CN103940659A - 具有亲疏水结构的传感器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器，特别涉及用于检测超低浓度的样品溶液中的待检测物的具有亲疏水结构的传感器及其应用。本发明的传感器是由疏水性基底及疏水性基底上的亲水性检测区域构成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料构成，所述的亲水性检测区域是由亲水性的材料构成。本发明的具有亲疏水结构的传感器可以用于对含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物进行检测。本发明利用传感器表面的浸润性差异和蒸发干燥的方法，实现了对含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物的富集，提高了检测区域中的待检测物样品的浓度，从而实现了对待检测物的高灵敏的检测。
Description
技术领域
本发明属于传感器，特别涉及用于检测超低浓度的样品溶液中的待检测物的具有亲疏水结构的传感器及其应用。
背景技术
目前，超低浓度的样品溶液中的待检测物的检测，通常是将样品溶液直接滴加在传感器的检测区域，或是将传感器整体浸泡于样品溶液中，在传感器的检测区域会发生物理或化学变化，并转化为可读出的信号，实现对待检测物的检测。
上述方法的缺陷是，检测方法需要含有待检测物的样品溶液的剂量较大，对较为稀有的待检测物样品不适用，并且检测方法的适用范围较窄，不能实现对超低浓度的样品溶液中的待检测物的检测。只有当溶液的浓度较高，恰好满足检测方法的适用范围时，才能够实现对超低浓度的样品溶液中的待检测物的准确有效的检测。
发明内容
本发明的目的之一在于提供用于检测超低浓度的样品溶液中的待检测物的具有亲疏水结构的传感器。
本发明的目的之二在于提供具有亲疏水结构的传感器的应用。
本发明的具有亲疏水结构的传感器是由疏水性基底及疏水性基底上的亲水性检测区域构成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料构成，所述的亲水性检测区域是由亲水性的材料构成。
所述的亲水性检测区域可以通过溶液滴加法、喷墨打印法或物理气相沉积法，使亲水性的材料沉积在疏水性基底的表面，由此在疏水性基底的表面构筑出亲水性检测区域。
所述的疏水性的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和白炭黑中的一种或几种。
所述的亲水性的材料选自亲水性的金属、光子晶体和纳米颗粒中的一种或几种。
所述的亲水性的金属选自金、银、铜和铝中的一种或几种。
所述的光子晶体选自由二氧化硅微球(直径为200nm～300nm)组装成的光子晶体、由聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的微球（直径为180nm～300nm）组装成的光子晶体、二氧化硅反蛋白石光子晶体（禁带位置为400～800nm）、二氧化钛反蛋白石光子晶体（禁带位置为400～800nm）、由聚丙烯酰胺构成的反蛋白石结构的光子晶体（禁带位置为400～800nm）和由聚丙烯酰胺-丙烯酸嵌段共聚物构成的反蛋白石结构的光子晶体（禁带位置为400～800nm）中的一种或几种。
所述的纳米颗粒选自单一化学组成的或是具有核壳结构的金纳米颗粒、银纳米颗粒和量子点颗粒中的一种或几种。
本发明的具有亲疏水结构的传感器可以用于对含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物进行检测，其是将含有待检测物的样品溶液直接滴加于表面具有浸润性差异的传感器的表面，待含有待检测物的样品溶液干燥后，含有待检测物的样品溶液中的待检测物富集于传感器表面上的亲水性检测区域，通过利用传统的荧光光谱法、比色法、拉曼光谱法或伏安曲线法等手段，对亲水性检测区域中的待检测物所发出的荧光光谱、透射光谱、反射光谱或电流强度等物理化学信号进行检测，实现对待检测物的高灵敏的检测。
所述的含有待检测物的样品溶液的使用量是以大小为10μm～1mm的亲水性检测区域使用0.1～10μL的含有待检测物的样品溶液。
本发明的具有亲疏水结构的传感器可以检测出含有待检测物的样品溶液的浓度为1×10-16mol/L中的待检测物，甚至能够检测出更低浓度的含有待检测物的样品溶液中的待检测物。
本发明的优势在于：利用传感器表面的浸润性差异和蒸发干燥的方法，实现了对含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物的富集，提高了检测区域中的待检测物样品的浓度，从而实现了对待检测物的高灵敏的检测。
附图说明
图1.本发明的传感器的俯视的结构示意图。
图2.本发明的传感器的侧视的结构示意图。
图3.本发明的传感器实现富集含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物的工作原理图。
图4.本发明实施例1的具有亲疏水结构的传感器检测出的含有罗丹明6G的浓度为1×10-15mol/L的水溶液中的罗丹明6G得到的荧光光谱图。
图5.本发明实施例2的具有亲疏水结构的传感器检测出的含有可卡因的浓度为1×10-15mol/L的水溶液中的可卡因得到的荧光光谱图。
附图标记
1.疏水性基底 2.亲水性检测区域
3.含有超低浓度的待检测物的样品溶液 4.待检测物
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的传感器实现对含有超低浓度的待检测物的样品溶液中的待检测物进行检测的技术方案做进一步的说明。
实施例1
请参见图1、2，具有亲疏水结构的传感器是由作为疏水性基底1的聚二甲基硅氧烷基底及聚二甲基硅氧烷基底上的作为亲水性检测区域2的由亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球（直径为215nm）组装成的亲水性的光子晶体点构成；其是将亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球（直径为215nm）与水配制得到质量分数为10%的水溶液，然后通过喷墨打印法，打印在聚二甲基硅氧烷基底的表面，使亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球材料沉积在聚二甲基硅氧烷基底的表面，待液滴干燥后，亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球自组装成为亲水性的光子晶体点,由此在聚二甲基硅氧烷基底的表面构筑出由亲水性的光子晶体点构成的亲水性检测区域。
利用上面得到的具有亲疏水结构的传感器对含有罗丹明6G的水溶液中的罗丹明6G进行检测：
将含有罗丹明6G的水溶液直接滴加于所述的传感器的表面，所述的含有罗丹明6G的水溶液的使用量是以大小为200μm的亲水性检测区域使用0.5μL的含有罗丹明6G的水溶液；随着由亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的微球组装成的亲水性的光子晶体点上的水溶液的蒸发，罗丹明6G被不断浓缩，并汇聚到亲水性的检测区域中；待含有罗丹明6G的水溶液干燥后，含有罗丹明6G的水溶液中的罗丹明6G富集于传感器表面上的亲水性检测区域中，通过荧光光谱法，对亲水性检测区域中的罗丹明6G所发出的荧光光谱信号进行检测，实现了对罗丹明6G的高灵敏的检测。如图4所示的具有亲疏水结构的传感器检测出的含有罗丹明6G的浓度为1×10-15mol/L的水溶液中的罗丹明6G得到的荧光光谱图。
实施例2
具有亲疏水结构的传感器的结构与实施例1相同，只是由作为疏水性基底的聚苯乙烯及白炭黑复合基底（质量比为1:0.4），及聚苯乙烯及白炭黑复合基底上的作为亲水性检测区域的由亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球（直径为215nm）组装成的亲水性的光子晶体点构成；其是将亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球（直径为215nm）与水配制得到质量分数为10%的水溶液，然后通过喷墨打印法，打印在聚苯乙烯及白炭黑复合基底的表面，使亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球材料沉积在聚苯乙烯及白炭黑复合基底的表面，待液滴干燥后，亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球自组装成为亲水性的光子晶体点，由此在聚苯乙烯及白炭黑复合基底的表面构筑出由光子晶体点构成的亲水性检测区域。
利用上面得到的具有亲疏水结构的传感器对含有可卡因的水溶液中的可卡因进行检测：
先将可特异性捕获可卡因分子的DNA链（5’-NH2(CH2)3GGGAGTCAAGAACGAA-3’）化学修饰在由亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的纳米微球组装成的亲水性的光子晶体的表面，然后将含有具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链（5’-R6G-TTCGTTCTTCAATGAAGTGGGACGACA-3’）和可卡因的水溶液直接滴加于所述的传感器的表面，所述的含有具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链和可卡因的水溶液的使用量是以大小为200μm的亲水性检测区域使用0.5μL的含有可卡因和具有罗丹明6G修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链的水溶液，其中水溶液中的具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链的浓度为1×10-6mol/L；随着由亲水性的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的微球组装成的亲水性的光子晶体点上的水溶液的蒸发，可卡因和具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链被不断浓缩，并汇聚到亲水性的检测区域中；待含有可卡因和具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链的水溶液干燥后，含有具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链和可卡因的水溶液中的可卡因富集于传感器表面上的亲水性检测区域中，并被修饰在光子晶体表面的可特异性捕获可卡因分子的DNA链和具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链捕获，用水冲洗去未捕获可卡因分子的具有罗丹明6G荧光基团修饰的可以特异性识别可卡因分子的DNA链后，通过荧光光谱法，对亲水性检测区域中捕获了可卡因分子的可以特异性识别可卡因分子的DNA上面连接的罗丹明6G荧光基团所发出的荧光光谱信号进行检测，实现了对可卡因的高灵敏的检测。如图5所示的具有亲疏水结构的传感器检测出的含有可卡因的浓度为1×10-15mol/L的水溶液中的可卡因得到的荧光光谱图。
实施例3
具有亲疏水结构的传感器的结构与实施例1相同，只是由作为疏水性基底的聚四氟乙烯，及聚四氟乙烯上的作为亲水性检测区域的金构成；其是用掩膜板将聚四氟乙烯基底的部分表面遮盖住，然后通过物理气相沉积将金沉积在疏水性基底上，由此在聚四氟乙烯基底的表面构筑出由亲水性的金构成的亲水性检测区域。
利用上面得到的具有亲疏水结构的传感器对含有罗丹明6G的水溶液中的罗丹明6G进行检测：
将含有罗丹明6G的水溶液直接滴加于所述的传感器的表面，所述的含有罗丹明6G的水溶液的使用量是以大小为10μm的亲水性检测区域使用0.5μL的含有罗丹明6G的水溶液；随着由亲水性的金上的水溶液的蒸发，罗丹明6G被不断浓缩，并汇聚到亲水性的检测区域中；待含有罗丹明6G的水溶液干燥后，含有罗丹明6G的水溶液中的罗丹明6G富集于传感器表面上的亲水性检测区域中，通过表面增强拉曼光谱法，对亲水性检测区域中的罗丹明6G所发出的拉曼光谱信号进行检测，实现了对罗丹明6G的高灵敏的检测。
Claims (8)
1.一种具有亲疏水结构的传感器，其特征是：所述的传感器是由疏水性基底及疏水性基底上的亲水性检测区域构成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料构成，所述的亲水性检测区域是由亲水性的材料构成。
2.根据权利要求1所述的具有亲疏水结构的传感器，其特征是：所述的疏水性的材料选自聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和白炭黑中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的具有亲疏水结构的传感器，其特征是：所述的亲水性的材料选自亲水性的金属、光子晶体、纳米颗粒中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的具有亲疏水结构的传感器，其特征是：所述的亲水性的金属选自金、银、铜和铝中的一种或几种；
所述的光子晶体选自由二氧化硅微球组装成的光子晶体、由聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的微球组装成的光子晶体、二氧化硅反蛋白石光子晶体、二氧化钛反蛋白石光子晶体、由聚丙烯酰胺构成的反蛋白石结构的光子晶体和由聚丙烯酰胺-丙烯酸嵌段共聚物构成的反蛋白石结构的光子晶体中的一种或几种；
所述的纳米颗粒选自单一化学组成的或是具有核壳结构的金纳米颗粒、银纳米颗粒、量子点颗粒中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的具有亲疏水结构的传感器，其特征是：所述的二氧化硅微球的直径为200nm～300nm，所述的聚（苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸）核壳结构的微球的直径为180nm～300nm，所述的二氧化硅反蛋白石光子晶体的禁带位置为400～800nm，所述的二氧化钛反蛋白石光子晶体的禁带位置为400～800nm，所述的由聚丙烯酰胺构成的反蛋白石结构的光子晶体的禁带位置为400～800nm，所述的由聚丙烯酰胺-丙烯酸嵌段共聚物构成的反蛋白石结构的光子晶体的禁带位置为400～800nm。
6.一种权利要求1～5任意一项所述的具有亲疏水结构的传感器的应用，其特征是：所述的具有亲疏水结构的传感器用于对含有待检测物的样品溶液中的待检测物进行检测。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征是：所述的用于对含有待检测物的样品溶液中的待检测物进行检测，是将含有待检测物的样品溶液直接滴加于表面具有浸润性差异的传感器的表面，待含有待检测物的样品溶液干燥后，含有待检测物的样品溶液中的待检测物富集于传感器表面上的亲水性检测区域，通过荧光光谱法、比色法、拉曼光谱法或伏安曲线法，对亲水性检测区域中的待检测物所发出的荧光光谱、透射光谱、反射光谱或电流强度信号进行检测，实现对待检测物的检测。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征是：所述的含有待检测物的样品溶液的使用量是以大小为10μm～1mm的亲水性检测区域使用0.1～10μL的含有待检测物的样品溶液。
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