基于液晶的高通量蛋白質(zhì)光電生物傳感器

研究方向：生物識(shí)別與檢測

測試目的：

蛋白質(zhì)分析是疾病診斷和醫(yī)學(xué)研究中一類重要的方法。本文提出了一種單基底的液晶生物光電傳感器，可用于快速檢測蛋白質(zhì)的濃度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單基底液晶光電生物傳感的方法具有電調(diào)控、效率高等特性，為研究液晶器件的應(yīng)用提供了新的技術(shù)方案。

測試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-7020高壓功率放大器、玻璃基底、加熱臺(tái)、紫光燈、偏光顯微鏡

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：樣品叉指電極示意圖

在ITO玻璃（2cm×2cm）上制備叉指電極，整個(gè)電極區(qū)域的長度為2cm，寬度為1.2cm。為了保證液晶分子能夠在電極之間獲得足夠大的電壓，電極與電極之間的間隔設(shè)置為50μm，如圖1所示。基底上首先制備DMOAP層，形成垂直定向?qū)?。使用去離子水將BSA溶液稀釋成特定的濃度，將BSA溶液滴在DMOAP修飾的玻璃基底上（BSA液滴覆蓋一個(gè)叉指電極）。隨后將玻璃基底放在熱臺(tái)上，30℃加熱30min，固化BSA。接著將LC/NOA65的混合物滴在玻璃基板上，旋涂均勻。用強(qiáng)度為15mW/cm2的紫外燈曝光30s，以形成聚合物網(wǎng)絡(luò)。采用偏光顯微鏡（POM）觀察正交偏振條件下樣品的透光率來標(biāo)定BSA的濃度。

圖2：生物傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

圖2給出了用于蛋白質(zhì)濃度分析的實(shí)驗(yàn)裝置圖，其中信號(hào)發(fā)生器和ATA-7020高壓功率放大器通過同軸電纜連接，用于在液晶器件上施加電場。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1、單基底濃度檢測

首先在ITO玻璃基底上制備DMOAP垂直定向?qū)?，滴不同濃度的BSA并固定，隨后制備LC/NOA65混合液，選取NOA65的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為3%，旋涂至玻璃基底，并采用紫外線照射固化。在叉指電極的正負(fù)極加電，電壓范圍控制在0~50V。在偏光顯微鏡下觀察液晶在加電時(shí)的明暗變化。

2、高通量分析方案

在滴入BSA時(shí)，因?yàn)闈舛炔煌瑫?huì)導(dǎo)致BSA液滴擴(kuò)散的面積不同，所以同時(shí)檢測多個(gè)濃度的樣品具有一定的困難。為了克服這個(gè)困難，采用光刻方法在ITO表面電極之間制備正方形格子（液晶池子）陣列，其尺寸為800μm×800μm。每個(gè)液晶池子可以滴入不同濃度的BSA。為了保證滴入的BSA能夠完全在單個(gè)池子里面，不會(huì)與其他濃度的BSA混合，選擇直徑為300μm的毛細(xì)管進(jìn)行點(diǎn)樣。隨后在其上制備液晶聚合物層，在POM下觀察。

實(shí)驗(yàn)中制備的具有面內(nèi)電極的單基底液晶生物傳感器，對(duì)其外加電場能夠提升傳感特性的線性度。對(duì)BSA的檢測范圍達(dá)到10-3~10-7g/mL，其檢測極限可達(dá)到10-7g/mL。利用光刻技術(shù)在基底上制備了陣列化的液晶池子，提高了檢測蛋白質(zhì)濃度的效率。由于偏光顯微鏡視場的限制，同時(shí)檢測的樣品的數(shù)目較少，未來可通過提升光刻精度減小液晶池子的方法來提升同時(shí)檢測的通道數(shù)目。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

審核編輯：湯梓紅