基于微梁的电化学生物芯片及其检测技术基础研究

基因组学的研究使科学家们获取了人类的生命蓝图，但是如何预防、控制疾病等难题依然横亘在我们面前。生物芯片技术的发展为生命科学的研究提供了史无前例的信息。由于一般的生物芯片技术都需要对待测样品进行荧光或放射性标记，此过程不仅耗时费力，而且还有可能对待测样品的性质产生干扰，也不能实时的提供检测信息，因此，无标记、实时快速的微梁传感技术便获得了越来越多的关注。本课题组在已结题的微梁生化传感项目支持下，在微梁传感测试技术方面积累了丰富的经验。在此基础上，我们提出将电化学传感技术与微梁传感技术结合起来，研制一种基于微梁的电化学生物芯片，以实现对生化反应过程中力学信息和电化学信息的同时提取，为深入认识生物分子间的相互作用以及生物分子的构象转变等过程提供更加全面的信息，同时也为微梁传感技术的发展提供了一个新的研究思路。

在生物和化学领域中，生化传感器是进行各种实验研究的必要条件和工作基础。研制特异性强，灵敏度高，响应时间短的高性能传感器一直是人们追求的目标。近年来，随着微电子机械系统（micro-electro-mechanical System，MEMS）技术的兴起，微梁传感技术得到了很大的发展。由于该技术具有无需标记、灵敏度高、响应时间快等优点，因此特别适合应用于生化传感领域，研究人员对此开展了大量的研究。然而，一般的微梁传感技术只能提供传感过程中微梁的变形信息，该变形对所探究的生化过程只能提供力学方面的信息，对深入解析一个生化过程来说，其信息量是不够的；其次，在保证高灵敏度测量的情况下，如何实现大批量快速的微梁信号提取，将是把该技术推向芯片化发展的关键。本项目针对这两个问题，一方面将电化学传感技术引进微梁传感系统，开发了一套可同时提取微梁变形信号和微梁表面生化过程中电化学信号的传感系统。利用这两种信息，我们能够对所研究的生化过程，有更深入的理解。另一方面，针对高通量快速检测问题，我们引入数字全息技术对微梁变形进行监测，该方法通过计算机数字化重建光场，从而实现对微梁的变形监测，具有非接触、全场、高精度等优点，为实现大批量快速的微梁传感检测技术奠定了坚实的基础。