CN112903991A - 一种具有疏水涂层的纳米孔道膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有疏水涂层的纳米孔道膜及其制备方法和应用。本发明的纳米孔道膜接枝有SSDNA适配体，且任一表面具有疏水涂层。一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，包括如下步骤：S1：清洗纳米孔道膜；S2：将疏水材料气相沉积在所述纳米孔道膜的一表面上，得到具有疏水涂层的纳米孔道膜；S3：将SSDNA适配体接枝在步骤S2得到的具有疏水涂层的纳米孔道膜。本发明应用于汞离子检测。本发明的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，因为接枝有SSDNA适配体，可以用于检测与SSDNA适配体相结合的待测物，利用疏水涂层的浓缩效应，有效聚集待测物，从而实现待测物的特异性检测并放大其检测信号。

Description

一种具有疏水涂层的纳米孔道膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种具有疏水涂层的纳米孔道膜及其制备方法和应用。
背景技术
仿生纳米孔道目前在生物传感、纳米流体器件中都得到了有效应用。纳米孔道、还凭借无标记、无扩展、高灵敏度、高通量筛选的优势在离子、分子检测当中占据重要地位。固态纳米孔道还具有稳定，可重复使用的性能。通过在纳米孔道膜表面修饰不同的适配体DNA，使得DNA与特定离子、分子结合，从而达到纳米孔道膜检测的目的。现有技术中常利用纳米孔道上的捕获探针检测小分子、离子等，由于该技术仅在纳米孔道膜上接枝DNA探针，因此检测灵敏度有限。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有疏水涂层的纳米孔道膜及其制备方法和应用。
本发明的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，纳米孔道膜接枝有SSDNA适配体，且任一表面具有疏水涂层。
可选的，所述SSDNA适配体为汞离子适配体。
优选地，汞离子适配体为含有24个碱基对和氨基。
可选的，所述疏水涂层包括氟硅烷涂层。
优选地，疏水涂层为三乙氧基-1h,1h,2h,2h-十三氟-n-辛基硅烷。
一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，包括如下步骤：
S1：清洗纳米孔道膜；
S2：将疏水材料气相沉积在所述纳米孔道膜的一表面上，得到具有疏水涂层的纳米孔道膜；
S3：将SSDNA适配体接枝在步骤S2得到的具有疏水涂层的纳米孔道膜。
进一步的，步骤S2的具体操作为：将氟硅烷使用化学气相沉积法沉积在纳米孔道膜表面，使得所述纳米孔道膜表面具有疏水涂层。
进一步的，化学气相沉积法的具体方法为，将氟硅烷滴加在具有聚二甲基硅氧烷基底的真空干燥器中，使真空干燥器在真空状态下加热，之后将步骤S1中所述纳米孔道膜覆盖于聚二甲基硅氧烷膜，使得所述纳米孔道膜表面修饰氟硅烷而具有疏水涂层。
进一步的，步骤S3的具体操作为：
S31：将步骤S2获得的所述纳米孔道膜置于5％～10％3-氨丙基三乙氧基硅烷的异丙醇溶液中浸泡10～15h，使得所述纳米孔道膜表面的羟基活化并具有氨基；
S32：使用异丙醇溶液冲洗所述纳米孔道膜后烘干，烘干时间大于1h；
S33：将步骤S32获得的所述纳米孔道膜使用5％～10％的戊二醛水溶液浸润，使得所述纳米孔道膜表面的氨基与醛基在避光条件下充分反应，使得所述纳米孔道膜连接醛基，反应时间大于10h；
S34：将步骤S33获得的纳米孔道膜浸润在SSDNA适配体溶液中，浸润时间大于10h，使得所述纳米孔道膜表面接枝SSDNA适配体。
进一步的，所述SSDNA适配体为汞离子适配体。
一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的应用，应用于汞离子检测。
进一步的，将所述纳米孔道膜浸润在含有汞离子的待检测溶液中，使用皮安计测试所述纳米孔道膜的跨膜电流。
本发明的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，因为接枝有SSDNA适配体，可以用于检测与SSDNA适配体相结合的待测物，利用疏水涂层的浓缩效应，有效聚集待测物，从而实现待测物的特异性检测并放大其检测信号。
本发明的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，使用了气相沉积的方法，使得氟硅烷均匀修饰在纳米孔道膜表面，实现了纳米孔道膜表面的改性；通过修饰具有单一适配体的SSDNA,实现纳米孔道膜功能化的可控性及纳米孔道膜的特异性具有疏水涂层的纳米孔道膜能够有效浓缩聚集待测目标物，实现检测信号的放大；通过两步修饰法将含有碱基的DNA修饰在纳米孔道膜表面，为实现纳米孔道膜多功能化提供新思路；APTES使纳米孔道膜表面的羟基活化，使得APTES中氨基与纳米孔道膜表面羟基连接，之后戊二醛中醛基与APTES中剩余氨基连接；最后SSDNA中的氨基与戊二醛中醛基相连，使得SSDNA修饰在纳米孔道膜表面。
附图说明
图1a和1b为本发明实施例的纵横截面示意图；
图2为本发明实施例中靶标结合前后电化学信号变化曲线图；
图3为本发明实施例和对比例中的纳米孔道膜在不同浓度的汞离子溶液中检测限图；
图4为本发明实施例中纳米孔道膜的共聚焦显微镜图；
图5为本发明实施例中纳米孔道膜特异性检测图。
1-疏水涂层，2-AAO孔道。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
(1)取圆形的阳极氧化铝膜片(AAO),其直径为50mm，膜片上的孔道直径为80～100nm，平均密度为10^11/cm2-10^12/cm2。
(2)将阳极氧化铝膜片小心放入干净培养皿中，再向培养皿中加入适量去离子水，使得阳极氧化铝膜片完全浸润在去离子水中，浸润时间大于5h，之后将膜片烘干，备用。
(3)纳米孔道膜表面疏水涂层的修饰
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)膜和固化剂按照10:1的比例混合均匀，倒置干净硅片表面，在80～100℃烘干，烘干时间为1～3h得到PDMS膜。
将PDMS放置于真空干燥器中，滴入适量氟硅烷，使真空干燥器处于真空状态，放于80～100℃条件下加热，加热时间为1～4h。
将步骤(2)中获得干净阳极氧化铝膜片(AAO)覆盖于具有氟硅烷的PDMS膜表面，在80～100℃下反应20～30min,使阳极氧化铝膜片表面具有疏水涂层，表面干燥，保存，表征待用。获得的纳米孔道膜片(AAO)的纵截面结构示意图如图1所示。其中，1为氟硅烷，2为AAO孔道，可以看出氟硅烷成功修饰在AAO膜片。
(4)使用两步化学修饰方法修饰汞离子适配体SSDNA
将步骤(3)中所获得的纳米孔道膜浸润于含有5％～10％APTES的异丙醇溶液中，浸润时间10～15h,浸润时需用封口膜封闭且避光；使得AAO膜片表面的羟基和APTES上的氨基连接并使得AAO膜片表面具有氨基。
使用镊子小心将经APTES的异丙醇溶液浸润的AAO膜片夹起，并使用异丙醇溶液冲洗，之后使用异丙醇溶液浸润,浸润时间大于1h,最后将AAO膜烘干备用。
将具有氨基的AAO膜片浸润在5％～10％的戊二醛溶液中，使得戊二醛的醛基和AAO膜片上的氨基结合，并使得AAO膜上具有醛基。
将具有醛基的AAO膜浸润在SSDNA适配体溶液中，使得SSDNA末端的氨基和AAO膜上的醛基结合，最终得到修饰SSDNA的纳米孔道膜。
(5)使用修饰汞离子适配体SSDNA的具有疏水涂层的纳米孔道膜检测液体中汞离子
将修饰汞离子适配体SSSDNA的疏水涂层的纳米孔道膜浸润在不同浓度(1nm、10nm、100nm、1000nm、10000nm、100000nm)的汞离子溶液中，浸润时间为3～5h，SSDNA上的胸腺嘧啶与Hg2+在纳米孔道膜表面结合形成(T-Hg2+-T)复合结构，该复合结构的存在会使得纳米孔道膜中有效孔径增大，从而导致所述纳米孔道膜结合靶标后的跨膜电流增大。
使用皮安计测试所述纳米孔道膜的跨膜电流，其参数设置如下：模式设定为I～V测试，电压范围为-2V～2V,循环次数为1次；选用KCl溶液作为电解液；电极为Ag/AgCl电极；电解槽为有机玻璃模具。
对比例
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于省略步骤(3)纳米孔道膜表面疏水涂层的修饰；
测试浸润过汞离子溶液的纳米孔道膜的跨膜电流，其结果表明纳米孔道膜与汞离子结合后形成(T-Hg2+-T)复合结构，得到其I-V检测曲线如图2所示；
图3为检测不同浓度汞离子溶液的检测限，其中横坐标表示汞离子溶度，纵坐标表示检测限，可以直观的看到，具有疏水涂层的纳米孔道膜具有更强的信号。
利用激光共聚焦显微镜对DNA序列在纳米孔道膜上的分布范围进行检测，由于DNA序列上修饰有荧光基团CY3,通过检测CY3在孔道内的荧光范围和荧光强度就可以直接反应DNA序列在管道内的修饰情况，从而间接反映出SSDNA在孔道内的分布情况。荧光检测所用仪器为倒置激光共聚焦显微镜。测试结果如图4所示，标记部分即为修饰有SSDNA的区域，且荧光强度与SSDNA的密度成正比。
为验证所述纳米孔道膜对汞离子的特异性检测，将所述纳米孔道膜浸润于浓度1000nm铜离子、镁离子、钙离子、锌离子溶液中，将其跨膜电流测试结果与浸润于相同浓度汞离子溶液的纳米孔道膜进行对比，其对比结果如图5所示，可直观的看出，所述纳米孔道膜对汞离子具有特异性检测。
该实施例证明，通过本发明的方法可以在固体纳米外孔道修饰疏水涂层，促使纳米孔道膜在检测液体中汞离子时实现信号放大，为纳米孔道的多功能化提供新方法。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，其特征在于：纳米孔道膜接枝有SSDNA适配体，且任一表面具有疏水涂层。
2.如权利要求1所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，其特征在于：所述SSDNA适配体为汞离子适配体。
3.如权利要求2所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜，其特征在于：所述疏水涂层包括氟硅烷涂层。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：清洗纳米孔道膜；
S2：将疏水材料气相沉积在所述纳米孔道膜的一表面上，得到具有疏水涂层的纳米孔道膜；
S3：将SSDNA适配体接枝在步骤S2得到的具有疏水涂层的纳米孔道膜。
5.如权利要求4所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，其特征在于：步骤S2的具体操作为：将氟硅烷使用化学气相沉积法沉积在纳米孔道膜表面，使得所述纳米孔道膜表面具有疏水涂层。
6.如权利要求5所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，其特征在于：化学气相沉积法的具体方法为，将氟硅烷滴加在具有聚二甲基硅氧烷基底的真空干燥器中，使真空干燥器在真空状态下加热，之后将步骤S1中所述纳米孔道膜覆盖于聚二甲基硅氧烷膜，使得所述纳米孔道膜表面修饰氟硅烷而具有疏水涂层。
7.如权利要求5所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，其特征在于：步骤S3的具体操作为：
S31：将步骤S2获得的所述纳米孔道膜置于5％～10％3-氨丙基三乙氧基硅烷的异丙醇溶液中浸泡10～15h，使得所述纳米孔道膜表面的羟基活化并具有氨基；
S32：使用异丙醇溶液冲洗所述纳米孔道膜后烘干，烘干时间大于1h；
S33：将步骤S32获得的所述纳米孔道膜使用5％～10％的戊二醛水溶液浸润，使得所述纳米孔道膜表面的氨基与醛基在避光条件下充分反应，使得所述纳米孔道膜连接醛基，反应时间大于10h；
S34：将步骤S33获得的纳米孔道膜浸润在SSDNA适配体溶液中，浸润时间大于10h，使得所述纳米孔道膜表面接枝SSDNA适配体。
8.如权利要求7所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的制备方法，其特征在于：所述SSDNA适配体为汞离子适配体。
9.如权利要求2所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的应用，其特征在于：应用于汞离子检测。
10.如权利要求9所述的一种具有疏水涂层的纳米孔道膜的应用，其特征在于：将所述纳米孔道膜浸润在含有汞离子的待检测溶液中，使用皮安计测试所述纳米孔道膜的跨膜电流。
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Effective date of registration: 20221216

Address after: Baogu Innovation and Entrepreneurship Center, China University of Geosciences (Wuhan), No. 388, Lumo Road, Hongshan District, Wuhan, 430000, Hubei

Patentee after: Wuhan in the big asset management Co.,Ltd.

Address before: 430000 Lu Mill Road, Hongshan District, Wuhan, Hubei Province, No. 388

Patentee before: CHINA University OF GEOSCIENCES (WUHAN CITY)

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Effective date of registration: 20230313

Address after: 274000 Room 513, Floor 5, National Science and Technology Business Incubator, Jiantai Road, Nancheng Sub-district Office, Shan County, Heze City, Shandong Province

Patentee after: Shandong Leize Biotechnology Co.,Ltd.

Address before: Baogu Innovation and Entrepreneurship Center, China University of Geosciences (Wuhan), No. 388, Lumo Road, Hongshan District, Wuhan, 430000, Hubei

Patentee before: Wuhan in the big asset management Co.,Ltd.

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