金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置

1.本技术涉及一种生物芯片夹持装置，具体涉及金属光子晶体生物传感器芯片封装夹持装置。


背景技术：

2.一种基于波导金属光子晶体的光学生物传感器芯片，目前已经在生物分子相互作用的灵敏测试、为特定生物反应的无标记检测等一系列检测系统中，拥有了广泛的应用。在基于这种芯片的检测方法中，其原理主要是通过波导共振模式和粒子等离子体共振之间的耦合来提高灵敏度或放大传感器信号。该传感器芯片可以以潜在的高时间分辨率记录生物的动态反应，其中该方法可以通过感测抗原和抗体之间的特定反应，产生的光学特性的变化来实时检测。
3.在该方法中，需要将待测的含有生物蛋白分子的液体与金属光子晶体生物传感器芯片实时、稳定、均匀、充分的接触，才能达到该检测系统所设计的实时监测生物的动态反应的目的。在如何实现的问题上，目前常用的解决方案主要为在比色皿中依次接入液体循环通路，置入金属光子晶体芯片，使用封装装置将其固定。该方法制作的测试系统稳定可靠，但当我们需要更换多种不同的金属光子晶体芯片对液体样品进行测试时，由于该测试系统搭建难度高、更换拆装复杂、集成度低。尽管金属光子晶体生物传感器芯片实现了通用化设计，但是由于其封装及夹持装置往往采取了这种一次性的封装形式，不仅需要重复地对液体循环通路不断调整以进行适配，且并没能实现全系统的模块化替换，难以作为实验室测试的通用用具进行使用。


技术实现要素：

4.本实用新型基于上述问题和背景技术，提出将金属光子晶体芯片利用一个夹持装置封装起来，利用夹持装置的复用性与通用性，对液体实现多样化光信号及光谱测量。再将夹持装置与液体输入、输出管路进行整合，利用在光路中加入实时流动液体的特点，实现一种面向水环境污染检测和污染程度评价的装置和制备方法。
5.该夹持装置分为两个部分，包括金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(1)及防脱定位销(2)：
6.金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(1)整体为长方体结构；长方体中心为容纳金属光子晶体生物传感器芯片(12)的空腔结构；长方体结构的底部为与空腔结构相通的双宽度的深槽(3)，长方体结构两相悖的侧面为透光方窗(4)，长方体结构第三侧面底部设有防脱定位销插口(5)，防脱定位销插口(5)与空腔结构、双宽度的深槽(3)相通；长方体结构顶部设有顶部推出孔(6)；在长方体结构靠近第三侧面和靠近第四侧面的内部设有不等深液体孔道(7)；同时顶部四周侧面设有凸台配合结构(8)，用于与比色皿配合装配。
7.在长方体结构靠近第三侧面和靠近第四侧面的内部设有不等深液体孔道(7)：在长方体结构靠近第四侧面的内部设有自顶部贯穿底部的直通道作为液体输入通道(7-1)，
在在长方体结构靠近第四侧面的内部设有弯曲的液体输出通道(7-2)，液体输出通道(7-2)的一端位于长方体结构的顶部，液体输出通道(7-2)的另一端位于长方体结构的第三侧面；
8.防脱定位销(2)为独立的的插销，包括圆角防呆销头(9)、加宽边缘销尾(10)；防脱定位销(2)用于将金属光子晶体生物传感器芯片(12) 从双宽度的深槽(3)推入空腔结构，同时测试时用于将防脱定位销(2) 推入防脱定位销插口(5)防止金属光子晶体生物传感器芯片(12)从双宽度的深槽(3)掉出，同时还保持双宽度的深槽(3)或/和防脱定位销插口 (5)与空腔结构之间具有空隙连通，用于待测液体从双宽度的深槽(3) 或/和防脱定位销插口(5)进入空腔结构。
9.金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置的应用，其他的配合零件包括比色皿(11)和金属光子晶体生物传感器芯片(12)。
10.定位销(2)将金属光子晶体生物传感器芯片(12)从双宽度的深槽(3) 将其推入，随后将防脱定位销(2)从防脱定位销插口(5)插入到底，随后，将金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置(1)插入比色皿(11)中，利用凸台配合结构(8)将金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置(1)与比色皿(11)配合，形成一个可以将金属光子晶体生物传感器芯片(12) 固定在溶液环境的空腔结构中，再将管道连接到不等深液体孔道(7)，最后将液体输入待测；
11.测试结束之后，先关闭液体输入，再将管道与不等深液体孔道(7)分离，随后将夹持装置(1)与比色皿(11)分离，利用加宽边缘销尾(10) 将定位销(2)从防脱定位销插口(5)中拔出，再将定位销(2)从顶部推出孔(6)插入以将芯片(12)从双宽度深槽(3)中推出，随后结束测试。
12.该夹持装置利用过盈配合，简化了固定机构，同时底部的防脱定位销不仅可以在将芯片插入夹持装置时作为顶入销使用，亦可以从顶部作为顶出销使用，防止破坏金属光子晶体芯片的表面结构、或者对其造成其他的污染影响检测精度。
13.该夹持装置可以使用多种材料进行加工，其优先选择的材料为聚四氟乙烯，考虑到待测液体的多样性，可以选用其他材料进行加工。
14.该系统主要用于金属光子晶体生物传感器芯片的夹持与使用，可解决在金属光子晶体生物传感器芯片使用的过程中，需要将待测液体与金属光子晶体生物传感器芯片实时、稳定、均匀、充分的接触的问题。其主要面向生物抗体抗原分子等与金属光子晶体的结合变化情况进行检测，同时可以对生物大分子、生物蛋白分子等痕量液体环境进行检测，此外，该装置还可以用于检测其他有机分子。主要测试类型为进行吸收光谱测试，在此基础之上，还可以对其他有机分子进行荧光发射光谱测试。
15.该装置用于吸收光谱测试的宽带照明光源采用xe灯、卤素灯、溴钨灯、氘灯等中的一种或几种组合构成的宽带光源。
16.该装置用于荧光发射光谱测试的激发光源可选用紫外、可见波段的激光光源、led光源等。
17.光谱仪可采用各类适用于待测样品光吸收和荧光发射波段的光谱测试设备，其光谱分辨率一般要求小于2nm。
附图说明
18.图1、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置的三视图、示意图及剖视图.
19.图2、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销的三视图及示意图。
20.图3、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置及其防脱定位销使用示意图.
21.图4、金属光子晶体生物传感器芯片测试系统及与比色皿装配方法示意图
22.图5、金属光子晶体生物传感器芯片测试系统的设计和装配方法
23.金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(1)、防脱定位销(2)、双宽度的深槽(3)、透光方窗(4)、防脱定位销插口(5)、顶部推出孔(6)、不等深液体孔道(7)、液体输入通道(7-1)、液体输出通道(7-2)、凸台配合结构(8)、圆角防呆销头(9)、加宽边缘销尾(10)、比色皿(11)、金属光子晶体生物传感器芯片(12)。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
25.实施例1
26.(1)、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(附图1)：
27.①
在夹持金属光子晶体生物传感器芯片的位置开如图所示的双宽度的深槽，以两端1mm宽的部分过盈配合作为夹持装置，中间留出更宽的宽度避免破坏金属光子晶体生物传感器芯片的结构。
28.②
在测试时的光照位置开15mm*15mm大小的测试透光方窗，该窗靠外边缘处做斜切处理以保证更大的测试光入射及出射范围。
29.③
底部侧向开一个防脱定位销插口以便插入金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销。
30.④
在顶部开1.5mm*1.5mm的推出孔以便使用金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销在不破坏其表面结构的情况下将金属光子晶体生物传感器芯片推出，并兼做该装置与比色皿配合后平衡内外压差的通气孔使用。
31.⑤
在两侧使用不等深的2mm直径液体孔道作为液体待测物的出入口以便维持待测区域液体的实时流动，并在孔道上方进行加高处理以便将管路连接至该装置。
32.⑥
在顶部使用凸台结构以配合该装置插入比色皿并固定。
33.(2)、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销(附图2)：
34.①
该定位销顶部拥有圆角防呆销头以便正确插入。
35.②
该定位销拥有加宽边缘的销尾以便使用后将其从底部侧向开口中取出。
36.(3)、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销的使用方法 (附图3)：
37.①
该定位销可在夹持金属光子晶体生物传感器芯片时作为顶入销将其推入至恰当深度。
38.②
该定位销在测试过程中插入金属光子晶体生物传感器芯片封装装置底部侧向开口中，防止金属光子晶体生物传感器芯片在测试中掉落或者发生其他位移。
39.③
该定位销可从顶部推出孔将测试完毕的金属光子晶体生物传感器芯片推出。
40.(4)、金属光子晶体生物传感器芯片封装装置与比色皿配合方法(附图4)：
41.①
在将金属光子晶体生物传感器芯片插入金属光子晶体生物传感器芯片封装装置后，将金属光子晶体生物传感器芯片封装装置防脱定位销从底部侧向开口中插入固定，
形成待测整体。
42.②
将待测整体插入比色皿并用凸台将其固定在比色皿上，形成一个金属光子晶体生物传感器芯片-比色皿组装整体。
43.(5)、金属光子晶体生物传感器芯片测试系统的设计和装配方法(附图5)：
44.①
将(4)中的组装件以软管连接的方式连接到液体待测物的输入输出管路。
45.②
将金属光子晶体生物传感器芯片-比色皿组装整体加入光路，用探测光照射金属光子晶体生物传感器芯片的测试窗口处，并在其后使用光谱仪等传感器获得测试信号。

技术特征：
1.一种金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置，其特征在于，该夹持装置分为两个部分，包括金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(1)及防脱定位销(2)：金属光子晶体生物传感器芯片封装装置(1)整体为长方体结构；长方体中心为容纳金属光子晶体生物传感器芯片(12)的空腔结构；长方体结构的底部为与空腔结构相通的双宽度的深槽(3)，长方体结构两相悖的侧面为透光方窗(4)，长方体结构第三侧面底部设有防脱定位销插口(5)，防脱定位销插口(5)与空腔结构、双宽度的深槽(3)相通；长方体结构顶部设有顶部推出孔(6)；在长方体结构靠近第三侧面和靠近第四侧面的内部设有不等深液体孔道(7)；同时顶部四周侧面设有凸台配合结构(8)，用于与比色皿配合装配；所述的在长方体结构靠近第三侧面和靠近第四侧面的内部设有不等深液体孔道(7)具体指：在长方体结构靠近第四侧面的内部设有自顶部贯穿底部的直通道作为液体输入通道(7-1)，在长方体结构靠近第四侧面的内部设有弯曲的液体输出通道(7-2)，液体输出通道(7-2)的一端位于长方体结构的顶部，液体输出通道(7-2)的另一端位于长方体结构的第三侧面；防脱定位销(2)为独立的插销，包括销头和销尾；防脱定位销(2)用于将金属光子晶体生物传感器芯片(12)从双宽度的深槽(3)推入空腔结构，同时测试时用于将防脱定位销(2)推入防脱定位销插口(5)防止金属光子晶体生物传感器芯片(12)从双宽度的深槽(3)掉出，同时还保持双宽度的深槽(3)或/和防脱定位销插口(5)与空腔结构之间具有空隙连通，用于待测液体从双宽度的深槽(3)或/和防脱定位销插口(5)进入空腔结构。2.按照权利要求1所述的一种金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置，其特征在于，双宽度的深槽(3)，指的是再槽的截面沿槽的长度方向分为三部分，中间部分和中间部分的两侧，双宽指的是中间部分的宽度大于两侧的宽度，宽度的方向垂直长度方向。3.按照权利要求1所述的一种金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置，其特征在于，销头为圆角防呆销头(9)，销尾为加宽边缘销尾(10)。

技术总结
金属光子晶体生物传感器芯片夹持装置，涉及一种生物芯片夹持装置。包括金属光子晶体生物传感器芯片封装装置及防脱定位销。金属光子晶体生物传感器芯片封装装置整体为长方体结构；金属光子晶体生物传感器芯片封装装置包括双宽度的深槽(3)、透光方窗(4)、防脱定位销插口(5)、顶部推出孔(6)、不等深液体孔道(7)和凸台配合结构(8)。简化了固定机构，同时底部的防脱定位销不仅可以在将芯片插入夹持装置时作为顶入销使用，亦可以从顶部作为顶出销使用，防止破坏金属光子晶体芯片的表面结构、或者对其造成其他的污染影响检测精度。其造成其他的污染影响检测精度。其造成其他的污染影响检测精度。


技术研发人员：张新平 易睿智
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2021.11.17
技术公布日：2022/5/25