CN111551607A - 用于检测的生物阵列及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于检测的生物阵列，所述生物阵列包括生物阵列基层和设置在生物阵列基层表面上的多个信号通道组合，每一项信号通道组合检测一项生物分子；每一项信号通道组合包括至少第一感应端和第二感应端；第一感应端和第二感应端之间的生物阵列基层的表面上，涂敷有捕捉涂层和添加到捕捉涂层上的生物分子捕捉层，生物分子捕捉层捕捉生物分子，生物分子捕捉表面上具有生物分子捕捉层的纳米颗粒；第一感应端和第二感应端之间通过纳米颗粒生成检测信号。本申请提供的生物阵列，一次使用极少的检测样本可实现多项检测，适用于多种类别的生物分子，提高了生物阵列的适用性及检测的敏感度，降低了操作的复杂性，推广生物阵列的使用。

Description

用于检测的生物阵列及其检测方法
技术领域
本发明涉及医疗领域，特别是涉及一种用于生物分子指标检测的生物阵列及其检测方法。
背景技术
在医疗领域，人体中生物分子指标的检测是基础、且重要的检测，用来诊断疾病或者监督医疗方案的实效从而进行调整。随着医疗研究的进步，医疗研究员对越来越多疾病有更深度的了解，人体中生物分子之间复杂的互动关系导致疾病的产生，因而诊断相关疾病需要检测出的生物分子的数量和种类大大提升。然而目前很多医疗检测手段都是针对某一项生物分子，或者通过高通量的大型实验室设备来实现多项生物分子的检测，其敏感度、精准度不高，操作繁琐。
其中，传统实验室检测采用微孔板条(microwell plate)，使用时将人体的液体样本平均分配到微孔板条的每个孔里，每个孔中盛有对应的试剂，针对某一项指定的生物分子进行检测。这种检测及检测方法需要采集较多的人体液体样本。近期，随着微电子芯片技术的普及和迅速发展，这种微孔板条逐渐被生物阵列取代。
生物阵列将传统微孔板条的每项检测和试剂微小化，在一个小型面积的结构上进行检测；因为面积小，所以检测时对人体液体样本的用量可以较少(约2μL-500μL)。此外，微电子和半导体行业的制造技术发达，降低了生物阵列的制造成本。综合上述，医疗检测领域的大趋势之一就是生物阵列的普及化。现有的生物阵列检测还在初步发展阶段，如已有使用DNA阵列进行检测，利用PCR技术对DNA进行扩增，可将极微量的靶DNA特异地扩增上百万倍，从而大大提高对DNA分子的分析和检测能力，不过DNA酶成本昂贵、错误率偏高，经常导致检测出现误报。DNA扩增需要20至40次的冷热(65度－95度)温度循环，增加了检测设备的额外调温功能需求，这些都限制了生物阵列的推广使用。
因此在生物阵列上的创新，实现生物阵列更敏感、更精准和更简易操作的检测是非常急需的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测的生物阵列及其检测方法，以实现更敏感、更精准和操作更简易的检测。
为了解决上述问题，本申请提供一种用于多项检测的生物阵列，比现有的技术能提供更敏感的多项生物分子检测。所述生物阵列包括生物阵列基层和设置在生物阵列基层表面上的多个信号通道组合，每一项所述信号通道组合检测一项生物分子；每一项所述信号通道组合包括至少第一感应端和第二感应端；所述第一感应端和第二感应端之间的生物阵列基层的表面上，涂敷有捕捉涂层和添加到所述捕捉涂层上的生物分子捕捉层，所述生物分子捕捉层捕捉所述生物分子，捕捉到的生物分子捕捉表面上具有所述生物分子捕捉层的纳米颗粒；所述第一感应端和所述第二感应端之间通过捕捉到的纳米颗粒生成检测信号。
进一步地，所述第一感应端和第二感应端均设置为电极，或第一感应端和第二感应端均均设置为光纤尾端，或第一感应端和第二感应端分别设置为光发射端和光接收端。
优选地，所述第一感应端和所述第二感应端的表面设置有防粘涂层，防止生物分子粘落在感应段上。
进一步地，所述第一感应端和所述第二感应端之间的距离P，使得P除以所述纳米颗粒的直径D的商值不小于渗透阈值T(即P/D>＝T)；所述渗透阈值T是指当信噪比(signalto noise ratio)为2的情况下，所述第一感应端和所述第二感应端之间的纳米颗粒数量。
优选地，所述生物阵列基层表面上还设有空白通道组合，所述空白通道组合包括至少第一感应端和第二感应端，所述空白通道组合的第一感应端和第二感应端之间生成噪音信号。
本申请还提供一种生物阵列的检测方法，使用上述的生物阵列，所述生物阵列包括生物阵列基层和设置在生物阵列基层表面上的多个信号通道组合，每一项所述信号通道组合检测一项生物分子；每一项所述信号通道组合包括至少第一感应端和第二感应端；所述第一感应端和第二感应端之间的生物阵列基层的表面上，涂敷有捕捉涂层和添加到所述捕捉涂层上的生物分子捕捉层，所述生物分子捕捉层捕捉所述生物分子；所述生物分子捕捉表面上具有所述生物分子捕捉层的纳米颗粒；所述第一感应端和所述第二感应端之间通过所述纳米颗粒生成检测信号；所述检测方法包括：S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层捕捉样本中的生物分子；S2将含纳米颗粒的检测试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒表面设有捕捉生物分子的生物分子捕捉层；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒；S3第一感应端和第二感应端之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒生成检测信号；所述S1、S2与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。
进一步地，所述S3中，第一感应端和第二感应端之间通过纳米颗粒减弱光信号生成检测信号，优选地，所述纳米颗粒为塑料纳米颗粒。
进一步地，所述S3中，第一感应端和第二感应端之间通过纳米颗粒增强光信号生成检测信号，优选地，所述纳米颗粒为玻璃纳米颗粒或金属纳米颗粒。
进一步地，所述S3中，第一感应端和第二感应端之间通过纳米颗粒改变电信号生成检测信号，优选地，所述纳米颗粒为金属纳米颗粒。
进一步地，所述S2包括：S201将含纳米颗粒的试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒表面设有捕捉生物分子的生物分子捕捉层；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒；
S202将纳米颗粒增强试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒增强试剂中的离子沉淀为分子并堆积到纳米颗粒表面，增大纳米颗粒的直径,所述S1、S201、S202与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。
优选地，所述纳米颗粒是金纳米颗粒或银纳米颗粒，所述纳米颗粒增强试剂为银增强试剂，通过银沉淀化学反应，将纳米增强试剂中的中的Ag+离子沉淀成分子Ag，堆积到金或者银的纳米颗粒表面上，增大纳米颗粒的直径。
本申请提供的用于检测的生物阵列，将传统实验室的微孔板条的每项检测和试剂微小化，在一个小型面积的结构上进行多项检测；降低了所需的人体液体样本，更便于检测的操作。本申请提供的生物阵列，在感应端之间添加不同的生物捕捉层，检测不同的生物分子，一次使用极少的检测样本可实现多项检测，适用于多种类别的疾病检测，提高了生物阵列的适用性，降低了操作的复杂性，利用生物阵列的推广使用。本申请提供的检测方法，使用创新的生物阵列结构，在敏感性和精准度方面有所突破，同时使操作更为简易，提高了生物阵列检测方法的适用性。此外，本申请提供的检测方法，还可以选择性放大检测信号，以检测时的“信号通道”感应原理来实现高信噪比，提高医疗检测的敏感和精准度。
附图说明
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下：
图1是本申请实施例1的用于检测的生物阵列的示意图；
图2是图1所示的生物阵列中的信号通道组合使用时的截面示意图；
图3是图1中一个信号通道组合2使用时的截面示意图；
图4是图1中另一个信号通道组合2′使用时的截面示意图图
图5是本申请实施例2的用于检测的生物阵列的示意图；
图6是图4中空白通道组合7的截面示意图；
图7是本申请实施例3中检测的生物分子的浓度与光强度的关系图。
图8是本申请实施例4中检测的生物分子的浓度与光强度的关系图。
图9是本申请实施例6采用选择性放大信号方式的一个信号通道组合2的截面示意图。
图10是本申请实施例6中检测的生物分子浓度与电流的关系图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种用于检测的生物阵列。图2是图1所示的生物阵列中的信号通道组合的截面示意图。
如图1和图2所示，本实施例的用于检测的生物阵列，包括生物阵列基层1和设置在生物阵列基层1表面上的多个信号通道组合2，每一项信号通道组合2检测一项生物分子；每一项信号通道组合2包括至少第一感应端31和第二感应端32。
第一感应端31和第二感应端32之间的生物阵列基层1的表面上，涂敷有捕捉涂层41和添加到捕捉涂层41上的生物分子捕捉层42。生物分子捕捉层42捕捉待检测的生物分子，生物分子捕捉层42捕捉到的生物分子捕捉表面上具有生物分子捕捉层42的纳米颗粒5；第一感应端31和第二感应端32之间通过捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
捕捉涂层41和生物整列基层1的材料可以是现有技术中的任意一种或其组合，生物分子捕捉层42可以根据待检测的生物分子而设定。
例如，生物阵列基层1表面的材料可以是二氧化硅或者氧化过的氮化硅。捕捉涂层41可以是一种针对氧化硅表面的silane－R，R组可以是carboxylic acid组、amine组等，适合用于下一步添加生物分子捕捉层42。具体如何利用R组来添加生物分子捕捉层42，详细的化学反应是普遍已知知识(可参考Bioconjugation Techniques，Greg T Hermanson，2013，第三版，出版社Academic Press)。
捕捉涂层41可通过现有技术中的措施添加到生物阵列基层1的表面，表面涂层技术较为成熟，可用来实现本申请的捕捉涂层的表面化学种类繁多，在本实施例中进一步举例，但不限于这些。例如，捕捉涂层41材质的液滴可通过纳米喷模式打印机或传统的spotter打印机喷涂到生物阵列基层1上。不同的信号通道组合2的感应端之间可涂上不同的捕捉涂层41，从而使得生物阵列取得检测多项生物分子的功能。
生物分子捕捉层42可以是DNA、RNA、aptamer、蛋白质抗体、蛋白质抗原、糖蛋白、脂肪等。生物分子捕捉层42针对性辨认以及捕捉人类样品(如尿液、唾液、血液)中的生物分子。例如，这个生物分子是一种癌症指标，如***癌指标的***特异抗原(ProstateSpecific Antigen PSA)，此时，生物分子捕捉层42是针对PSA的抗体(anti－PSAantibody)。
与生物阵列配合使用的检测试剂中的纳米颗粒5表面也添加有生物分子捕捉层42。如何制造表面具有生物分子捕捉层42的纳米颗粒，是普遍的已知知识(可参考Bioconjugation Techniques，Greg T Hermanson，2013，第三版，出版社Academic Press、Antibody-conjugated nanoparticles for therapeutic applications,Cardoso MM etal.Curr Med Chem 2012,19,pp3103-27)。
如图1所示，图1中有12个信号通道组合2，能够检测至少12项不同的生物分子。每一项信号通道组合2包括至少两个感应端，感应端是一种传感器，相邻的两感应端之间通过捕捉到的纳米颗粒5生成的检测信号。
信号通道组合2之间的距离为L，L也可看作是一个信号通道组合2的覆盖范围。L设置为两个不同检测目的的信号通道组合之间互相不影响，即两个不同生物监测不干扰彼此。例如，捕捉涂层41是通过喷涂液滴的方式添加到生物阵列基层1上时，L大于或等于喷涂液滴的最小半径。
相邻的两感应端之间的距离P，使得P除以捕获到的纳米颗粒5的直径D的商值不小于渗透阈值T；所述渗透阈值T是指当信噪比为2的情况下，两感应端之间的纳米颗粒数量。信噪比是指信号值和噪音值的比值。当纳米颗粒数量小于渗透阈值T时，信噪比小于2，此时的信号不能明显地与环境中的噪音区分开来，一般被视为不可测量的信号。
如图2所示，在检测时，利用一种“三明治夹心”的方法，即生物分子捕捉层42捕捉样本中待检测的生物分子3，捕捉到的生物分子3捕捉表面上具有生物分子捕捉层42的纳米颗粒5。根据本发明的生物阵列，生物分子3可以吸附足够的纳米颗粒5，从而使第一感应端31和第二感应端32之间通过捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
如图3所示，信号通道组合2包括2个感应端，分别为第一感应端31和第二感应端32，检测一种生物分子3，捕获纳米颗粒5，第一感应端31和第二感应端32通过捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
如图4所示，信号通道组合2′包括3个感应端，分别为第一感应端31、第二感应端32和第三感应端33，分别检测两种生物分子，分别捕获纳米颗粒5和5′，只有当两种生物分子都被捕获时，第一感应端31、第二感应端32和第三感应端33之间才能生成检测信号。纳米颗粒5和5′可以是相同的，也可以是不同的。
感应端是一种传感器，可以是现有技术中的任意一种。例如，第一感应端31和第二感应端32均可以设置为电极，检测二者之间的电学信号；或者第一感应端31和第二感应端均可以设置为光纤尾端，检测二者之间的光学信号；或者第一感应端31和第二感应端32还可以分别设置为光发射端和光接收端，第二感应端32可以接收到第一感应端31发射的光信号。
作为进一步优化，如图2所示，第一感应端31和第二感应端32的表面可以设置有防粘涂层6。防粘涂层6涂在感应端表面上，是一种防止生物分子吸附或者沾粘到感应端上的隔绝涂层。表面涂层技术较为成熟，可用来实现本申请的防粘涂层的表面化学种类繁多，在本实施例中进一步举例，但不限于这些。例如，可以在金属电极表面涂覆thiol－polyethylene glycol(thiol－PEG)，其中thiol化学组针对金属表面，而高分子量超过1000的PEG化学组具有防止生物分子、细胞吸附在感应端表面的功能。通过防粘涂层6的设置，可以有效降低检测信号的噪音。
实施例2
如图5所示，本实施例提供一种用于检测的生物阵列。本实施例中生物阵列其他与实施例1中的相同或类似，在此不再赘述。与实施例1中不同的是，本实施例中的生物阵列还包括设置在生物阵列基层1表面的至少上还设有至少一组空白通道组合7。
如图5和图6所示，空白通道组合7包括至少第一感应端31和第二感应端32。空白通道组合7的第一感应端31和第二感应端32之间的生物阵列基层1的表面上，没有涂覆捕捉涂层41，也不设置生物捕捉层42。空白通道组合7的第一感应端31和第二感应端32之间生成噪音信号。
使用时，空白信号通道组合7的第一感应端31和第二感应端32之间测量到的信号是在没有生物指标情况下读取的信号，此时的信号值或信号强度可以作为噪音值或噪音强度，作为信号通道组合2测量信号时的参考标准。
实施例3
本实施例提供一种生物阵列检测方法，使用实施例2提供的用于检测的生物阵列，检测方法包括：
S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层42捕捉样本中的生物分子3；
S2将含纳米颗粒5的检测试剂添加到生物阵列表面，纳米颗粒5表面设有捕捉生物分子3的生物分子捕捉层42；S1中捕捉到的生物分子捕捉检测试剂中的纳米颗粒5；
S3第一感应端31和第二感应端31之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
其中，含纳米颗粒5的检测试剂为纳米颗粒5在缓冲液中的分散液。
作为进一步优化，S1、S2与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。即，待检测样本添加到生物阵列表面检测完毕后，使用缓冲液冲洗生物阵列；检测试剂添加到生物表面检测完毕后，使用缓冲液冲生物阵列。
缓冲液为现有技术中的常见缓冲液的一种。如，PBS(phosphate buffer saline)、Tris-HCl等。
具体地说，本实施例中使用的生物阵列，感应端分别设置为光发射端和光接收端。感应端之间通过纳米颗粒5减弱光信号生成检测信号。在此种情形下，纳米颗粒5采用阻光纳米颗粒，例如，纳米颗粒5为玻璃纳米颗粒或塑料纳米颗粒。
在检测时，生物分子捕捉层42捕捉生物分子3，捕捉到的生物分子3捕捉表面上具有生物分子捕捉层42的阻光纳米颗粒5。感应端之间原本存在的光信号通道因捕捉到的阻光纳米颗粒5而受到阻隔，感应端之间通过减弱的光信号的强度生成检测信号。
本实施例中，分别使用PSA、VEGF的作为检测的生物分子，control组是通过空白通道组合7的感应端测量到的信号值。感应端之间的距离为P＝D*T。
本实施例中检测的生物分子的浓度与光强度的关系如图7所示。从图7中可以看出，使用本申请提供的生物阵列及检测方法，可以检测到飞摩尔(10^-15M,femtomolar)分子浓度的生物分子。
本申请提供的生物阵列和检测方法，具有较高的灵敏度和精准度，且操作便捷，一次使用极少的检测样本可实现多项检测，适于医疗检测的推广使用。
实施例4
本实施例提供一种生物阵列检测方法，使用实施例2提供的用于检测的生物阵列，检测方法包括：
S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层42捕捉样本中的生物分子3；
S2将含纳米颗粒5的检测试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒5表面设有捕捉生物分子3的生物分子捕捉层42；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒5；
S3第一感应端31和第二感应端31之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
其中，含纳米颗粒5的检测试剂为纳米颗粒5在缓冲液中的分散液。
作为进一步优化，S1、S2与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。即，待检测样本添加到生物阵列表面检测完毕后，使用缓冲液冲洗生物阵列；检测试剂添加到生物表面检测完毕后，使用缓冲液冲生物阵列。
缓冲液为现有技术中的常见缓冲液的一种。如，PBS(phosphate buffer saline)、Tris-HCl等。
具体地说，本实施例中使用的生物阵列，感应端均设置为光纤尾端。感应端之间通过纳米颗粒5增强光信号生成检测信号。在此种情形下，纳米颗粒5采用导光纳米颗粒5，例如，纳米颗粒5为金属纳米颗粒。在感应端之间的距离P较远时，光在空气中的传播微弱，可使用玻璃纳米颗粒来完整通过，金属纳米颗粒可以通过表面增强拉曼散射(Surfaceenhanced raman scattering SERS)增强光信号。有关金属纳米颗粒的SERS效应，在多篇文献中提到，如Anal.Methods，2014，6，9116-9123。
在检测时，生物分子捕捉层42捕捉样本中的生物分子3，捕捉到的生物分子3捕捉检测试剂中表面上具有生物分子捕捉层42的导光纳米颗粒5。使用本申请提供的生物阵列，生物分子3可以吸附足够的导光纳米颗粒5，从而使第一感应端31和第二感应端32之间通过导光纳米颗粒5形成完整的导光信号通道，从而生成可检测的检测信号。
本实施例中，分别使用PSA、VEGF的作为检测的生物分子，control组是通过空白通道组合7的感应端测量到的信号值。感应端之间的距离为P＝D*T。
本实施例中检测的生物分子的浓度与光强度的关系如图7所示。从图8中可以看出，使用本申请提供的生物阵列及检测方法，可以检测到飞摩尔(10^-15M,femtomolar)分子浓度的生物分子。
本申请提供的生物阵列和检测方法，具有较高的灵敏度和精准度，且操作便捷，一次使用极少的检测样本可实现多项检测，适于医疗检测的推广使用。
实施例5
本实施例提供一种生物阵列检测方法，使用本申请提供的用于检测的生物阵列，检测方法包括：
S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层42捕捉样本中的生物分子3；
S2将含纳米颗粒5的检测试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒5表面设有捕捉生物分子3的生物分子捕捉层42；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒5；
S3第一感应端31和第二感应端31之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。
其中，含纳米颗粒5的检测试剂为纳米颗粒5在缓冲液中的分散液。
作为进一步优化，S1、S2与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。即，待检测样本添加到生物阵列表面检测完毕后，使用缓冲液冲洗生物阵列；检测试剂添加到生物表面检测完毕后，使用缓冲液冲生物阵列。
缓冲液为现有技术中的常见缓冲液的一种。如，PBS(phosphate buffer saline)、Tris-HCl等。
具体地说，本实施例中使用的生物阵列，感应端均设置为电极。例如，感应端可以为金属电极，更具体地，感应端可以为叉指电极(inter-digitated electrodes)。感应端之间通过纳米颗粒5改变电信号生成检测信号，例如增强电流信号或者减弱电压信号。在此种情形下，纳米颗粒5采用导电纳米颗粒5，例如，纳米颗粒5为金属纳米颗粒。
在检测时，生物分子捕捉层42捕捉样本中的生物分子3，捕捉到的生物分子3捕捉检测试剂中表面上具有生物分子捕捉层42的导电纳米颗粒5。使用本申请提供的生物阵列，生物分子3可以吸附足够的导电纳米颗粒5，从而使第一感应端31和第二感应端32之间通过导电纳米颗粒5形成完整的导电信号通道，从而生成可检测的检测信号。
实施例6
本实施例提供一种生物阵列检测方法，使用本申请实施例2提供的用于检测的生物阵列，检测方法包括：
S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层(42)捕捉样本中的生物分子3；
S201将含纳米颗粒5的检测试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒5表面设有捕捉生物分子3的生物分子捕捉层42；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒5；
S202将纳米颗粒增强试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒增强试剂中的离子沉淀为分子并堆积到纳米颗粒5表面，增大纳米颗粒5的直径；
S3第一感应端31和第二感应端31之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒5生成检测信号。第一感应端(31)和第二感应端(31)之间通过纳米颗粒(5)增强电信号(电流)生成检测信号。
其中，纳米颗粒5是金纳米颗粒或银纳米颗粒，纳米颗粒增强试剂为银增强试剂，通过银沉淀化学反应，将纳米增强试剂中的中的Ag+离子沉淀成分子Ag，堆积到金或者银的纳米颗粒5表面上，增大纳米颗粒5的直径；
其中，含纳米颗粒5的检测试剂为纳米颗粒5在缓冲液中的分散液。
作为进一步优化，S1、S201、S202与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。即，待检测样本添加到生物阵列表面检测完毕后，使用缓冲液冲洗生物阵列；检测试剂添加到生物表面检测完毕后，使用缓冲液冲生物阵列。
缓冲液为现有技术中的常见缓冲液的一种。如，PBS(phosphate buffer saline)、Tris-HCl等。
具体地说，本实施例中使用的生物阵列，感应端均设置为电极。例如，感应端可以为金属电极，更具体地，感应端可以为叉指电极(inter-digitated electrodes)。感应端之间通过纳米颗粒5改变电信号生成检测信号，例如增强电流信号或者减弱电压信号。纳米颗粒5为金纳米颗粒或银纳米颗粒。
本实施例采用银增强试剂增大被捕捉到感应端之间的纳米颗粒的直径，是一种选择性放大信号的方式。本实施例采用这种方式的一个信号通道组合2的截面示意图如图9所示。当第一感应端31和第二感应端32之间捕捉到的纳米颗粒5小于渗透阈值T时，可以通过增大纳米颗粒5直径的方式，生成检测信号。
如图9所示，检测时，生物阵列的感应端之间的距离P是固定的，当检测样本中的生物分子含量极低时，吸附在生物阵列基层1表面上的金属纳米颗粒很少，不足以达到渗透阈值T，此时，感应端之间不能生成检测信号，这些含量极低的生物分子不能被检测出，检测结果会显示样本中不含有待检测的生物分子。此时，可以使用“选择性放大信号方式”将感应端之间捕捉到的极少的金属纳米颗粒的直径变大。金属纳米颗粒为银纳米颗粒或金纳米颗粒，银增强试剂添加到生物阵列表面时，感应端之间捕捉到的金纳米颗粒或银纳米颗粒催化银增强试剂中Ag+->Ag的化学反应，将试剂中的Ag+沉淀金属银并沉积在纳米颗粒表面，使得纳米颗粒的直径变大，从原来的直径D增长成新直径D′。此时，T＝P/D′，纳米颗粒的直径从D变为D′，直径变大，使得渗透阈值T变小，从而使得感应端之间吸附的金属纳米颗粒可以超过渗透阈值，感应端之间可以生成可检测的信号。采用本实施例提供的这种方法，可以用来检测出很少量的生物分子，提高生物阵列的敏感度。这种银增强纳米颗粒的方法，在相关文献中有提到，例如，Talanta，148(2016)，272–278。
通过银沉淀化学反应，放大纳米颗粒的实际体积，可以增强检测信号，超敏感地检测出少量的生物分子。银沉淀化学反应Ag+->Ag技术在10分钟能将40纳米直径的纳米颗粒提升至1.2微米，放大30倍，且在常温下即可操作。本申请提供的这种方法，快速、简单、可靠、成本低，提升生物分子检测的敏感度。
本实施例中，分别使用PSA、VEGF的作为检测的生物分子，control组是通过空白通道组合7的感应端测量到的信号值。感应端之间的距离为P＝D*T，银增强试剂为市面上能购买到的试剂盒(如：Abcam公司的产品号ab170733、Thermo Fisher公司的产品号L-24919、等)。
实验中，当完成步骤S201时，感应端之间没有检测到信号，完成步骤S202，用银增强试剂作用于生物阵列表面15min后，进行检测，感应端之间检测到的电流信号与生物分子浓度的关系如图10所示。从图10中可以看出，使用本申请提供的生物阵列及检测方法，可以检测到飞摩尔(10^-15M,femtomolar)分子浓度的生物分子。
本申请提供的生物阵列和检测方法，一次使用极少的检测样本可实现多项检测，使用选择性放大信号的方式，将原本含量极少不能被检测出的生物分子检测出来，提高了生物阵列检测的灵敏度和精准度，且操作便捷，适于医疗检测的推广使用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于检测的生物阵列，其特征在于，所述生物阵列包括生物阵列基层(1)和设置在生物阵列基层(1)表面上的多个信号通道组合(2)，每一项所述信号通道组合(2)检测一项生物分子(3)；
每一项所述信号通道组合(2)包括至少第一感应端(31)和第二感应端(32)；
所述第一感应端(31)和第二感应端(32)之间的生物阵列基层(1)的表面上，涂敷有捕捉涂层(41)和添加到所述捕捉涂层(41)上的生物分子捕捉层(42)，所述生物分子捕捉层(42)捕捉所述生物分子(3)，捕捉到的生物分子(3)捕捉表面上具有所述生物分子捕捉层(42)的纳米颗粒(5)；
所述第一感应端(31)和所述第二感应端(32)之间通过捕捉到的纳米颗粒(5)生成检测信号。
2.根据权利要求1所述的用于检测的生物阵列，其特征在于，所述第一感应端(31)和第二感应端(32)均设置为电极，或第一感应端(31)和第二感应端(32)均设置为光纤尾端，或第一感应端(31)和第二感应端(32)分别设置为光发射端和光接收端；所述第一感应端(31)和第二感应端(32)的表面可设置有防粘涂层(6)。
3.根据权利要求1所述的用于检测的生物阵列，其特征在于，所述第一感应端(31)和所述第二感应端(32)之间的距离P，使得P除以所述纳米颗粒(5)的直径D的商值不小于渗透阈值T；所述渗透阈值T是指当信噪比为2的情况下，所述第一感应端(31)和所述第二感应端(32)之间的纳米颗粒数量。
4.根据权利要求1所述的用于检测的生物阵列，其特征在于，所述生物阵列基层(1)表面上还设有至少一组空白通道组合(7)，所述空白通道组合包括至少第一感应端(31)和第二感应端(32)，所述空白通道组合(7)的第一感应端(31)和第二感应端(32)之间生成噪音信号。
5.一种生物阵列检测方法，使用根据权利要求1-4任一所述的生物阵列，其特征在于，
所述生物阵列包括生物阵列基层(1)和设置在生物阵列基层(1)表面上的多个信号通道组合(2)，每一项所述信号通道组合(2)检测一项生物分子；每一项所述信号通道组合(2)包括至少第一感应端(31)和第二感应端(32)；所述第一感应端(31)和第二感应端(32)之间的生物阵列基层(1)的表面上，涂敷有捕捉涂层(41)和添加到所述捕捉涂层(41)上的生物分子捕捉层(42)，所述生物分子捕捉层(42)捕捉所述生物分子；所述生物分子(3)捕捉表面上具有所述生物分子捕捉层(42)的纳米颗粒(5)；所述第一感应端(31)和所述第二感应端(32)之间通过所述纳米颗粒(5)生成检测信号；
所述检测方法的步骤包括：
S1将待检测的样本添加到所述生物阵列表面，生物分子捕捉层(42)捕捉样本中的生物分子(3)；
S2将含纳米颗粒(5)的检测试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒(5)表面设有捕捉生物分子(3)的生物分子捕捉层(42)；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒(5)；
S3第一感应端(31)和第二感应端(31)之间通过S2中捕捉到的纳米颗粒(5)生成检测信号；
所述S1、S2与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。
6.根据权利要求5所述的生物阵列检测方法，其特征在于，所述S3中，第一感应端(31)和第二感应端(31)之间通过纳米颗粒(5)减弱光信号生成检测信号，所述纳米颗粒(5)为玻璃纳米颗粒或塑料纳米颗粒。
7.根据权利要求5所述的生物阵列检测方法，其特征在于，所述S3中，第一感应端(31)和第二感应端(31)之间通过纳米颗粒(5)增强光信号生成检测信号，所述纳米颗粒(5)为金属纳米颗粒。
8.根据权利要求5所述的生物阵列检测方法，其特征在于，所述S3中，第一感应端(31)和第二感应端(31)之间通过纳米颗粒(5)改变电信号生成检测信号，所述纳米颗粒(5)为金属纳米颗粒。
9.根据权利要求5所述的生物阵列检测方法，其特征在于，所述S2包括：S201将含纳米颗粒(5)的试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒(5)表面设有捕捉生物分子(3)的生物分子捕捉层(42)；S1中捕捉到的生物分子捕捉纳米颗粒(5)；
S202将纳米颗粒增强试剂添加到生物阵列表面，所述纳米颗粒增强试剂中的离子沉淀为分子并堆积到纳米颗粒(5)表面，增大纳米颗粒(5)的直径，所述S1、S201、S202与S3之间，分别使用缓冲液冲洗生物阵列。
10.根据权利要求9所述的生物阵列检测方法，其特征在于，所述纳米颗粒(5)是金纳米颗粒或银纳米颗粒，所述纳米颗粒增强试剂为银增强试剂，通过银沉淀化学反应，将纳米增强试剂中的中的Ag+离子沉淀成分子Ag，堆积到金或者银的纳米颗粒(5)表面上，增大纳米颗粒(5)的直径。
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