CN103884685A - 一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 - Google Patents
一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103884685A CN103884685A CN201410141338.9A CN201410141338A CN103884685A CN 103884685 A CN103884685 A CN 103884685A CN 201410141338 A CN201410141338 A CN 201410141338A CN 103884685 A CN103884685 A CN 103884685A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- psm
- porous silicon
- preparation
- psm substrate
- substrate according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Au-PSM衬底，在多孔硅一维光子晶体表面均匀沉积有纳米金颗粒。本发明Au-PSM衬底进行生物检测时，生物分子只连接在多孔硅一维光子晶体的表面，不会进入到多孔硅一维光子晶体的内部，可以确保少剂量生物检测的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔硅基生物传感器的制备。
背景技术
多孔硅是一种海绵状的、有着巨大比表面积的纳米硅基材料。由于其比表面积大、生物兼容性好、室温下可发光以及折射率可调节等特性，在制备生物传感器的各类生物材料中，纳米多孔硅生物传感器的研究极大的吸引了研究者的关注。在制备光生物传感器的各类结构中，基于光子晶体结构的生物传感器具有非常高的灵敏度，诸如高品质因数微谐振腔生物传感器以及光子晶体波导生物传感器等，其广阔的应用前景使得光子晶体成为目前光学传感器研究的一个研究热点。因此，利用多孔硅折射率的可调节性与光子晶体技术结合起来就可以制备出一种操作简单、便捷、无污染、灵敏度高、选择性好的光子晶体生物传感器。大多数多孔硅基光子晶体生物传感器在制备和检测生物的过程中要求化学试剂及生物分子能够充分进入到多孔硅光子晶体中，然而多孔硅光子晶体的孔洞尺寸有限，多步骤的化学修饰可能致使待检测的生物分子无法充分进入多孔硅光子晶体的，从而导致用化学方法修饰制备出的多孔硅基光子晶体生物传感器检测灵敏度及可靠性降低。
由于纳米金粒子具有很强的免疫标记能力，可以和很多基团进行键合，其共轭化合物有很宽的PH稳定性、很高的离子强度以及离子稳定性，为生物学检测提供了一个很好的平台。近年来纳米金已经被应用到很多超敏感生物传感器上，在生物分子标记和检测、纳米生物传感器和纳米生物芯片等技术的开发和应用方面取得了重要的进展。目前许多科研单位和公司都致力于发展纳米金定性或半定量的快速免疫分析技术，它是20世纪90年代发展起来的一种快速、直观和操作简便的检测技术。其原理是利用纳米金粒子作为探针，通过抗原抗体的特异性反应，使检测信号得到放大，从而达到对抗原或抗体的快速灵敏检测。
综上所述，由于受到多孔硅一维光子晶体孔洞大小的限制，用化学试剂修饰的多孔硅一维光子晶体生物传感器可能导致检测生物不能完全进入。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种对小剂量生物分子检测的灵敏度高、可靠性强的Au-PSM衬底；
本发明的另一目的是提供上述Au-PSM衬底的制备方法；
本发明的又一目的是提供上述Au-PSM衬底的应用方法。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
一种Au-PSM衬底，在多孔硅一维光子晶体表面均匀沉积有纳米金颗粒。
优选的，所述纳米金颗粒的大小为13±2nm。
上述Au-PSM衬底的制备方法，步骤如下：
1）将单晶硅片放置腐蚀液中，通过电化学腐蚀的方法,在单晶硅片上按照(nLnH)6nLc(nHnL)6的序列从上到下进行腐蚀，其中nL层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为2.3s，nH层的电流密度为分别用40 mA/cm2、腐蚀时间为3.6 s，nLc层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为9.2 s，得多孔硅微腔；
2）将步骤得到的多孔硅微腔迅速浸泡在HAuCl4的乙醇溶液中，其中，HAuCl4的乙醇中HAuCl4的浓度为0.5 mM ，浸泡10min后，取出用去离子水彻底冲洗，再浸泡在双氧水中充分氧化后得Au-PSM衬底。
优选的，所述步骤1）中的单晶硅片采用P型、电阻率为0.01-0.02Ωｍ·cm的单晶硅片。所用硅片购自天津市半导体研究所。
优选的，所述腐蚀液为氢氟酸和乙醇按体积比1:1的混合溶液。
进一步优选的，所述氢氟酸的浓度为48wt%。
优选的，所述步骤1）中的电化学腐蚀方法具体为：将单晶硅片依次在超声仪中用丙酮、乙醇、去离子水将其彻底清洗10min，再浸泡于氢氟酸和乙醇按体积比1:1的混合溶液中，以铜棒作为腐蚀电极的阴极，铜片作为腐蚀电极的阳极，通以电流，使电流从电源正极流到硅片，再从硅片流到电源负极，在腐蚀过程中电流沿着硅片向下进行纵深腐蚀。
所述步骤2）中，在双氧水中浸泡24h。
Au-PSM衬底在生物检测中的应用，检测时，生物分子只连接在多孔硅一维光子晶体的表面，不会进入到多孔硅一维光子晶体的内部，利用多孔硅表层折射率的增加导致的反射的蓝移进行检测。
本发明的有益效果：
本发明Au-PSM衬底结合纳米金颗粒良好的生物活性，将金纳米颗粒制备在一维多孔硅光子晶体表面上，通过Au-S键将生物分子连接在多孔硅一维光子晶体表面，利用多孔硅一维光子晶体优异的光学特性实现对生物的检测，这种方法可提高对小剂量生物分子检测的灵敏度及可靠性。
本发明制备的Au-PSM衬底的截面图如图1，可见纳米金颗粒只沉积在多孔硅一维光子晶体的表面；表面形貌图如图2，纳米金颗粒的大小约为13 + 2 nm且在多孔硅一维光子晶体的表面分别均匀。由此可见制备的Au-PSM衬底进行生物检测时，生物分子只连接在多孔硅一维光子晶体的表面，不会进入到多孔硅一维光子晶体的内部，可以确保少剂量生物检测的可靠性。通过Labview程序对序列为(nLnH)6nLc(nHnL)6光子晶体的反射谱仿真，得到随着光子晶体表层折射率的增加光子晶体的反射谱发生蓝移的结论，仿真图如图3。在实验中，为了确保制备的Au-PSM衬底生物检测的有效性，实施Au-PSM产品对19个碱基对的DNA进行了特异性检测，如图4。通过Au-PSM衬底对不同浓度的19个碱基对互补DNA进行检测，对应的反射谱的蓝移量与生物浓度在一定范围内有线性关系，对不同浓度的DNA检测图见图5。因此，可以说明这种利用多孔硅表层折射率的增加导致的反射谱的蓝移的检测方法对生物浓度的检测是有效的。同时，本发明方法简单，易于推广，适与合于大规模的工业生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明Au-PSM衬底的截面扫描电镜图片；
图2是本发明Au-PSM衬底的表面扫描电镜图片；
图3是本发明Au-PSM衬底的反射谱图，其中，（a）PSM表面折射率增加的仿真计算图；(b)不同浸泡时间形成的Au/PSM产品的反射谱；
图4是本发明Au-PSM衬底对DNA特异性检测的反射谱图，（a）对19个碱基对完全不互补DNA检测；（b）对19个碱基对完全互补DNA检测；
图5是本发明Au-PSM衬底对不同浓度目标生物的反射谱蓝移关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
Au-PSM衬底的制备
以P型，（100），电阻率0.01-0.02Ωｍ·cm的单晶硅为衬底，放置在HF（48%）：C2H5OH（体积比1:1）的混合溶液中，通过电化学腐蚀的方法,在单晶硅片上按照(nLnH)6nLc(nHnL)6的序列从上到下进行腐蚀，其中nL层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为2.3s，nL层的电流密度为分别用40 mA/cm2、腐蚀时间为3.6 s，nLc层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为9.2 s。新制备的多孔硅微腔迅速浸泡在0.5 mM HAuCl4 与乙醇的混合溶液中10min，取出用去离子水彻底冲洗，最后浸泡在双氧水中24h，对制备的Au/PSM衬底进行彻底氧化。扫描电镜图1（a）显示，多孔硅一维光子晶体的截面符合(nLnH)6nLc(nHnL)6序列的设计，高低折射率层与层之间接触较平整；由图1(b)可看出，纳米金颗粒只在多孔硅表层形成，没有进入到多孔硅一维光子晶体内。
实施例2：
制备Au-PSM衬底时纳米金颗粒沉积的时间的确定
由实施例1制备出的新鲜多孔硅一维光子晶体浸泡在0.5 mM HAuCl4 与乙醇的混合溶液中5min,10min,15min,20min得到的在多孔硅微腔表层上形成的不同尺寸的纳米金颗粒，随着浸泡时间的增加纳米金颗粒的尺寸变大，并出现团聚现象。表面形貌图见图2d。
实施例3：
Labview仿真实验
通过Labview仿真得到序列为(nLnH)6nLc(nHnL)6的光子晶体反射谱。随着序列为(nLnH)6nLc(nHnL)6光子晶体表层折射率的增加，光子晶体的反射谱发生蓝移。在实验中，通过增加新制备出的多孔硅光子晶体在0.5 mM HAuCl4 与乙醇的混合溶液中的浸泡时间来增加多孔硅光子晶体的表层折射率，得到的反射谱发生明显的蓝移，与仿真结果一致。由此，进一步证明纳米金颗粒是在多孔硅微腔表层形成的，且可以利用多孔硅表层折射率的增加导致的反射谱的蓝移对生物进行检测。
实施例4：
Au/PSM产品对互补DNA生物的特异性检测实验
本发明Au-PSM产品对19个碱基对DNA生物的特异性检测。图4a为Au-PSM产品对19个非互补的碱基对DNA的检测，探针DNA的序列为：5’-TTGTACAGCAGCGTGCACC-(CH2)6-SH-3’， 非互补DNA的序列为：ACACGTCATCGCTCTATTG，互补DNA的序列为：GGTGCACGCTGCTGTACAA，以上生物购自Invitrogen公司 (china, www.invitrogen.com)。由图4a可看出多孔硅光子晶体的反射谱没有发生明显移动。图4b为Au-PSM产品对19个互补的碱基对DNA的检测，由图4b可看出多孔硅光子晶体的反射谱发生了明显的蓝移。由此可以表明Au-PSM产品对互补DNA生物的特异性检测是唯一的。
实施例5：
灵敏度分析实验
Au/PSM产品对浓度为0.0 μM、2.0 μM、 4.0 μM、 6.0 μM、8.0 μM、10.0 μM、12.5 μM、25.0 μM和50.0 μM的19个碱基对互补DNA进行检测，对应的反射谱的蓝移量分别为 2.0 nm、9.0 nm、12.5 nm、30.0 nm、 45.0 nm、28.0 nm、 25.5 nm 和 22.0 nm。由图5可得，在2.0 μM到10.0 μM范围有线性关系，线性方程为：y = -0.62 + 3.96 C，由此得到传感器的检测灵敏度为：0.1/3.96 = 25.25 nM。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种Au-PSM衬底，其特征在于：在多孔硅一维光子晶体表面均匀沉积有纳米金颗粒。
2.根据权利要求1所述的Au-PSM衬底，其特征在于：所述纳米金颗粒的大小为13±2nm。
3.根据权利要求1或2所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：步骤如下：
1）将单晶硅片放置腐蚀液中，通过电化学腐蚀的方法,在单晶硅片上按照(nLnH)6nLc(nHnL)6的序列从上到下进行腐蚀，其中nL层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为2.3s，nH层的电流密度为分别用40 mA/cm2、腐蚀时间为3.6 s，nLc层的电流密度为分别用100 mA/cm2、腐蚀时间为9.2 s，得多孔硅微腔；
2）将步骤得到的多孔硅微腔迅速浸泡在HAuCl4的乙醇溶液中，其中，HAuCl4的乙醇中HAuCl4的浓度为0.5 mM ，浸泡10min后，取出用去离子水彻底冲洗，再浸泡在双氧水中充分氧化后得Au-PSM衬底。
4.根据权利要求3所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的单晶硅片采用P型、电阻率为0.01-0.02Ωｍ·cm的单晶硅片，
实验所用的单晶硅片购于天津市半导体研究所。
5.根据权利要求3所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：所述腐蚀液为氢氟酸和乙醇按体积比1:1的混合溶液。
6.根据权利要求5所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：所述氢氟酸的浓度为48wt%。
7.根据权利要求3至6任一项所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中的电化学腐蚀方法具体为：将单晶硅片依次在超声仪中用丙酮、乙醇、去离子水将其彻底清洗10min，再浸泡于氢氟酸和乙醇按体积比1:1的混合溶液中，以铜棒作为腐蚀电极的阴极，铜片作为腐蚀电极的阳极，通以电流，使电流从电源正极流到硅片，再从硅片流到电源负极，在腐蚀过程中电流沿着硅片向下进行纵深腐蚀。
8.根据权利要求3所述的Au-PSM衬底的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，在双氧水中浸泡24h。
9.Au-PSM衬底在生物检测中的应用，其特征在于：检测时，生物分子只连接在多孔硅一维光子晶体的表面，不会进入到多孔硅一维光子晶体的内部，利用多孔硅表层折射率的增加导致的反射的蓝移进行检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410141338.9A CN103884685A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410141338.9A CN103884685A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103884685A true CN103884685A (zh) | 2014-06-25 |
Family
ID=50953702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410141338.9A Pending CN103884685A (zh) | 2014-04-10 | 2014-04-10 | 一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103884685A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1659425A (zh) * | 2002-06-12 | 2005-08-24 | 英特尔公司 | 作为活性表面增强拉曼光谱术衬底的金属涂覆纳米晶体硅 |
| CN1922486A (zh) * | 2003-12-29 | 2007-02-28 | 英特尔公司 | 使用多孔生物传感器和拉曼光谱法检测生物分子 |
| CN102661944A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-09-12 | 北京化工大学 | 一种金属粒子阵列基表面增强拉曼散射基底的制备方法 |
| CN102759520A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-10-31 | 北京化工大学 | 一种具有表面增强拉曼散射效应的活性基底的制备方法 |
-
2014
- 2014-04-10 CN CN201410141338.9A patent/CN103884685A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1659425A (zh) * | 2002-06-12 | 2005-08-24 | 英特尔公司 | 作为活性表面增强拉曼光谱术衬底的金属涂覆纳米晶体硅 |
| CN1922486A (zh) * | 2003-12-29 | 2007-02-28 | 英特尔公司 | 使用多孔生物传感器和拉曼光谱法检测生物分子 |
| CN102661944A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-09-12 | 北京化工大学 | 一种金属粒子阵列基表面增强拉曼散射基底的制备方法 |
| CN102759520A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-10-31 | 北京化工大学 | 一种具有表面增强拉曼散射效应的活性基底的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGYAN ZHANG ET AL.: "Porous silicon optical microcavity biosensor on silicon-on-insulator wafer for sensitive DNA detection", 《BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS》, vol. 44, 16 January 2013 (2013-01-16) * |
| 黄文艺等: "纳米金淀积的多孔硅靶增强样品的激光解吸/电离质谱信号", 《无机化学学报》, vol. 25, no. 4, 30 April 2009 (2009-04-30) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Photoelectrochemical sensor based on molecularly imprinted film modified hierarchical branched titanium dioxide nanorods for chlorpyrifos detection | |
| Ahmad et al. | A single ZnO nanofiber-based highly sensitive amperometric glucose biosensor | |
| Izquierdo et al. | Scanning electrochemical microscopy: an analytical perspective | |
| Hu et al. | Electrochemiluminescence of CdTe quantum dots as labels at nanoporous gold leaf electrodes for ultrasensitive DNA analysis | |
| Kang et al. | Sensitive detection of ascorbic acid and alkaline phosphatase activity by double-channel photoelectrochemical detection design based on g-C3N4/TiO2 nanotubes hybrid film | |
| CN103901089B (zh) | 检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法 | |
| CN104332513B (zh) | 一种NiO纳米线紫外光探测器及其制备方法与应用 | |
| CN102072931B (zh) | 一种基于硅纳米线的生物传感器制备方法及在dna检测中的应用 | |
| Wu et al. | Amperometric cholesterol biosensor based on zinc oxide films on a silver nanowire–graphene oxide modified electrode | |
| CN106093148B (zh) | 一种可视化光致电生物传感器检测细胞中h2s的构建方法 | |
| Yulong et al. | Recent advances in carbon-based dots for electroanalysis | |
| CN102735732A (zh) | 纳米氧化亚铜无酶过氧化氢传感器电极的制备及应用 | |
| Chen et al. | Dual-mode electrochemiluminescence and electrochemical sensor for alpha-fetoprotein detection in human serum based on vertically ordered mesoporous silica films | |
| Nunez et al. | Electrochemical immunosensors based on zinc oxide nanorods for detection of antibodies against SARS-CoV-2 spike protein in convalescent and vaccinated individuals | |
| CN105044186B (zh) | 一种孔状石墨烯‑辣根过氧化酶修饰玻碳电极的制备方法 | |
| Li et al. | Photolithographic 3D microarray electrode-based high-performance non-enzymatic H2O2 sensor | |
| CN101271078B (zh) | 一种生物化学传感器的制备方法 | |
| Wang et al. | Structural Engineering of the Barrier Oxide Layer of Nanoporous Anodic Alumina for Iontronic Sensing | |
| Ding et al. | Confined Electrochemiluminescence Generation at Ultra-High-Density Gold Microwell Electrodes | |
| CN110068565B (zh) | Sers传感芯片的应用及其检测方法和制备方法 | |
| Tan et al. | Combining atomic layer deposition with a template-assisted approach to fabricate size-reduced nanowire arrays on substrates and their electrochemical characterization | |
| CN109580746A (zh) | 硫化钼-氧化钛纳米复合材料的制备及其应用 | |
| CN108663426A (zh) | 一种葡萄糖传感器电极及其制备方法与应用 | |
| CN104406936B (zh) | 一种基于多孔硅的阵列生物芯片及其制备方法和应用 | |
| CN103884685A (zh) | 一种Au-PSM衬底及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140625 |