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一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法 Download PDF

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一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，步骤为(1)选择基底材料，完成金属纳米阵列的制作；(2)将基底浸泡入所配制的生物活性化学试剂溶液之中，使金属表面带上与生物分子相对应的活性基团，使得抗原与银粒子阵列的结合更加容易，生物活性化学试剂为辛烷硫醇1－OT和含氢硫基的十一醇酸11－MUA，溶剂为乙醇；(3)将得到浸泡后的基片取出，清洗去掉基片表面残留物质，并吹干；(4)选择与被探测分子相对应的抗原以及零距离耦合试剂；(5)将抗原溶液以及零距离耦合试剂溶液进行混合，然后将其滴加在基片表面，使其发生耦合反应，反应时间为3小时以上；(6)再将基片进行冲洗，去除基片表面残留物质，并吹干，即完成纳米传感器的制作。极大的提高了该传感器的灵敏度。

Description

一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法
技术领域
本发明涉及一种LSPR纳米传感器的生物分子的制作方法，特别是一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法。
背景技术
LSPR(局域表面等离子体共振)生物传感器以其方便快捷、灵敏度高、应用范围广、实时监控等多项特点，深受研究人员的青睐，并走在了传感器研究的前沿，被认为是最有潜力的一类生物传感器，利用这种新型研究手段对于生命科学的基础研究、医学诊断以及治疗等方面有着十分重要的意义。
对于LSPR生物传感器的研究，国外美国西北大学做了很多具有代表性的工作，在纳米粒子和结构用于生物分子标记物和检测方面做了相当一部分初步的实验研究工作，利用六角形分布的截断四面体结构对蛋白质、DNA等生物大分子之间的反应进行了初步研究，研究内容主要涉及对抗原一抗体之间的特异性反应，以及抗原一抗体浓度对反应信号的影响等方面。但是对目标分子的探测不够灵敏。
发明内容
本发明要解决的问题是：针对现有生物传感器探测灵敏度低的问题，提供一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法。
本发明的技术解决问题：
(1)选择基底材料，在实验室中完成金属纳米阵列的制作；
(2)将基底浸泡入所配制的生物活性化学试剂溶液之中，使金属表面带上与生物分子相对应的活性基团，使得抗原与银粒子阵列的结合更加容易，所述的生物活性化学试剂为辛烷硫醇1-OT和含氢硫基的十一醇酸11-MUA，两者的浓度都为1～3mM(mmol/l，毫摩尔/升)，采用溶剂为乙醇；配比后的溶液中辛烷硫醇1-OT溶液和含氢硫基的十一醇酸11-MUA的含量的摩尔百分比为1∶3～3∶1；
(3)将步骤(2)得到浸泡后的基片取出，清洗去掉基片表面残留物质，并吹干；
(4)选择与被探测分子相对应的抗原以及零距离耦合试剂，抗原的性质是可以跟遇到的探测分子发生特异性反应，从而相互结合，零距离耦合试剂的作用是可以使得抗原与基片的粘合更加紧密；
(5)将抗原溶液以及零距离耦合试剂溶液进行混合，两者的浓度范围都为1～3mM，混合摩尔比例为1∶2～2∶1，溶剂为磷酸盐缓冲液，然后将其滴加在基片表面，使其发生耦合反应，反应时间为3小时以上；
(6)再将基片进行冲洗，去除基片表面残留物质，并吹干，即完成纳米传感器的制作。
所述步骤(1)中的基底材料为玻璃或石英。
所述步骤(1)中金属纳米阵列的制作时选用的金属材料为激发表面等离子体的材料，一般选用金属金或银。
所述步骤(1)中金属纳米阵列为矩形排布的菱形结构阵列，所述的菱形结构阵列的制作方法如下：
(a)彻底清洗基底后用氮气吹干；
(b)将不同直径的两种单分散性的纳米球混合均匀后滴加在基片表面实现自组装；
(c)用反应离子刻蚀(RIE)技术对制作的纳米球自组装单层进行刻蚀，把直径小的纳米球完全刻蚀掉；
(d)用真空沉积的方法沉积厚度为30～50nm左右的金属金、银等重金属；
(e)用超声波振荡的方法去掉纳米球，得到菱形金属纳米阵列。
所述步骤(2)中的浸泡时间为22-25小时。
所述步骤(3)中或步骤(6)中采用磷酸盐缓冲液进行冲洗。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明由于通过改变在基底表面纳米粒子阵列的排布和形状，以及通过采用具有长链结构的与目标分子相对应的抗原，可以进一步增强局域表面等离子体共振的强度，从而极大的提高了生物分子检测过程中对目标分子的检测灵敏度，本发明可以用于在自然环境下检测目标分子，为生物芯片的进一步实用化奠定了基础。
附图说明
图1为本发明制作的菱形银纳米结构阵列的剖面图；
图2为本发明中对金属表面进行活化的试剂和与目标分子相对应的抗原的结构示意图；
图3为本发明中对基底进行活化处理后的示意图；
图4为本发明中利用零距离耦合试剂连接与目标分子相对应的抗原的示意图；
图5为本发明中传感器连接目标分子后剖面图。
图中：1、K9玻璃或石英基底，2、金属银，3、活化试剂辛烷硫醇(1-OT)，4、活化试剂含氢硫基的十一醇酸(11-MUA)，5、与目标分子相对应的抗原生物素，6、被检测的目标分子链亲合素；
具体实施方式
下面结合具体实施方式及附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下列实施例，应包括权利要求书中的全部内容。
实施例1
本发明实施例1具体过程为：
(1)利用本实验室发展的延展的纳米球压印(NSL)技术在K9玻璃基底上制作阵列周期为440nm，金属银表面内宽度140nm，表面外高度47nm的菱形银纳米阵列，剖面图如图1所示；
菱形结构阵列的制作方法如下：
(a)彻底清洗基底后用氮气吹干；
(b)将直径为440nm左右和200nm左右的两种单分散性的纳米球混合均匀后滴加在基片表面实现自组装；
(c)用反应离子刻蚀(RIE)技术对制作的纳米球自组装单层进行刻蚀，把200nm的纳米球完全刻蚀掉；
(d)用真空沉积的方法沉积厚度为47nm左右的金属银；
(e)用超声波振荡的方法去掉纳米球，得到菱形金属纳米阵列；
(2)将基片浸泡入活化试剂溶液中进行活化。活化试剂的配制是利用辛烷硫醇(1-OT)和含氢硫基的十一醇酸(11-MUA)的乙醇溶液配比完成。辛烷硫醇(1-OT)的含量为1mM，并且和含氢硫基的十一醇酸  (11-MUA)的含量比例为3∶1，浸泡时间为24小时左右，活化可以使金属表面带上羧基的活性基团，活化试剂的空间结构示意图如图2，活化后的结构示意图如图3所示；
(3)将基片取出，采用磷酸盐溶液(磷酸钠或磷酸钾溶液0.01M pH7.2～7.4)溶液进行冲洗，去除基片表面的残留物质，并采用高压氮气将基片吹干；
(4)选择零距离耦合试剂及长链的抗原生物素，两者的浓度都为1mM，将其溶液混合(两者的混合摩尔比例为1∶1，溶剂为磷酸盐缓冲液)并滴加在基片表面，使其发生耦合反应，反应时间为6小时；
(5)将基片用磷酸盐溶液进行冲洗，去除基片表面残留物质；
(6)采用高压氮气吹干基片表面，该高灵敏度纳米传感器制作完成；
(7)将被探测的目标分子溶液滴加在基片表面即可完成探测过程。
实施例2
本发明实施例2具体过程为：
(1)利用本实验室发展的延展的纳米球压印(NSL)技术在石英玻璃基底上制作阵列周期为400nm，金属银表面内宽度110nm，表面外高度50nm的菱形银纳米阵列，剖面图如图1所示；
菱形结构阵列的制作方法如下：
(a)彻底清洗基底后用氮气吹干；
(b)将直径为400nm左右和180nm左右的两种单分散性的纳米球混合均匀后滴加在石英基片表面实现自组装；
(c)用反应离子刻蚀(RIE)技术对制作的纳米球自组装单层进行刻蚀，把180nm的纳米球完全刻蚀掉；
(d)用真空沉积的方法沉积厚度为50nm左右的金属银；
(e)用超声波振荡的方法去掉纳米球，得到菱形金属纳米阵列；
(2)将基片浸泡入活化试剂溶液中进行活化，活化试剂的配制是利用辛烷硫醇(1-OT)和含氢硫基的十一醇酸(11-MUA)的乙醇溶液配比完成，辛烷硫醇(1-OT)的含量为1mM，并且和含氢硫基的十一醇酸(11-MUA)的含量比例为3.1∶1.1，浸泡时间为25小时左右，活化可以使金属表面带上羧基的活性基团，活化试剂的空间结构示意图如图2，活化后的结构示意图如图3所示；
(3)将基片取出，采用磷酸盐溶液(磷酸钠或磷酸钾溶液0.01M pH7.2～7.4)溶液进行冲洗，去除基片表面的残留物质，并采用高压氮气将基片吹干；
(4)选择零距离耦合试剂及长链的抗原生物素，两者的浓度分别为1.1mM和1.2mM，将其溶液混合(两者的混合摩尔比例为1.1∶1.2，溶剂为磷酸盐缓冲液)并滴加在基片表面，使其发生耦合反应，反应时间为4小时；
(5)将基片用磷酸盐溶液进行冲洗，去除基片表面残留物质；
(6)采用高压氮气吹干基片表面，该高灵敏度纳米传感器制作完成；
(7)将被探测的目标分子溶液滴加在基片表面即可完成探测过程。
同理，根据上述过程的叙述即可以实现本发明权利要求的全部内容。

Claims (8)

1.一种高灵敏度的纳米生物传感器制作方法主要由以下步骤完成：
(1)选择基底材料，在实验室中完成金属纳米阵列的制作；
(2)将基底浸泡入所配制的生物活性化学试剂溶液之中，使金属表面带上与生物分子相对应的活性基团，使得抗原与银粒子阵列的结合更加容易，所述的生物活性化学试剂为辛烷硫醇1-OT和含氢硫基的十一醇酸11-MUA，两者的浓度均为1～3mM毫摩尔/升，采用溶剂为乙醇；配比后的溶液中辛烷硫醇1-OT溶液和含氢硫基的十一醇酸11-MUA的含量的摩尔百分比为1∶3～3∶1；
(3)将步骤(2)得到浸泡后的基片取出，清洗去掉基片表面残留物质，并用氮气吹干；
(4)选择与被探测分子相对应的抗原及零距离耦合试剂；
(5)将抗原溶液及零距离耦合试剂溶液进行混合，两者的浓度为1～3mM，混合摩尔比例为1∶2～2∶1，溶剂为磷酸盐缓冲液，然后将其滴加在基片表面，使其发生耦合反应，反应时间为3小时以上；
(6)再将基片进行冲洗，去除基片表面残留物质，并吹干，即完成纳米传感器的制作。
2.根据权利要求1所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中的基底材料为玻璃或石英。
3.根据权利要求1所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属纳米阵列的制作时选用的金属材料为激发表面等离子体的材料。
4.根据权利要求3所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述的金属材料为金属银。
5.根据权利要求1所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中金属纳米阵列为矩形排布的菱形结构阵列。
6.根据权利要求5所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述的菱形结构阵列的制作方法如下：
(a)彻底清洗基底后用氮气吹干；
(b)将不同直径的两种单分散性的纳米球混合均匀后滴加在基片表面实现自组装；
(c)用反应离子刻蚀RIE技术对制作的纳米球自组装单层进行刻蚀，把直径小的纳米球完全刻蚀掉；
(d)用真空沉积的方法沉积厚度为30～50nm左右的金属金、或银重金属；
(e)用超声波振荡的方法去掉纳米球，得到菱形金属纳米阵列。
7.根据权利要求1所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浸泡时间为22-25小时。
8.根据权利要求1所述的高灵敏度的纳米生物传感器制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中或步骤(6)中采用磷酸盐缓冲液进行冲洗。
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