基于液晶的高通量蛋白質光電生物傳感器

研究方向：生物識別與檢測

測試目的：

蛋白質分析是疾病診斷和醫學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的濃度。實驗發現單基底液晶光電生物傳感的方法具有電調控、效率高等特性，為研究液晶器件的應用提供了新的技術方案。

測試設備：信號發生器、ATA-7020高壓功率放大器、玻璃基底、加熱臺、紫光燈、偏光顯微鏡

實驗過程：

圖1：樣品叉指電極示意圖

在ITO玻璃（2cm×2cm）上制備叉指電極，整個電極區域的長度為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置為50μm，如圖1所示。基底上首先制備DMOAP層，形成垂直定向層。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液滴覆蓋一個叉指電極）。隨后將玻璃基底放在熱臺上，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。用強度為15mW/cm2的紫外燈曝光30s，以形成聚合物網絡。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定BSA的濃度。

圖2：生物傳感系統實驗裝置

圖2給出了用于蛋白質濃度分析的實驗裝置圖，其中信號發生器和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。

實驗結果：

1、單基底濃度檢測

首先在ITO玻璃基底上制備DMOAP垂直定向層，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（質量分數）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的明暗變化。

2、高通量分析方案

在滴入BSA時，因為濃度不同會導致BSA液滴擴散的面積不同，所以同時檢測多個濃度的樣品具有一定的困難。為了克服這個困難，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能夠完全在單個池子里面，不會與其他濃度的BSA混合，選擇直徑為300μm的毛細管進行點樣。隨后在其上制備液晶聚合物層，在POM下觀察。

實驗中制備的具有面內電極的單基底液晶生物傳感器，對其外加電場能夠提升傳感特性的線性度。對BSA的檢測范圍達到10-3~10-7g/mL，其檢測極限可達到10-7g/mL。利用光刻技術在基底上制備了陣列化的液晶池子，提高了檢測蛋白質濃度的效率。由于偏光顯微鏡視場的限制，同時檢測的樣品的數目較少，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檢測的通道數目。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標參數

審核編輯：湯梓紅