组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
短寡核苷酸（short oligonucleotides，含大肠杆菌 Escherichia coli 与β-溶血性链球菌 β-hemolytic Streptococcus 互补序列）；样品基质：微流控通道内寡核苷酸溶液
检测原理
该传感器以磁控溅射金膜为微流控基底，巯基化DNA探针通过硫醇-金共价作用固定于通道表面。样品中用Cy5或Dylight 680标记的互补寡核苷酸在微流控通道内流动，与固定探针发生特异性杂交，未结合分子经去离子水冲洗去除。He-Ne激光（632.8 nm）经柱面镜聚焦为线光，同时覆盖多个通道并激发表面荧光。二向色镜与带通滤光片抑制散射/反射激光，光谱仪对激发线区域进行光谱分辨，CCD记录每个位置的全荧光光谱。多元数据分析将重叠光谱分解为Cy5和Dylight 680的加权贡献，从而区分不同标记并扣除基底或污染荧光。被测物浓度或杂交效率越高，结合荧光分子越多，相对荧光强度越大；光谱特征则提供标记种类与比例信息。
检测灵敏度
检测灵敏度: 约0.81 fluors/μm2
效应效果
该传感器在五个微流控通道中表现出良好空间均一性，水平方向灰度峰值为9.9、10.2、9.3、9.7和9.1×10^4 a.u.，最大波动约11%。检测灵敏度约0.81 fluors/μm2，满足多数荧光采集需求。由于记录全光谱而非单一滤光片强度，系统能够区分发射光谱高度重叠的Cy5与Dylight 680标记，并通过多元数据分析拟合混合光谱，从而识别和扣除基底或污染引入的不需要荧光伪影。模型实验中，不同浓度样品产生不同相对荧光强度，相同标记通道光谱形状一致；混合标记通道可被分解为两种荧光贡献，验证了多分析物并行检测能力。作者认为该装置具有高通量、高精度生化相互作用分析潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器：磁控溅射金膜（Au film），作为微流控基底并提供硫醇化DNA探针共价结合表面
- 微流控反应层：五通道微流控系统（5-channel microfluidic system），以20 μL/min连续输送样品溶液并实现多通道并行杂交
- 识别元件：巯基化DNA探针（thiolated DNA probes），固定于金膜表面并特异性捕获互补寡核苷酸
- 信号标记物：Cy5与Dylight 680荧光标记互补寡核苷酸（Cy5-labeled/Dylight 680-labeled oligonucleotides），杂交后产生可分辨荧光
- 光学读出模块：He-Ne激光（632.8 nm）、二向色镜、带通滤光片、光谱仪和CCD，用于线激发、光谱分辨与图像采集
中文摘要
传统荧光扫描仪依赖多个滤光片区分不同荧光标记，该机制存在局限：当使用多个荧光标记时，若发射光谱重叠则难以区分；且难以判断测量数据是否受基底或制备化学引入的杂散荧光污染影响。本文提出一种线监测高光谱荧光技术，并针对多通道微流控系统进行了设计与优化。与仅记录荧光强度的滤光片机制不同，该技术通过光谱仪记录样品平面上每个位置的全荧光光谱，再利用多元数据分析对光谱进行解析，从而确定不同荧光标记的比例并消除不需要的伪影。该传感器可同时监测多个微流控通道，具有多分析物生物传感潜力。其检测灵敏度约为0.81 fluors/μm2，并表现出良好的空间均一性。最后，通过短寡核苷酸杂交检测模型实验，验证了该高光谱荧光生物传感器在生物医学检测中的应用价值。
英文摘要
Conventional fluorescence scanners utilize multiple filters to distinguish different fluorescent labels, and problems arise because of this filter-based mechanism. In this work we propose a line-monitoring, hyperspectral fluorescence technique which is designed and optimized for applications in multi-channel microfluidic systems. In contrast to the filter-based mechanism, which only records fluorescent intensities, the hyperspectral technique records the full spectrum for every point on the sample plane. Multivariate data exploitation is then applied to spectra analysis to determine ratios of different fluorescent labels and eliminate unwanted artifacts. This sensor is designed to monitor multiple fluidic channels simultaneously, providing the potential for multi-analyte biosensing. The detection sensitivity is approximately 0.81 fluors/μm2, and this sensor is proved to act with a good homogeneity. Finally, a model experiment of detecting short oligonucleotides has demonstrated the biomedical application of this hyperspectral fluorescence biosensor.