目标物R靠近或者接触检测位点A11上的抗体T时，抗体T与 目标物R发生交互作用，从而捕获目标物R，然后通过电化学信号或者荧光信 号将检测结果展示出来。
[0004]如图11至图13所示，传统微阵列为平面，抗体T平铺于各个检测位点A11 之上，微阵列芯片在进行检测时，如果样本本身所含有的目标物R较少或者说 目标物R的浓度过低等等，可能会导致检测结果出现假阴性等问题，因此，需 要改进现有的阵列检测芯片，从而能够避免出现检测结果不准确或者检测结果 的稳定性不佳等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于改进现有的微阵列芯片，增加微阵列芯片对待检测的目 标物的捕获能力，提升微阵列芯片的检测能力，并且解决在增加和改进微阵列 芯片的检测能力的同时，可以使得其生产成本的增加控制在一定程度，为规模 化生产奠定基础，同时也将微阵列芯片应用到检测致病微生物的含菌量低于正 常标准的情况。
[0006]为了解决上述的技术问题，增加微阵列芯片对样本进行检测时，提高检测 的准确率，本专利技术采用的技术方案之一为，提供一种微阵列芯片，其包括有：
[0007]基板；
[0008]至少一个检测阵列，其设置于所述基板，并且包括有：
[0009]电极，
[0010]至少一个检测位点，所述检测位点的材料为多孔性石墨烯和/或多孔性氧化 石墨烯，
[0011]识别物，所述识别物设于所述检测位点，所述识别物能够特异性地与样本 中的目标物发生相互作用；
[0012]所述检测位点与所述电极电连接；
[0013]所述检测阵列呈有序排列。
[0014]较佳的，如前述的微阵列芯片，其中，进一步包括有至少一个验证阵列， 所述验证阵列设于所述基板上，所述验证阵列包括有至少一个所述检测位点和 所述识别物。
[0015]较佳的，如前述的微阵列芯片，其中，所述目标物为微生物，所述样本中 的所述微生物的含菌量为：102cells/ml至106cells/ml。
[0016]较佳的，如前述的微阵列芯片，其中，所述检测阵列的排列方式为交错排 列。
[0017]较佳的，如前述的微阵列芯片，其中，至少一个所述检测阵列的电压为正 电压或者负电压，所述正电压为0.2伏特至0.8伏特，所述负电压为
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0.2伏特至
ꢀ‑
0.8伏特。
[0018]本专利技术另外提供一种技术方案，一种如前述的微阵列芯片的制备方法，其 包括有以下步骤：
[0019]S1.在基板上光刻出电极布线图样；
[0020]S2.在步骤S1所获得的基板上蒸镀成膜，成膜后移除光刻胶制作出电极 布线；
[0021]S3.在步骤S2所获得的电极布线的特定位点喷涂氧化石墨烯溶液；
[0022]S4.冻干步骤S3所获得的基板；
[0023]S5.在环境压力小于一个大气压，冻干温度为
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50℃至
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120℃的条件下，对 S4步骤所获得的基板进行退火，在含有氩气与氢气的环境下升温至400℃至 600℃还原部分氧化石墨烯，获得多孔性石墨烯或多孔性石墨烯与多孔性氧化石 墨烯的组合物。
[0024]较佳的，前述的制备方法，其中，在所述的步骤S2中，所述电极布线的材 料选自于下列所组成的群组：钛、铬、铝或镍及其任意组合；所述的成膜的厚 度为50至200纳米。
[0025]较佳的，前述的制备方法，其中，在所述的步骤S3中，所述氧化石墨烯溶 液通过Hummers method方法制备，所述特定位点所喷涂的所述氧化石墨烯溶液 的量为0.5μl至1μl。
[0026]本专利技术提供的第三个技术解决方案为，提供一种微阵列芯片的检测方法， 适用于对样本中微生物的含菌量范围为102cells/ml至106cells/ml的样本进行微 生物检测，其包括有以下步骤：使所述微阵列芯片的检测位点带有正电，所述 正电的电压为0.2伏特至0.8伏特。
[0027]较佳的，如前述的检测方法，其包括使用前述的微阵列芯片进行检测。
[0028]本专利技术的有益之处在于：
[0029]1.由于目标物的个体整体通常都呈现为带有一定的正电荷或者负电荷，因 此，本专利技术的微阵列芯片的检测阵列设置有电极，借助电极连接使每一个检测 位点可以带电，并根据目标物所携带电荷的性质，选择对电极施予正电压或者 负电压，并同时调整电压至合适的大小，使得每一个检测位点带有的电荷能够 与目标物所携带电荷相反，因此可以增加检测阵列对目标物的吸引和聚集能力。 例如，致病性的细菌或者单股DNA通常带负电，这时则可以对电极施与偏正电 压，将能够吸引更多带负电荷的前述目标物至检测阵列与预先布置于检测位点 的探针(probe)或是抗体(antibody)进行结合，进而提升检测的灵敏度。
[0030]2.本专利技术的微阵列芯片制备方法简单，通过光刻、蒸镀成膜、喷涂氧化石 墨烯和
冻干的步骤，实现对微阵列芯片增加电极，并且检测阵列的排列方式便 于调节，成品率高且价格可控，易于实现商业化的规模生产。
[0031]3.本专利技术的检测方法能够明显的提升现有微阵列芯片的检测灵敏度和检测 下限，特别是对于一些样本中目标物的含量明显较低，并且常规的微阵列检测 容易产生假阴性的情况下，能够借助于所施加的电压对目标物的产生吸引力， 因此，特别适用于检测通常含菌量较低的目标物，尤其是致病微生物。
[0032]4.本专利技术的检测方法应用范围广泛，可以与现有的成熟的微阵列检测芯片 相结合使用，通过对阵列增加电极来提高现有的微阵列芯片的检测能力。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的实施例一的立体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微阵列芯片，其特征在于，其包括有：基板；至少一个检测阵列，其设置于所述基板，并且包括有：电极，至少一个检测位点，所述检测位点的材料为多孔性石墨烯和/或多孔性氧化石墨烯，识别物，所述识别物设于所述检测位点，所述识别物能够特异性地与样本中的目标物发生相互作用；所述检测位点与所述电极电连接；所述检测阵列呈有序排列。2.如权利要求1所述的微阵列芯片，其特征在于，进一步包括有至少一个验证阵列，所述验证阵列设于所述基板上，所述验证阵列包括有至少一个所述检测位点和所述识别物。3.如权利要求1所述的微阵列芯片，其特征在于，所述目标物为微生物，所述样本中的所述微生物的含菌量为：102cells/ml至106cells/ml。4.如权利要求1所述的微阵列芯片，其特征在于，所述检测阵列的排列方式为交错排列。5.如权利要求1所述的微阵列芯片，其特征在于，至少一个所述检测阵列的电压为正电压或者负电压，所述正电压为0.2伏特至0.8伏特，所述负电压为
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0.2伏特至
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0.8伏特。6.一种如权利要求1至5中任一项所述的微阵列芯片的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：S1.在基板上光刻出电极布线图样；S2.在步骤S1所获得的基板上蒸镀成膜，成膜后移...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭景桓，陈泓瑜，曾繁根，彭显智，陈佳琦，翁鼎钧，
申请(专利权)人：陈泓谕，
类型：发明
国别省市：