CN107907529A - 一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方法和使用方法，属于检测技术领域，所述芯片由透明衬底和沉积在所述透明衬底上的贵金属纳米孔阵列组成，所述贵金属纳米孔阵列中各纳米孔为通孔，所述纳米孔内透明衬底上修饰有能够识别靶标分子的捕获探针。该芯片可用于环境污染物、化学战毒品、生物分子等方面复杂样品环境中拉曼痕量检测，且制备工艺简单，易操作，使用时程序简单。

Description

一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方 法和使用方法
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方法和使用方法。
背景技术
拉曼光谱是一种分子振动光谱，从拉曼光谱的特征峰位置、强度、线宽可以获得样品的分子组成及结构信息，并且具有研究含水样品的快速无损分析的独特优势，在样品分析中起着十分重要的作用。1974年发现的表面增强拉曼散射(Surface enhanced Ramanscattering，SERS)可使拉曼信号增强6～10数量级，随着纳米技术的飞速发展，SERS技术已经发展成为引人注目的痕量检测技术。但是拉曼光谱在面临复杂样品检测时，如果没有前处理分离的过程，则难以实现物质的准确判别，所以微流控分离技术与拉曼检测相结合的技术已成为拉曼检测复杂样品的主流分析方法策略，但是微流控芯片的使用会引入新的检测设备从而将拉曼检测技术变得的繁琐。因此，急需一种简单方便用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的部件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片；本发明目的之二在于提供一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的制备方法；本发明目的之三在于提供一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的使用方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，所述芯片由透明衬底和沉积在所述透明衬底上的贵金属纳米孔阵列组成，所述贵金属纳米孔阵列中各纳米孔为通孔，所述纳米孔内透明衬底上修饰有能够识别靶标分子的捕获探针。
进一步，所述透明衬底的厚度为0.1-0.17mm。
进一步，所述透明衬底的厚度为0.17mm。
进一步，所述透明衬底为石英玻璃衬底。
进一步，所述贵金属为Au、Ag、Cu或Pt中的一种或多种。
进一步，所述贵金属纳米孔阵列的厚度为120-300nm。
进一步，所述贵金属纳米孔阵列中纳米孔的直径为10-500nm，阵列周期为10-500nm。
进一步，所述靶标分子为环境污染物、化学战毒品或生物分子；所述捕获探针为适配体或抗体分子。
2、所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)贵金属纳米孔阵列制备：在透明衬底上蒸镀一层贵金属薄膜，然后通过微加工工艺在所述贵金属薄膜上加工出阵列通孔，制得纳米孔阵列芯片；
(2)纳米孔修饰：将步骤(1)中制备的纳米孔阵列芯片洗净后浸泡在食人鱼洗液中10-30s，取出洗净后吹干，再将能够识别靶标分子的捕获探针修饰到纳米孔内透明衬底上即可。
进一步，步骤(1)中，所述微加工工艺为电子束曝光、干法刻蚀、聚焦离子束加工、纳米压印、金属剥离或电镀中的一种或多种；步骤(2)中，所述吹干为氮气吹干。
3、所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的使用方法，其特征在于，所述方法具体为：将待测样品液滴滴于载玻片上，然后将所述芯片按贵金属纳米孔阵列朝下，透明衬底朝上的方式盖在所述样品液滴的表面，反应0.5-2h后使用拉曼共聚焦显微镜进行拉曼检测。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方法和使用方法，该芯片中贵金属纳米孔阵列中各纳米孔内透明衬底上修饰有能够识别靶标分子的捕获探针，用以实现特异性的分离识别。同时，基于零模波导的原理，当激光从石英玻璃底部照射，并从同一侧接受拉曼散射光，由于消逝波在纳米孔中的传播深度有限，限制了有效检测体积，避免了未反应物质拉曼峰的干扰，更加容易区分出待测物质。再者，贵金属纳米结构的阵列孔具有表面增强等离子体效应，可以数以百万倍的增加，为纳米孔底部物质拉曼信号的检出提供了可能。该芯片可用于环境污染物、化学战毒品、生物分子等方面复杂样品环境中拉曼痕量检测，且制备工艺简单，易操作，使用时程序简单。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中捕获探针修饰纳米孔阵列芯片的制备工艺流程图；
图2为本发明中利用捕获探针修饰纳米孔阵列芯片进行拉曼痕量检测的原理图；
图3为实施例1中微囊藻毒素拉曼光谱图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
环境水体中微囊藻毒素MC-LR的直接原位检测
1、制备捕获探针修饰纳米孔阵列芯片
捕获探针修饰纳米孔阵列芯片制备工艺流程参见图1：
(1)贵金属纳米孔阵列制备：在0.17mm厚石英玻璃衬底上蒸镀一层厚度为100nm的金薄膜，然后通过聚焦离子束加工工艺在该金薄膜上加工出直径为50nm，周期为50nm的阵列通孔，制得纳米孔阵列芯片；
(2)纳米孔修饰：将步骤(1)中制备的纳米孔阵列芯片用乙醇、超纯水浸泡清洗干净后浸泡在食人鱼洗液(H2SO4和H2O2的体积比为3:1)中15s，取出后再用超纯水浸泡清洗干净，氮气吹干备用。配制10-5M的微囊藻毒素MC-LR的适配体探针(SH-(CH)2-ggc gcc aaacag gac cac cat gac aat tac cca tac cac ctc att atg ccc cat ctc cgc-3’)溶液，在室温下将上述准备好的纳米孔阵列芯片浸泡在探针溶液中2h，使纳米孔底部能充分反应。
2、拉曼检测
检测原理如图2所示：
取100μL待测样品液滴滴于载玻片上，然后将修饰有微囊藻毒素MC-LR的适配体探针的芯片按金纳米孔阵列朝下，石英玻璃衬底朝上的方式盖在样品液滴的表面，反应30min后使用拉曼共聚焦显微镜进行拉曼检测，实现环境水体中微囊藻毒素MC-LR的直接原位检测，其中，拉曼表征选择532nm激光器，100倍物镜聚焦，样本表面的激光功率约为20mW，积分时间10s，检测结果如图3所示，由图3可知，当检测浓度低至0.001mg/L时，仍能有效检测出微囊藻毒素MC-LR的拉曼特征峰。
本发明中根据实际需要检测的物质，可特异性的在制备的纳米孔阵列芯片上修饰捕获探针，其中，除了在衬底上蒸镀贵金属Au，还可以蒸镀Ag、Cu或Pt中的一种或多种，制备的贵金属纳米孔阵列中的纳米孔的直径和阵列周期可以根据实际检测需要分别在10-500nm、10-500nm进行调节，例如将本发明的芯片用于生物样品中的乙肝病毒表面抗原(HBsAg)直接原位检测时，首先参见图1，在0.17mm厚石英玻璃衬底上蒸镀一层厚度为150nm的金薄膜，然后通过光刻与电镀技术结合的加工工艺在该金薄膜上加工出直径为60nm，周期为100nm的阵列通孔，制得纳米孔阵列芯片；然后上述制备的纳米孔阵列芯片用乙醇、超纯水浸泡清洗干净后浸泡在食人鱼洗液(H2SO4和H2O2的体积比为3:1)中15s，取出后再用超纯水浸泡清洗干净，氮气吹干，然后将其浸泡在APTMS的乙醇溶液中(0.1％)2-12小时，至石英玻璃衬底表面氨基化，晾干；最后将其浸泡在浓度为80ng/mL的乙肝病毒表面抗原(HBsAg)对应的鼠源单克隆抗体Ab-HBsAg中，室温反应2h，制得捕获探针修饰纳米孔阵列芯片。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
序列表
<110> 中国科学院重庆绿色智能技术研究院
<120> 一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片及其制备方法和使用方法
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 60
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
ggcgccaaac aggaccacca tgacaattac ccataccacc tcattatgcc ccatctccgc 60

Claims (10)

1.一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述芯片由透明衬底和沉积在所述透明衬底上的贵金属纳米孔阵列组成，所述贵金属纳米孔阵列中各纳米孔为通孔，所述纳米孔内透明衬底上修饰有能够识别靶标分子的捕获探针。
2.如权利要求1所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述透明衬底的厚度为0.1-0.17mm。
3.如权利要求2所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述透明衬底为石英玻璃衬底。
4.如权利要求1所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述贵金属为Au、Ag、Cu或Pt中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述贵金属纳米孔阵列的厚度为120-300nm。
6.如权利要求1所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述贵金属纳米孔阵列中纳米孔的直径为10-500nm，阵列周期为10-500nm。
7.如权利要求1所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片，其特征在于，所述靶标分子为环境污染物、化学战毒品或生物分子；所述捕获探针为适配体或抗体分子。
8.权利要求1-7任一项所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)贵金属纳米孔阵列制备：在透明衬底上蒸镀一层贵金属薄膜，然后通过微加工工艺在所述贵金属薄膜上加工出阵列通孔，制得纳米孔阵列芯片；
(2)纳米孔修饰：将步骤(1)中制备的纳米孔阵列芯片洗净后浸泡在食人鱼洗液中10-30s，取出洗净后吹干，再将能够识别靶标分子的捕获探针修饰到纳米孔内透明衬底上即可。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述微加工工艺为电子束曝光、干法刻蚀、聚焦离子束加工、纳米压印、金属剥离或电镀中的一种或多种；步骤(2)中，所述吹干为氮气吹干。
10.权利要求1-7任一项所述的一种适用于复杂样品环境中拉曼痕量检测的芯片的使用方法，其特征在于，所述方法具体为：将待测样品液滴滴于载玻片上，然后将所述芯片按贵金属纳米孔阵列朝下，透明衬底朝上的方式盖在所述样品液滴的表面，反应0.5-2h后使用拉曼共聚焦显微镜进行拉曼检测。
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