CN107167592A - 一种多孔硅光子晶体生物检测方法 - Google Patents
一种多孔硅光子晶体生物检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107167592A CN107167592A CN201710220297.6A CN201710220297A CN107167592A CN 107167592 A CN107167592 A CN 107167592A CN 201710220297 A CN201710220297 A CN 201710220297A CN 107167592 A CN107167592 A CN 107167592A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porous silicon
- microcavity
- dna probe
- silicon microcavity
- targeted biological
- 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
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 108020003215 DNA Probes Proteins 0.000 claims abstract description 20
- 239000003298 DNA probe Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 15
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical class [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 10
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 9
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 claims description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical class CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acrylate Chemical compound CCOC(=O)C=C JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 abstract 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000009514 concussion Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- DCPMPXBYPZGNDC-UHFFFAOYSA-N hydron;methanediimine;chloride Chemical compound Cl.N=C=N DCPMPXBYPZGNDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N pent‐4‐en‐2‐one Natural products CC(=O)CC=C PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000000886 photobiology Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/551—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being inorganic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开一种多孔硅光子晶体生物检测方法，包括如下步骤：S1、采用N型重掺杂硅片制备多孔硅微腔；S2、将目标生物样品与CdSe/ZnS量子点进行偶联；S3、将多孔硅微腔与DNA探针连接；S4、将步骤S2得到的目标生物样品滴加到连接DNA探针的多孔硅微腔上，使目标生物样品与DNA探针杂交；用紫外可见分光光谱仪测量样品的反射光谱，通过杂交前后反射谱缺陷态位置的移动，来检测目标生物样品的浓度。与现有方法相比，采用本发明方法可使生物样品的检测灵敏度提高约5倍。
Description
技术领域
本发明属于生物样品检测领域，具体涉及一种多孔硅光子晶体生物检测方法。
背景技术
生物传感器是一类特殊形式的传感器，由生物分子识别元件与各类物理、化学换能器组成，用于各种生命物质和化学物质的分析和检测。生物传感器融生物学、化学、物理学、信息科学及相关技术于一体，已经发展成为一个十分活跃的研究领域。
多孔硅作为基底材料用于生物检测已经被广泛的作为实验研究和应用。多孔硅通过电化学腐蚀的时候交替使用不同电流，可以制备出各种多孔硅多层结构，电化学腐蚀技术配合光刻等技术还可以制备出多孔硅波导、多孔硅光栅等各种结构。无论哪种类型的多孔硅生物传感器归根到底原理都是生物分子进入了多孔硅层的多孔结构后增大了多孔硅层的折射率，折射率增大的多少和进入生物分子的多少有关，因此利用多孔硅层的折射率的改变，就可以通过计算机模拟加入生物的实验。
目前报道的基于多孔硅微腔的生物传感器很多，检测方法包括：反射光谱的检测和拉曼、荧光光谱的检测。
多孔硅是一种优良的生物材料，其比表面积大、生物亲和性好、能形成多种光子晶体结构，在生物传感领域具有很好的应用。目前已报道的各种多孔硅生物传感器，主要有基于折射率变化和荧光变化的两类传感器，其中基于折射率变化的生物传感器具有免标记的优点。结合多孔硅光子晶体技术，基于折射率变化检测的生物传感器可以获得极高的检测灵敏度。多孔硅制备工艺简单，通过改变电化学腐蚀的条件，如硅片的类型、掺杂，电解液的配比，腐蚀电流密度等，就能够控制多孔硅的孔洞大小、空隙率和多孔硅层的厚度。多孔硅大的比表面积可以吸附和偶联大量的化学和生物分子。这些优势使得多孔硅成为高灵敏度免标记的光学生物化学传感器的基底材料。生物分子和多孔硅结合可以引起不同结构多孔硅的有效折射率的变化，通过观察反射光谱的变化如单层多孔硅干涉峰的移动，布拉格反射镜禁带中心位置的移动，微腔的缺陷态位置的移动，就能检测到生物化学分子。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔硅光子晶体生物检测方法，以提高生物检测灵敏度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种多孔硅光子晶体生物检测方法，包括如下步骤：
S1、采用N型重掺杂硅片制备多孔硅微腔；
S2、将目标生物样品与CdSe/ZnS量子点进行偶联；
S3、将多孔硅微腔与DNA探针连接；
S4、将步骤S2得到的目标生物样品滴加到连接DNA探针的多孔硅微腔上，使目标生物样品与DNA探针杂交；用紫外可见分光光谱仪测量样品的反射光谱，通过杂交前后反射谱缺陷态位置的移动，来检测目标生物样品的浓度。
优选地，采用N型重掺杂硅片制备多孔硅微腔的过程如下：
选用电阻率为0.01～0.02Ω·cm，晶向为（100）的N型重掺杂硅片，清洗备用；
对清洗后的N型重掺杂硅片进行恒流电化学腐蚀，腐蚀液采用浓度为5wt%的氢氟酸溶液，先分别在14mA/cm2、4.5s和25mA/cm2、4s的条件下交替腐蚀四个周期，每次间隔5s；然后用14mA/cm2腐蚀9s；接着分别在14mA/cm2、4.5s和25mA/cm2、4s的条件下交替腐蚀四个周期，每次间隔5s。
优选地，目标生物样品与CdSe/ZnS量子点偶联的过程如下：
先将羧基修饰的CdSe/ZnS量子点与EDC和N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐反应，使羧基活化，再加入氨基修饰的目标生物样品，遮光反应，得到偶联CdSe/ZnS量子点的目标生物样品。
优选地，CdSe/ZnS量子点与目标生物样品的摩尔比为1:5。
优选地，将多孔硅微腔与DNA探针连接的过程如下：
向醛基功能化的多孔硅微腔上滴加DNA探针溶液，反应2小时后，清洗吹干，再用丙烯酸乙酯溶液浸泡，取出清洗吹干。
优选地，多孔硅微腔的醛基功能化过程如下：
先用双氧水浸泡多孔硅微腔，对多孔硅微腔进行氧化处理；
然后将经过氧化处理的多孔硅微腔用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液浸泡，得到硅烷化的多孔硅微腔；
最后将硅烷化的多孔硅微腔用戊二醛溶液浸泡，即得到醛基功能化的多孔硅微腔。
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为本发明多孔硅表面的扫描电子显微镜图；
图2为本发明偶联量子点的DNA的光致发光光谱图；
图3为本发明的原理图；
图4为本发明多孔硅微腔反射谱缺陷态的位置移动图；
图5为本发明多孔硅微腔缺陷态移动与目标DNA浓度的关系图。
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
S1、多孔硅微腔（PSM）的制备：采用N型重掺杂硅片，电阻率（0.01-0.02欧姆•cm），（100）晶向。硅片切成1×1cm2的小片，经过丙酮、乙醇和去离子水超声清洗各10分钟，吹干备用。用单电解槽恒流电化学腐蚀，腐蚀液采用浓度约为5%的氢氟酸水溶液（25ml 40%的HF加入200ml水），通过控制腐蚀电流密度和时间来获得多孔硅微腔，具体腐蚀过程为：先按14mA/cm2 4.5s和25mA/cm2 4s交替腐蚀4个周，每次间隔5s；然后进行中间微腔腐蚀，电流密度为14mA，时间为9s；中间微腔腐蚀完成后，再按14mA/cm2 4.5s和25mA/cm2 4s交替腐蚀4个周，每次间隔5s。N型多孔硅孔径都比较大，腐蚀电流为14mA和28mA的孔洞分别如图1a和1b所示，孔洞大小分别约为30-40nm和40-50nm。孔洞的大小足够生物分子和量子点进入多孔硅。电流14mA的孔呈圆形，孔壁比较厚；电流28mA的孔洞形状不规则，孔壁较薄。
S2、量子点与目标DNA偶联：用羧基修饰的CdSe/ZnS量子点（购于武汉伽源量子点公司，QD525）与氨基修饰的目标DNA（由英捷（Invitrogen）公司提供）偶联。取50uL 水溶性羧基修饰的CdSe/ZnS量子点（浓度为8uM），用PBS（pH 7.5）稀释至1 uM。然后依次加入40uL浓度为0.01M的EDC（1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐）和40uL浓度为0.01M的Sul-NHS（N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐）对羧基进行活化，反应10分钟后加入50uL浓度为40uM的氨基修饰的目标DNA，遮光震荡反应10小时。取出后10000r/min离心10分钟，去上清留下沉淀。用PBS（pH 7.5）稀释成不同浓度的目标DNA溶液放入4度冰箱保存，备用。也可按现有常规方式对CdSe/ZnS量子点进行羧基修饰，对目标DNA进行氨基修饰，本发明对此并无特别的要求。
S3、多孔硅微腔连接DNA探针：用微量仪向经过醛基功能化的多孔硅微腔上滴加50uL浓度10uM的DNA探针（与未修饰的目标DNA互补），37℃恒温反应2小时后取出用PBS冲洗去除过量的DNA探针，吹干。然后用3M的EA（丙烯酸乙酯）溶于HEPES缓冲液（pH 9）在37℃恒温浸泡一小时，对多余的和未反应的醛基官能团进行封闭。取出后用PBS（pH 7.5）冲洗吹干。
多孔硅微腔的醛基功能化具体操作如下：氧化：已经制备好的多孔硅微腔样品在30wt%的双氧水中浸泡氧化12小时；硅烷化：再把样品浸泡在5wt%的APTES溶液（甲醇和水1:1 v/v作为溶剂）50min，用去离子水和甲（乙）醇冲洗，吹干后100℃烘烤10min，取出用去离子水冲洗，氮气下吹干；与戊二醛反应：硅烷化的样品表面带有氨基，可以与戊二醛反应，硅烷化的样品在2.5wt%的戊二醛溶液中浸泡50min。取出用PBS（pH7.5）溶液冲洗，氮气室温吹干。
S4、目标DNA的检测：取50uL步骤S2的目标DNA滴加到连接DNA探针的多孔硅微腔上。37℃恒温反应2小时，使DNA进行杂交。取出后用PBS冲洗，洗掉没有杂交连接上的目标DNA，吹干。用紫外可见分光光谱仪（Hitachi U-4100，入射角5度）测量反射光谱。通过杂交前后反射谱缺陷态位置的移动，来检测目标生物样品的浓度。
图2给出了偶联量子点的DNA的光致发光光谱和没有偶联量子点的DNA的光致发光光谱。有量子点的目标DNA和的多孔硅微腔上的NDA探针杂交后，样品会有荧光。
本发明的原理如图3所示，连接DNA探针的多孔硅微腔和偶联量子点的DNA杂交后样品的反射谱与和没有偶联量子点的对照DNA杂交后相比有着更加明显的移动。当分子和多孔硅结合时，多孔硅的有效折射率变大，反射谱发生红移。红移的量和折射率的变化在一定的范围内呈现线性的关系。
多孔硅微腔的反射谱的高反射区中的缺陷态位于650nm附近。当连接DNA探针的多孔硅微腔与偶联量子点的目标DNA杂交后，反射谱缺陷态位置呈现有规律的红移。反射谱缺陷态位置变化如图4所示，a-e依次为多孔硅微腔功能化过程（氧化，硅烷化，和戊二醛反应），连接DNA探针和检测目标DNA时的反射谱。通过反射谱的移动可以反映出多孔硅微腔的功能化过程和检测DNA时多孔硅微腔折射率的变化。
图5分别给出了偶联量子点的目标DNA和未偶联量子点的对照目标DNA不同浓度时反射谱共振峰（缺陷态）的红移量。量子点-DNA的浓度分别为0.1 uM，0.5 uM，1 uM， 2.5 uM和5uM时杂交前后反射谱的红移量分别为11 nm，18 nm，23.5nm，28nm和31nm。没有量子点修饰的对照DNA浓度分别为0.5uM，1 uM， 2.5 uM和5uM时杂交前后反射谱的红移量分别为10nm，14 nm，18 nm，23 nm。从图中可以看出浓度相同时量子点-DNA的反射谱红移量比对照DNA大。如图5中c点所示量子点-DNA浓度为1uM时的红移量和c′点对照DNA浓度为5uM时的红移量相当，b点0.5 uM时量子点-DNA的红移量和b′点对照DNA浓度2.5uM时的红移量相当，a点0.1 uM时量子点-DNA的红移量和a′点对照DNA浓度为0.5uM时的红移量相当。即量子点-DNA的检测灵敏度是常规的DNA检测灵敏度的约5倍。从图5可以看出，在DNA浓度低于0.5uM时，数据点的连线的斜率比浓度在1 uM到5 uM区间内的斜率更大。所以从变化趋势可以看出，本发明的检测灵敏度比用常规DNA检测要高至少5倍。
目前最新的多孔硅生物光学传感器的检测极限在10nM的水平，本文中用多孔硅微腔检测没有偶联量子点的对照DNA时传感器的检测极限也处于这一水平。但偶联量子点后DNA的检测灵敏度要提高5倍，在检测更低浓度的DNA时传感器仍有比一般方法更大的响应。
最后应说明的是：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 (6)
1.一种多孔硅光子晶体生物检测方法，包括如下步骤：
S1、采用N型重掺杂硅片制备多孔硅微腔；
S2、将目标生物样品与CdSe/ZnS量子点进行偶联；
S3、将多孔硅微腔与DNA探针连接；
S4、将步骤S2得到的目标生物样品滴加到连接DNA探针的多孔硅微腔上，使目标生物样品与DNA探针杂交；用紫外可见分光光谱仪测量样品的反射光谱，通过杂交前后反射谱缺陷态位置的移动，来检测目标生物样品的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用N型重掺杂硅片制备多孔硅微腔的过程如下：
选用电阻率为0.01～0.02Ω·cm，晶向为（100）的N型重掺杂硅片，清洗备用；
对清洗后的N型重掺杂硅片进行恒流电化学腐蚀，腐蚀液采用浓度为5wt%的氢氟酸溶液，先分别在14mA/cm2、4.5s和25mA/cm2、4s的条件下交替腐蚀四个周期，每次间隔5s；然后用14mA/cm2腐蚀9s；接着分别在14mA/cm2、4.5s和25mA/cm2、4s的条件下交替腐蚀四个周期，每次间隔5s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：目标生物样品与CdSe/ZnS量子点偶联的过程如下：
先将羧基修饰的CdSe/ZnS量子点与EDC和N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐反应，使羧基活化，再加入氨基修饰的目标生物样品，遮光反应，得到偶联CdSe/ZnS量子点的目标生物样品。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：CdSe/ZnS量子点与目标生物样品的摩尔比为1:5。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将多孔硅微腔与DNA探针连接的过程如下：
向醛基功能化的多孔硅微腔上滴加DNA探针溶液，反应2小时后，清洗吹干，再用丙烯酸乙酯溶液浸泡，取出清洗吹干。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：多孔硅微腔的醛基功能化过程如下：
先用双氧水浸泡多孔硅微腔，对多孔硅微腔进行氧化处理；
然后将经过氧化处理的多孔硅微腔用3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液浸泡，得到硅烷化的多孔硅微腔；
最后将硅烷化的多孔硅微腔用戊二醛溶液浸泡，即得到醛基功能化的多孔硅微腔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710220297.6A CN107167592A (zh) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 一种多孔硅光子晶体生物检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710220297.6A CN107167592A (zh) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 一种多孔硅光子晶体生物检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107167592A true CN107167592A (zh) | 2017-09-15 |
Family
ID=59849082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710220297.6A Pending CN107167592A (zh) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 一种多孔硅光子晶体生物检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107167592A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108931510A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-12-04 | 新疆大学 | 多孔硅荧光生物传感器的检测方法 |
| CN111781181A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-10-16 | 新疆大学 | 一种多孔硅布拉格反射镜生物传感器的检测方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101566615A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-28 | 浙江大学 | 基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统 |
| CN103245656A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-08-14 | 济南大学 | 甲胎蛋白和癌胚抗原电致化学发光传感器的制备及应用 |
| CN104535502A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-22 | 新疆大学 | 一种基于多孔硅的高血压血清学的检测方法 |
-
2017
- 2017-04-06 CN CN201710220297.6A patent/CN107167592A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101566615A (zh) * | 2009-06-01 | 2009-10-28 | 浙江大学 | 基于智能凝胶多孔硅复合材料的生物传感及药物控释系统 |
| CN103245656A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-08-14 | 济南大学 | 甲胎蛋白和癌胚抗原电致化学发光传感器的制备及应用 |
| CN104535502A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-04-22 | 新疆大学 | 一种基于多孔硅的高血压血清学的检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CHANGWU LV, ET AL.: "High Sensitivity Detection of CdSe/ZnS Quantum Dot-Labeled DNA Based on N-type Porous Silicon Microcavities.", 《SENSORS》 * |
| 吕小毅，等: "基于多孔硅Bragg反射镜的光学免疫检测方法", 《高等学校化学学报》 * |
| 张红燕: "多孔硅光学生物传感器制备及其生物检测", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
| 柳超: "基于多孔硅光子器件量子点荧光增强的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108931510A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-12-04 | 新疆大学 | 多孔硅荧光生物传感器的检测方法 |
| CN111781181A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-10-16 | 新疆大学 | 一种多孔硅布拉格反射镜生物传感器的检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6096497A (en) | Electrostatic enzyme biosensor | |
| Dıaz et al. | Sol–gel horseradish peroxidase biosensor for hydrogen peroxide detection by chemiluminescence | |
| EP1373894B1 (en) | Microcavity biosensor, methods of making, and uses thereof | |
| Wang et al. | Quenching effect of exciton energy transfer from CdS: Mn to Au nanoparticles: a highly efficient photoelectrochemical strategy for microRNA-21 detection | |
| Kaur et al. | Detection of Neisseria meningitidis using surface plasmon resonance based DNA biosensor | |
| Zhao et al. | Effect of DNA-induced corrosion on passivated porous silicon biosensors | |
| JP2007171158A (ja) | 生体分子検出素子とその製造方法及び生体分子検出方法 | |
| KR20090067174A (ko) | 뉴클레아제 활성 및 ｄｎａ 풋프린팅을 위한 나노플라즈몬 분자 계측자 | |
| EP1870478A1 (en) | Biosensor element and method for manufacturing the same | |
| Li et al. | A sensitive electrochemical aptasensor based on water soluble CdSe quantum dots (QDs) for thrombin determination | |
| US7759129B2 (en) | Optical sensor for detecting chemical reaction activity | |
| Nguyet et al. | Highly sensitive DNA sensors based on cerium oxide nanorods | |
| JP7423641B2 (ja) | 分子事象の感知および定量のための表面固定化された双安定ポリヌクレオチド装置 | |
| Bier et al. | Label-free observation of DNA-hybridisation and endonuclease activity on a wave guide surface using a grating coupler | |
| CN109557051B (zh) | 增敏型microRNA光纤传感装置及制作、测量方法 | |
| Yang et al. | A reusable electrochemical sensor for one-step biosensing in complex media using triplex-forming oligonucleotide coupled DNA nanostructure | |
| EP1064406B1 (en) | SOLUTION PHASE NUCLEIC ACID hybridisation SANDWICH ASSAY | |
| CN107167592A (zh) | 一种多孔硅光子晶体生物检测方法 | |
| WO2012144631A1 (ja) | 生体分子検出用電極チップ、及び、生体分子検出方法 | |
| Harandizadeh et al. | Block Copolymer‐Derived Recessed Nanodisk‐Array Electrodes as Platforms for Folding‐Based Electrochemical DNA Sensors | |
| Zhu et al. | Nucleic acid functionalized fiber optic probes for sensing in evanescent wave: Optimization and application | |
| CN110068565B (zh) | Sers传感芯片的应用及其检测方法和制备方法 | |
| US20040248165A1 (en) | Nucleic acid immobilization method and manufacturing method of biosensor using same | |
| Ruslinda et al. | Fluorescence-signaling aptasensor for ATP and PDGF detection on functionalized diamond surface | |
| WO2019010930A1 (zh) | 基于上转换材料的光电化学dna传感器及其检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for 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: 20170915 |