CN106841629A - 一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器 - Google Patents

一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物传感技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器。本发明采用硅纳米线作为换能器，其比表面积高，对表面电荷密度改变极为敏感，可实现气相条件下气味分子的高灵敏检测，检测灵敏度达到ppb量级；工艺过程简单，可控性强，可与现有半导体工艺完全兼容；成本较低，适于批量生产。

Description

一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器
技术领域
本发明涉及生物传感技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器。
背景技术
随着人类对嗅觉识别过程理解的深入以及传感技术的发展，电子鼻技术应运而生。电子鼻是模拟动物嗅觉器官来识别一种或多种气味分子的气敏传感系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定区域的气味状况。与传统的气味分析技术，如气相色谱法，质谱法、火焰离子化检测法等相比，电子鼻技术具有快捷、简便、经济、客观、准确等优点。电子鼻因其独特的功能广泛应用于食品、医药、农业、环境监控及公共安全等领域。
生物嗅觉系统的性能是十分出色的，目前电子鼻只是简单的电子元器件组装，没有从仿生的观点出发，特别是从生物嗅觉的机理出发进行设计。从生物嗅觉原理出发进行电子鼻的设计是电子鼻技术研究的发展方向。电子鼻的核心是气敏传感器阵列，因此根据生物嗅觉原理发展高灵敏度、高可靠性的气味识别生物传感器是电子鼻技术发展的关键。
纳米材料具有与块体材料截然不同的性质，其独特的性质为生物传感器发展提供了全新的途径。基于纳米材料的传感器具有灵敏度高、特异性好、响应迅速等优点。截至目前，文献中报道的基于石墨烯(Nano Letters,2012,vol.12,pp.5082-5090)和碳纳米管(ASC Nano，2011，vol.5，pp.5408-5416)的气味识别生物传感器仍然存在一些问题：基于石墨烯的传感器需要液相条件下进行目标气味分子检测，限制了器件应用；基于碳纳米管的传感器采用的碳纳米管利用现有合成方法制备，多为金属和半导体混合纳米管，器件性能稳定性差；碳纳米材料表面的疏水性带来的纳米毒性还会降低生物敏感材料(如蛋白分子)的稳定性，对生物传感器的耐久性影响很大。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器及其制备与应用。
为了实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供了一种生物传感器，所述生物传感器以硅纳米线为换能器，以昆虫气味结合蛋白OBP为生物敏感元件。
优选地，所述昆虫气味结合蛋白OBP选自冈比亚按蚊(Anophele Gambiae)气味结合蛋白OBP。更优选地，所述气味结合蛋白OBP选自OBP1、OBP2、OBP3、OBP4、OBP5、OBP6、OBP7、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP20、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57。
各个OBP的GeneBank Accession Number如下表所示：
OBP Accession# OBP Accession# OBP Accession#
OBP1 AY146721 OBP21 AY146728 OBP41 AY146748
OBP2 AY146719 OBP22 AY146730 OBP42 AY146747
OBP3 AY146745 OBP23 AY146733 OBP43 AY146746
OBP4 AY146731 OBP24 AY146734 OBP44 AY146732
OBP5 AY146729 OBP25 AY146735 OBP45 AY146759
OBP6 AY146725 OBP26 AY146736 OBP46 AY330173
OBP7 AY146742 OBP27 AY146737 OBP47 AY330174
OBP8 AY146744 OBP28 AY146738. OBP48 AY330175
OBP9 AY146740 OBP29 AY146739 OBP49 AY330176
OBP10 AY146741 OBP30 AY146758 OBP50 AY330177
OBP11 AY146743 OBP31 AY146760 OBP51 AY330178
OBP12 AY146716 OBP32 AY146755 OBP52 AY330172
OBP13 AY146718 OBP33 AY146754 OBP53 AY330179
OBP14 AY146717 OBP34 AY146753 OBP54 AY330180
OBP15 AY146720 OBP35 AY146752 OBP55 AY330181
OBP16 AY146722 OBP36 AY146751 OBP56 AY330182
OBP17 AY146723 OBP37 AY146750 OBP57 AY330183
OBP18 AY146724 OBP38 AY146749
OBP19 AY146726 OBP39 AY146757
OBP20 AY146727 OBP40 AY146756
优选地，所述硅纳米线的直径范围为20-300nm。
优选地，所述昆虫气味结合蛋白OBP通过连接体与所述硅纳米线连接。
进一步优选地，所述连接体可选用硅烷化试剂和戊二醛共同作为连接体。
更进一步优选地，所述硅烷化试剂可选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)。
本发明的第二方面，提供了前述生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用氧等离子体对硅纳米线进行活化处理；
(2)采用硅烷化试剂修饰硅纳米线，形成以氨基基团结尾的分子膜层；
(3)采用戊二醛修饰硅纳米线，形成以醛基基团结尾的分子膜层；
(4)采用昆虫气味结合蛋白OBP修饰硅纳米线。
优选地，步骤(1)中，采用氧等离子体对硅纳米线进行活化处理的条件为：氧气流速50～100sccm，处理时间30～500s，功率：30～50W。
优选地，步骤(2)中，所述硅烷化试剂可选用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)。更优选地，修饰时，将硅烷化试剂采用乙醇溶液作为溶剂，硅烷化试剂浓度为0.5％～5％(v/v)，修饰时间为2～20h。
优选地，步骤(3)中，所述戊二醛的溶液浓度为1％～10％(v/v)。
优选地，步骤(4)中，修饰时采用的OBP浓度为10μmol/L～1mmol/L。
本发明的第三方面，提供了前述生物传感器在制备气味分子生物传感检测系统中的用途。
本发明的第四方面，提供一种气味分子生物传感检测系统，包括前述生物传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的生物传感器以硅纳米线为换能器，以昆虫气味结合蛋白(OdorantBinding Protein，OBP)为生物敏感元件，利用气味分子与OBP分子的特异性结合，造成OBP分子构象的改变，从而使硅纳米线表面的电荷密度发生变化，通过检测硅纳米线电阻/电流的变化，实现对气味分子的高灵敏、实时检测。本发明所制得的气味识别生物传感器重现性好、灵敏度高、易于实现微型化并且能够实现实时监测。
(2)本发明采用硅纳米线作为换能器，其比表面积高，对表面电荷密度改变极为敏感，可实现气相条件下气味分子的高灵敏检测，检测灵敏度达到ppb量级；工艺过程简单，可控性强，可与现有半导体工艺完全兼容；成本较低，适于批量生产。
(3)本发明的生物传感器能够可逆地结合气味分子，可重复使用，节约成本。
附图说明
图1为本发明硅纳米线表面连接修饰OBP蛋白分子的方法示意图。
图2为本发明一种基于硅纳米线的气味识别生物传感器的结构示意图，图中标号：1硅，2氧化硅，3电极，4硅纳米线，5OBP蛋白分子。
图3：本发明实施例1制备得到的单体的目的蛋白OBP1、OBP4、OBP5、OBP7、OBP20。
图4：对所得目的蛋白OBP1进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对。
图5：对所得目的蛋白OBP4进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对。
图6：对所得目的蛋白OBP5进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对。
图7：对所得目的蛋白OBP7进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对。
图8：对所得目的蛋白OBP20进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对。
图9A为OBP7气味识别传感器检测气味分子的灵敏度实验数据。
图9B为OBP1气味识别传感器检测气味分子的灵敏度实验数据。
图9C为OBP4气味识别传感器检测气味分子的灵敏度实验数据。
图9D为OBP5气味识别传感器检测气味分子的灵敏度实验数据。
图9E为OBP20气味识别传感器检测气味分子的灵敏度实验数据。
图10为OBP7气味识别传感器检测气味分子的探测反应时间实验数据。
图11为OBP7气味识别传感器检测气味分子的信号强度实验数据。
图12为OBP7气味识别传感器检测气味分子的选择性灵敏度实验数据。
图13为OBP5气味识别传感器检测气味分子的选择性灵敏度实验数据。
具体实施方式
冈比亚按蚊，Anopheles gambiae，蚊科按蚊属的一种昆虫。冈比亚按蚊是非洲重要的传疟媒介，也是寄生虫学研究的模式生物之一。气味结合蛋白OBP可根据现有技术制备获得或者其他商购途径获得。本发明中通过原核表达系统制备获得OBP1、OBP2、OBP3、OBP4、OBP5、OBP6、OBP7、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP20、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57。
硅纳米线作为一种新的一维纳米材料，能通过简单的方法大量制备，可采用“自上而下”或“自下而上”方法制备得到硅纳米线，在硅纳米线两端制备电极。例如：可采用化学气相沉积法制备硅纳米线或者可采用化学刻蚀法制备硅纳米线。本发明的实施例中，通过电子束光刻制备出硅纳米线，通过金属溅射和腐蚀在硅纳米线两端制备电极。
在设计生物传感器时，选择适合于测定对象的识别功能物质，是极为重要的前提。要考虑到所产生的复合物的特性。根据分子识别功能物质制备的敏感元件所引起的化学变化或物理变化，去选择换能器，是研制高质量生物传感器的另一重要环节。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗等会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适当的换能器。
化学修饰是提高传感器选择性的有效方法，通过选择恰当的修饰物，使得修饰物目标物有着专一的相互作用，这种相互作用又明显影响着一维纳米材料的电导，利用这种性质可以构筑高选择性、高灵敏性的生物传感器。硅基纳米材料由于具有共价稳定性，容易进一步修饰，与硅技术兼容性，使硅纳米线的应用更广泛。本发明发现，硅纳米线特殊的表面性质使其容易与APTES连接，并进一步与其他分子共价键合实现传感功能。用APTES修饰的硅纳米线可直接通过电导率的改变进行对生物分子的识别。
本发明通过广泛而深入的研究发现，灵敏度的提高并不是简单地硅纳米线加入OBP蛋白体系就能够实现的，而是OBP蛋白修饰到硅纳米线表面后，由于表面的特殊效应使得灵敏度得到改善。而且，OBP蛋白修饰的硅纳米线对生物传感器的灵敏度可通过对修饰OBP蛋白量的优化进一步提高。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围；在本发明说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
除非另外说明，本发明中所公开的实验方法、检测方法、制备方法均采用本技术领域常规的分子生物学、生物化学、染色质结构和分析、分析化学、细胞培养、重组DNA技术及相关领域的常规技术。这些技术在现有文献中已有完善说明，具体可参见Sambrook等MOLECULAR CLONING：A LABORATORY MANUAL，Second edition，Cold Spring HarborLaboratory Press，1989and Third edition，2001；Ausubel等，CURRENT PROTOCOLS INMOLECULAR BIOLOGY，John Wiley&Sons，New York，1987and periodic updates；the seriesMETHODS IN ENZYMOLOGY，Academic Press，San Diego；Wolffe，CHROMATINSTRUCTURE AND FUNCTION，Third edition，Academic Press，San Diego，1998；METHODSIN ENZYMOLOGY，Vol.304，Chromatin(P.M.Wassarman and A.P.Wolffe，eds.)，AcademicPress，San Diego，1999；和METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY，Vol.119，ChromatinProtocols(P.B.Becker，ed.)Humana Press，Totowa，1999等。
实施例1气味结合蛋白OBP的获得
一、冈比亚按蚊(Anophele Gambiae)气味结合蛋白OBP原核重组表达载体的构建及诱导表达：
通过限制性内切酶BamH I和Xho I双酶切的方法，将OBP蛋白表达序列构建到pET28a-Trx载体中，其中pET28a与Trx之间使用内切酶NdeI连接，Trx与OBP之间通过Linker(TEV蛋白酶特异性识别序列对应的DNA序列)连接，从而构建融合表达序列结构为Trx-Linker-OBP-His的重组表达载体：pET28a-Trx-AgamOBP1(氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示)、pET28a-Trx-AgamOBP4(氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示)、pET28a-Trx-AgamOBP5、pET28a-Trx-AgamOBP7、pET28a-Trx-AgamOBP20(其氨基酸序列分别对应SEQ ID NO.1～5)等。将重组表达载体转化至大肠杆菌BL21(DE3)细胞中，220rpm振荡培养至OD600＝0.6～0.8，加入异丙基---D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG，终浓度0.8mM)，37℃诱导培养3～4h。
二、OBP融合蛋白的纯化：
1)菌体在还原状态下的破碎：收集诱导培养后的大肠杆菌菌体，用破菌缓冲液(50mM Tris，pH8.0，200mM NaCl，5mM DTT，50mM L-精氨酸)重悬后超声破碎，离心40min，收集离心所得上清；
2)融合蛋白的复性：向上清中分多次滴加终浓度为15mM的GSSG溶液，4℃条件下搅拌1～2h，使融合蛋白缓慢折叠；
3)融合蛋白的Ni-NTA柱亲和层析：收集步骤2)中的上清，用0.45μm纤维素膜过滤后，与Ni-NTA琼脂糖凝胶树脂(购自Qiagen)结合，用浓度为50mM、200mM、500mM的咪唑溶液进行洗脱；
4)融合蛋白去除Trx标签：将洗脱的融合蛋白溶液通过透析的方法去除咪唑，然后用TEV蛋白酶切除Trx标签；经过Ni-NTA柱亲和层析，得到只含有His标签的目的蛋白；
5)目的蛋白的离子交换层析和凝胶过滤层析：步骤4)中的目的蛋白分别经阴离子交换层析和凝胶过滤层析进行分离，得到高纯度、折叠正确的目的蛋白，具体步骤如下：
平衡：将HiTrapQFF阴离子交换层析柱接入蛋白纯化仪AKTA Explorer10系统，用start buffer(50mM Tris，pH8.0)冲洗约3个柱体积，平衡至基线水平；
上样：以2mL/min的流速将上样环中蛋白样品注入HiTrapQFF阴离子交换层析柱；
平衡：用start buffer(50mM Tris，pH8.0)冲洗2～3个柱体积，流速2mL/min，使未结合的蛋白样品流出，平衡至基线水平；
洗脱：用Elution Buffer(50mM Tris，pH8.0，1M NaCl)进行盐浓度梯度洗脱，流速2mL/min；
收集：依据OD280曲线收集洗脱所得蛋白样品；
将阴离子交换层析分离出的各洗脱峰样品分别进行凝胶过滤层析，洗脱液为(50mMTris,pH8.0,200mM NaCl)，得到单体的目的蛋白OBP1、OBP4、OBP5、OBP7、OBP20(如图3所示)。
对所得目的蛋白OBP1、OBP4、OBP5、OBP7、OBP20进行测序结果翻译并与数据库中蛋白序列比对，完全一致(如图4～8所示)。
本发明还参照本实施例的方法制备获得了OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57。
实施例2基于硅纳米线的气味识别生物传感器的制备
(1)硅纳米线的制备：
采用“自上而下”或“自下而上”方法制备得到硅纳米线，在硅纳米线两端制备电极。具体的，例如：通过电子束光刻制备出硅纳米线，通过金属溅射和腐蚀在硅纳米线两端制备电极。制备获得的硅纳米线的直径范围为20-300nm。
(2)硅纳米线表面修饰：
采用氧等离子体(氧气流速50sccm，处理时间30s，功率：50W)对所得硅纳米线进行表面处理；采用2％(v/v)的APTES乙醇溶液将硅纳米线浸泡过夜(10h)，用酒精冲洗之后氮气吹干；将硅纳米线放入120℃烘箱中烘烤15分钟；采用2.5％(v/v)的戊二醛溶液对硅纳米线修饰2h，去离子水冲洗，氮气吹干；分别采用浓度为1mg/mL的OBP1蛋白分子溶液、OBP4蛋白分子溶液、OBP5蛋白分子溶液、OBP7蛋白分子溶液以及OBP20蛋白分子溶液对硅纳米线表面修饰2h，去离子水冲洗，氮气吹干，即获得基于硅纳米线的气味识别生物传感器：OBP1气味识别传感器、OBP4气味识别传感器、OBP5气味识别传感器、OBP7气味识别传感器、OBP20气味识别传感器，直接应用于气味分子的检测。本发明还参照本实施例的方法制备获得了分别含有OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57的气味识别传感器。
实施例3基于硅纳米线的气味识别生物传感器的使用
将本发明实施例2所制备的生物传感器，直接应用于气味分子的检测。测试时将基于硅纳米线的气味识别生物传感器放入遮光的密闭容器中，源漏两端施加1V的电压，经后端测试电路在电性能测试仪上检测硅纳米线电流。
在室温环境下，将一定体积v的气味分子饱和蒸汽注入放置气味识别生物传感器体积v0的密闭容器中，经如下换算公式得出目标气体的浓度(单位为mol/L)。
其中v是注入的气味分子体积，v0是密闭容器的体积，p是气味分子的饱和蒸汽压值，p0是大气压强，标准大气压值为101.325kPa。
当气味分子与修饰在气味识别生物传感器表面的OBP蛋白发生特异性结合，经后端测试电路在电测试仪上检测纳米线电流出现明显变化，即可判定器件对该浓度气味分子具有敏感性。
首先，使用OBP气味识别传感器(亦即，OBP修饰的硅纳米线器件)检测气味分子，表现出了极高的灵敏度，极快的反应速度，极大的信号强度和良好的选择性。
(1)目标分子探测灵敏度：
将硅纳米线器件放入遮光密闭容器中，采用4200-SCS测量得到其电流值I1，采用电流的峰峰值除以得到电流的有效值噪声N0。通入一定体积的壬酸室温饱和蒸汽，测得电流值为I2，若(I1-I2)/N0>3则器件对该浓度分子有响应。如图9A所示，OBP7气味识别传感器灵敏度小于1.5e-9mol/L(33ppb)。如图9B所示，在密闭容器中，箭头处加入1.5e-9mol/L壬酸，OBP1气味识别传感器的灵敏度小于1.5e-9mol/L。如图9C所示，在密闭容器中，箭头处加入1.5e-9mol/L壬酸，OBP4气味识别传感器的灵敏度小于1.5e-9mol/L。如图9D所示，在密闭容器中，箭头处加入1.5e-9mol/L壬酸，OBP5气味识别传感器的灵敏度小于1.5e-9mol/L。如图9E所示，在密闭容器中，箭头处加入1.5e-9mol/L壬酸，OBP20气味识别传感器的灵敏度小于1.5e-9mol/L。本发明还通过实验获知，分别含有OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57的气味识别传感器，也具有类似水平的灵敏度。
(2)探测反应时间：
将硅纳米线器件放入遮光密闭容器中，待其电流稳定后注入一定体积的壬酸室温饱和蒸汽，观测硅纳米线电流直至电流再次趋于稳定。从硅纳米线器件出现响应开始，到硅纳米线电流达到稳定值的90％所需的时间为探测反应时间。结果，如图10所示，OBP7气味识别传感器的响应时间小于10s。采用相同的方法检测得知，其他，OBP1气味识别传感器、OBP4气味识别传感器、OBP5气味识别传感器、OBP20气味识别传感器的响应时间也都小于10s。本发明还通过实验获知，分别含有OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57的气味识别传感器，响应时间也都小于10s。
(3)信号强度：
将硅纳米线器件放入遮光密闭容器中测量得到其电流为I1，之后注入一定体积的壬酸室温饱和蒸汽，测得硅纳米线电流变为I2。则I1-I2为信号强度。结果，如图11所示，OBP7气味识别传感器的信号强度达10μA。采用相同的方法检测得知，其他，OBP1气味识别传感器、OBP4气味识别传感器、OBP5气味识别传感器、OBP20气味识别传感器的信号强度也都达到10μA。本发明还通过实验获知，分别含有OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57的气味识别传感器的信号强度也都达到10μA。
(4)选择性灵敏度：
将硅纳米线器件放入遮光密闭容器中测量器件电流值，加入一定体积为的壬酸室温饱和蒸汽(浓度计算值为C1)，观测硅纳米线电流的变化。之后加入一定体积的干扰分子正已酸室温饱和蒸汽(浓度计算值为C2)，以达到与壬酸分子相同的电流变化量，则C2/C1即为选择性灵敏度。结果如图12，OBP7气味识别传感器的选择性灵敏度远大于100。如图13，OBP5气味识别传感器，具有非常高的选择性，能够敏感地区分不同碳原子数目的同系物分子。采用相同的方法进行检测，其他，OBP1气味识别传感器、OBP4气味识别传感器、OBP20气味识别传感器的选择性灵敏度远大于100，具有非常高的选择性，能够敏感地区分不同碳原子数目的同系物分子。本发明还通过实验获知，分别含有OBP2、OBP3、OBP6、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57的气味识别传感器的选择性灵敏度也均远大于100，具有非常高的选择性，能够敏感地区分不同碳原子数目的同系物分子。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种生物传感器，其特征在于，所述生物传感器以硅纳米线为换能器，以昆虫气味结合蛋白OBP为生物敏感元件。
2.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述昆虫气味结合蛋白OBP选自冈比亚按蚊气味结合蛋白OBP。
3.根据权利要求2所述的生物传感器，其特征在于，所述气味结合蛋白OBP选自OBP1、OBP2、OBP3、OBP4、OBP5、OBP6、OBP7、OBP8、OBP9、OBP10、OBP11、OBP12、OBP13、OBP14、OBP15、OBP16、OBP17、OBP18、OBP19、OBP20、OBP21、OBP22、OBP23、OBP24、OBP25、OBP26、OBP27、OBP28、OBP29、OBP30、OBP31、OBP32、OBP33、OBP34、OBP35、OBP36、OBP37、OBP38、OBP39、OBP40、OBP41、OBP42、OBP43、OBP44、OBP45、OBP46、OBP47、OBP48、OBP49、OBP50、OBP51、OBP52、OBP53、OBP54、OBP55、OBP56、OBP57。
4.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述硅纳米线的直径范围为20-300nm。
5.根据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述昆虫气味结合蛋白OBP通过连接体与所述硅纳米线相连接。
6.根据权利要求5所述的生物传感器，其特征在于，所述连接体可选用硅烷化试剂和戊二醛共同作为连接体。
7.根据权利要求6所述的生物传感器，其特征在于，所述硅烷化试剂可选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
8.一种制备如权利要求1～7任一权利要求所述生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用氧等离子体对硅纳米线进行活化处理；
(2)采用硅烷化试剂修饰硅纳米线，形成以氨基基团结尾的分子膜层；
(3)采用戊二醛修饰硅纳米线，形成以醛基基团结尾的分子膜层；
(4)采用昆虫气味结合蛋白OBP修饰硅纳米线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，采用氧等离子体对硅纳米线进行活化处理的条件为：氧气流速50～100sccm，处理时间30～500s，功率：30～50W。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硅烷化试剂可选用3-氨丙基三乙氧基硅烷，修饰时，将硅烷化试剂采用乙醇溶液作为溶剂，硅烷化试剂浓度为0.5％～5％(v/v)，修饰时间为2～20h。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述戊二醛的溶液浓度为1％～10％(v/v)。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，修饰时采用的OBP浓度为10μmol/L～1mmol/L。
13.如权利要求1～7任一权利要求所述生物传感器在制备气味分子生物传感检测系统中的用途。
14.一种气味分子生物传感检测系统，包括如权利要求1～7任一权利要求所述生物传感器。
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