组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
免疫球蛋白G抗体（IgG，山羊/鸡/人 IgG）与固定蛋白A（Protein A）/蛋白A/G（Protein A/G）的结合事件；样品基质：PBS缓冲液
检测原理
光子晶体（PC）生物传感器表面在白光正入射下反射窄带光，反射峰波长（PWV）取决于表面有效折射率和光学厚度。实验隔室PC表面固定蛋白A或蛋白A/G，作为识别元件；PBS中的IgG抗体进入200 pL隔室后与固定蛋白特异性结合，表面吸附层质量/折射率增加，使PWV向长波方向移动。AtO阀门控制加样、封闭和混合，实验隔室与相邻对照隔室比较以扣除漂移和非特异结合。反射光经分光镜、狭缝和成像光谱仪采集，2-D CCD逐像素找峰生成PWV空间图像，结合区域红移程度反映结合量。
检测灵敏度
—
效应效果
在4×4阵列中，PBS行/列及内部对照未出现红移，表明非特异性结合和隔室间泄漏较低。人IgG与蛋白A及蛋白A/G均强结合，山羊IgG对蛋白A弱、对蛋白A/G强，鸡IgG响应接近PBS（约0.2 nm），与预期结合谱一致。AtO阀门静置关闭可承受10 psig液压，开启约-10 psig、维持约-1 psig；混合8–15次、3–5 min，30 min孵育后背景扣除得到结合图像。芯片可断开气动管路转移，可逆密封未泄漏，适合小体积组合反应和生物分子相互作用筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底（glass substrate）上图案化光子晶体（PC）生物传感器光栅，作为光学换能器，反射峰波长随表面吸附变化
- 微流控流体层：PDMS（polydimethylsiloxane）多层软刻蚀微流控层，含200 pL U形隔室与通道，用于容纳试剂与组合混合
- 微流控控制层：PDMS气动控制层，含AtO阀门腔，负压驱动屏障开启/关闭，实现隔室隔离与混合
- 识别元件：实验隔室PC表面固定蛋白A（Protein A）或蛋白A/G（Protein A/G），作为捕获/识别元件，与IgG抗体结合
- 封闭剂：Sea Block（Pierce Biotechnology）20%体积分数PBS溶液，用于减少非特异性结合
- 信号读出：白光照明、分光镜、成像光谱仪与2-D CCD检测反射峰波长（PWV）变化，无需标记
中文摘要
本文报道了一种用于组合筛选的微流控多孔板的设计、制备与验证。该阵列中每个孔由两个200 pL隔室组成，每个隔室均集成光子晶体（PC）生物传感器，可在芯片上原位检测生物分子结合事件。芯片采用大量动作开启（Actuate-to-Open, AtO）阀门阵列隔离所有隔室，使芯片可与气动控制线断开，并在加样、传感和表征平台之间自由转移。AtO阀门在负压下打开，释放后被动关闭，无需持续加压，也无需不可逆密封，从而降低死体积并提高便携性。作者通过4×4蛋白/抗体结合实验验证了离散混合与芯片上检测能力，结果表明该芯片可用于小体积组合反应和生物分子相互作用筛查。
英文摘要
This paper reports the design, fabrication and validation of a microfluidic well plate for combinatorial screening applications. Each well within the array is comprised of two 200 picoliter compartments that each contain a photonic crystal biosensor to enable the on-chip, in situ detection of (bio-) molecular binding events. This microfluidic chip utilizes arrays of Actuate-to-Open valves to isolate all compartments, which allows the chip to be decoupled from pneumatic control lines and thus to be transported freely between filling, sensing and characterization platforms. A proof-of-principle 4 x 4 protein/antibody binding assay was performed to demonstrate the discrete mixing and on-chip sensing capabilities.