实验名称：基于液晶的高通量蛋白质光电生物传感器

研究方向：生物识别与检测

测试目的：

蛋白质分析是疾病诊断和医学研究中一类重要的方法。本文提出了一种单基底的液晶生物光电传感器，可用于检测蛋白质的浓度。实验发现单基底液晶光电生物传感的方法具有电调控、效率高等特性，为研究液晶器件的应用提供了新的技术方案。

测试设备：信号发生器、ATA-7020高压功率放大器、玻璃基底、加热台、紫光灯、偏光显微镜

实验过程：

图1：样品叉指电极示意图

在ITO玻璃（2cm×2cm）上制备叉指电极，整个电极区域的长度为2cm，宽度为1.2cm。为了保证液晶分子能够在电极之间获得足够大的电压，电极与电极之间的间隔设置为50μm，如图1所示。基底上首先制备DMOAP层，形成垂直定向层。使用去离子水将BSA溶液稀释成特定的浓度，将BSA溶液滴在DMOAP修饰的玻璃基底上（BSA液滴覆盖一个叉指电极）。随后将玻璃基底放在热台上，30℃加热30min，固化BSA。接着将LC/NOA65的混合物滴在玻璃基板上，旋涂均匀。用强度为15mW/cm2的紫外灯30s，以形成聚合物网络。采用偏光显微镜（POM）观察正交偏振条件下样品的透光率来标定BSA的浓度。

图2：生物传感系统实验装置

图2给出了用于蛋白质浓度分析的实验装置图，其中信号发生器和ATA-7020高压功率放大器通过同轴电缆连接，用于在液晶器件上施加电场。

实验结果：

1、单基底浓度检测

首先在ITO玻璃基底上制备DMOAP垂直定向层，滴不同浓度的BSA并固定，随后制备LC/NOA65混合液，选取NOA65的含量（质量分数）为3%，旋涂至玻璃基底，并采用紫外线照射固化。在叉指电极的正负极加电，电压范围控制在0~50V。在偏光显微镜下观察液晶在加电时的明暗变化。

2、高通量分析方案

在滴入BSA时，因为浓度不同会导致BSA液滴扩散的面积不同，所以同时检测多个浓度的样品具有一定的困难。为了克服这个困难，采用光刻方法在ITO表面电极之间制备正方形格子（液晶池子）阵列，其尺寸为800μm×800μm。每个液晶池子可以滴入不同浓度的BSA。为了保证滴入的BSA能够完全在单个池子里面，不会与其他浓度的BSA混合，选择直径为300μm的毛细管进行点样。随后在其上制备液晶聚合物层，在POM下观察。

实验中制备的具有面内电极的单基底液晶生物传感器，对其外加电场能够提升传感特性的线性度。对BSA的检测范围达到10-3~10-7g/mL，其检测极限可达到10-7g/mL。利用光刻技术在基底上制备了阵列化的液晶池子，提高了检测蛋白质浓度的效率。由于偏光显微镜视场的限制，同时检测的样品的数目较少，未来可通过提升光刻精度减小液晶池子的方法来提升同时检测的通道数目。

安泰ATA-7020高压放大器：

图：ATA-7020高压放大器指标参数

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