一種Au-PSM襯底及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Au-PSM襯底，在多孔硅一維光子晶體表面均勻沉積有納米金顆粒。本發(fā)明Au-PSM襯底進行生物檢測時，生物分子只連接在多孔硅一維光子晶體的表面，不會進入到多孔硅一維光子晶體的內(nèi)部，可以確保少劑量生物檢測的可靠性。
【專利說明】—種Au-PSM襯底及其制備方法和應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔硅基生物傳感器的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔硅是一種海綿狀的、有著巨大比表面積的納米硅基材料。由于其比表面積大、生物兼容性好、室溫下可發(fā)光以及折射率可調(diào)節(jié)等特性，在制備生物傳感器的各類生物材料中，納米多孔硅生物傳感器的研究極大的吸引了研究者的關(guān)注。在制備光生物傳感器的各類結(jié)構(gòu)中，基于光子晶體結(jié)構(gòu)的生物傳感器具有非常高的靈敏度，諸如高品質(zhì)因數(shù)微諧振腔生物傳感器以及光子晶體波導生物傳感器等，其廣闊的應用前景使得光子晶體成為目前光學傳感器研究的一個研究熱點。因此，利用多孔硅折射率的可調(diào)節(jié)性與光子晶體技術(shù)結(jié)合起來就可以制備出一種操作簡單、便捷、無污染、靈敏度高、選擇性好的光子晶體生物傳感器。大多數(shù)多孔硅基光子晶體生物傳感器在制備和檢測生物的過程中要求化學試劑及生物分子能夠充分進入到多孔硅光子晶體中，然而多孔硅光子晶體的孔洞尺寸有限，多步驟的化學修飾可能致使待檢測的生物分子無法充分進入多孔硅光子晶體的，從而導致用化學方法修飾制備出的多孔硅基光子晶體生物傳感器檢測靈敏度及可靠性降低。
[0003]由于納米金粒子具有很強的免疫標記能力，可以和很多基團進行鍵合，其共軛化合物有很寬的PH穩(wěn)定性、很高的離子強度以及離子穩(wěn)定性，為生物學檢測提供了一個很好的平臺。近年來納米金已經(jīng)被應用到很多超敏感生物傳感器上，在生物分子標記和檢測、納米生物傳感器和納米生物芯片等技術(shù)的開發(fā)和應用方面取得了重要的進展。目前許多科研單位和公司都致力于發(fā)展納米金定性或半定量的快速免疫分析技術(shù)，它是20世紀90年代發(fā)展起來的一種快速、直觀和操作簡便的檢測技術(shù)。其原理是利用納米金粒子作為探針，通過抗原抗體的特異性反應，使檢測信號得到放大，從而達到對抗原或抗體的快速靈敏檢測。
[0004]綜上所述，由于受到多孔硅一維光子晶體孔洞大小的限制，用化學試劑修飾的多孔硅一維光子晶體生物傳感器可能導致檢測生物不能完全進入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種對小劑量生物分子檢測的靈敏度高、可靠性強的Au-PSM襯底；
本發(fā)明的另一目的是提供上述Au-PSM襯底的制備方法；
本發(fā)明的又一目的是提供上述Au-PSM襯底的應用方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實現(xiàn):
一種Au-PSM襯底，在多孔硅一維光子晶體表面均勻沉積有納米金顆粒。
[0007]優(yōu)選的，所述納米金顆粒的大小為13±2nm。
[0008]上述Au-PSM襯底的制備方法，步驟如下:
O將單晶硅片放置腐蝕液中，通過電化學腐蝕的方法，在單晶硅片上按照(ινιΗ)\ε(ηΑ)6的序列從上到下進行腐蝕，其中％層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為2.3s, nH層的電流密度為分別用40 mA/cm2、腐蝕時間為3.6 s, nLc層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為9.2 S，得多孔硅微腔；
2)將步驟得到的多孔硅微腔迅速浸泡在HAuCl4的乙醇溶液中，其中，HAuCl4的乙醇中HAuCl4的濃度為0.5 mM，浸泡IOmin后，取出用去離子水徹底沖洗，再浸泡在雙氧水中充分氧化后得Au-PSM襯底。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟I)中的單晶硅片采用P型、電阻率為0.01-0.02 Ω m.cm的單
晶硅片。所用硅片購自天津市半導體研究所。
[0010]優(yōu)選的，所述腐蝕液為氫氟酸和乙醇按體積比1:1的混合溶液。
[0011]進一步優(yōu)選的，所述氫氟酸的濃度為48wt%。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟I)中的電化學腐蝕方法具體為:將單晶硅片依次在超聲儀中用丙酮、乙醇、去離子水將其徹底清洗lOmin，再浸泡于氫氟酸和乙醇按體積比1:1的混合溶液中，以銅棒作為腐蝕電極的陰極，銅片作為腐蝕電極的陽極，通以電流，使電流從電源正極流到硅片，再從硅片流到電源負極，在腐蝕過程中電流沿著硅片向下進行縱深腐蝕。
[0013]所述步驟2)中，在雙氧水中浸泡24h。
[0014]Au-PSM襯底在生物檢測中的應用，檢測時，生物分子只連接在多孔硅一維光子晶體的表面，不會進入到多孔硅一維光子晶體的內(nèi)部，利用多孔硅表層折射率的增加導致的反射的藍移進行檢測。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明Au-PSM襯底結(jié)合納米金顆粒良好的生物活性，將金納米顆粒制備在一維多孔硅光子晶體表面上，通過Au-S鍵將生物分子連接在多孔硅一維光子晶體表面，利用多孔硅一維光子晶體優(yōu)異的光學特性實現(xiàn)對生物的檢測，這種方法可提高對小劑量生物分子檢測的靈敏度及可靠性。
[0016]本發(fā)明制備的Au-PSM襯底的截面圖如圖1，可見納米金顆粒只沉積在多孔硅一維光子晶體的表面；表面形貌圖如圖2，納米金顆粒的大小約為13 ± 2 nm且在多孔硅一維光子晶體的表面分別均勻。由此可見制備的Au-PSM襯底進行生物檢測時，生物分子只連接在多孔硅一維光子晶體的表面，不會進入到多孔硅一維光子晶體的內(nèi)部，可以確保少劑量生物檢測的可靠性。通過Labview程序?qū)π蛄袨?\nH) 6nLc (nHnL) 6光子晶體的反射譜仿真,得到隨著光子晶體表層折射率的增加光子晶體的反射譜發(fā)生藍移的結(jié)論，仿真圖如圖3。在實驗中，為了確保制備的Au-PSM襯底生物檢測的有效性，實施Au-PSM產(chǎn)品對19個堿基對的DNA進行了特異性檢測，如圖4。通過Au-PSM襯底對不同濃度的19個堿基對互補DNA進行檢測，對應的反射譜的藍移量與生物濃度在一定范圍內(nèi)有線性關(guān)系，對不同濃度的DNA檢測圖見圖5。因此，可以說明這種利用多孔硅表層折射率的增加導致的反射譜的藍移的檢測方法對生物濃度的檢測是有效的。同時，本發(fā)明方法簡單，易于推廣，適與合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1是本發(fā)明Au-PSM襯底的截面掃描電鏡圖片；圖2是本發(fā)明Au-PSM襯底的表面掃描電鏡圖片；
圖3是本發(fā)明Au-PSM襯底的反射譜圖，其中，(a) PSM表面折射率增加的仿真計算圖；(b)不同浸泡時間形成的Au/PSM產(chǎn)品的反射譜；
圖4是本發(fā)明Au-PSM襯底對DNA特異性檢測的反射譜圖，Ca)對19個堿基對完全不互補DNA檢測；(b)對19個堿基對完全互補DNA檢測；
圖5是本發(fā)明Au-PSM襯底對不同濃度目標生物的反射譜藍移關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]實施例1:
Au-PSM襯底的制備
以P型，(100)，電阻率0.01-0.02 Ω m.cm的單晶硅為襯底，放置在HF (48%) =C2H5OH(體積比1:1)的混合溶液中，通過電化學腐蝕的方法，在單晶硅片上按照(--)6I^(--)6的序列從上到下進行腐蝕，其中％層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為2.3s,nL層的電流密度為分別用40 mA/cm2、腐蝕時間為3.6 s,化。層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為9.2 S。新制備的多孔硅微腔迅速浸泡在0.5 mM HAuCl4與乙醇的混合溶液中l(wèi)Omin，取出用去離子水徹底沖洗，最后浸泡在雙氧水中24h，對制備的Au/PSM襯底進行徹底氧化。掃描電鏡圖1 (a)顯不,多孔娃一維光子晶體的截面符合(--) 6Iilx (--)6序列的設計，高低折射率層與層之間接觸較平整；由圖1(b)可看出，納米金顆粒只在多孔硅表層形成，沒有進入到多孔硅一維光子晶體內(nèi)。
`[0020]實施例2:
制備Au-PSM襯底時納米金顆粒沉積的時間的確定
由實施例1制備出的新鮮多孔硅一維光子晶體浸泡在0.5 mM HAuCl4與乙醇的混合溶液中5min, IOmin, 15min, 20min得到的在多孔娃微腔表層上形成的不同尺寸的納米金顆粒，隨著浸泡時間的增加納米金顆粒的尺寸變大，并出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。表面形貌圖見圖2d。
[0021]實施例3:
Labview仿真實驗
通過LabVi ew仿真得到序列為(--) 6nLc (nHnL) 6的光子晶體反射譜。隨著序列為(ινιΗ)6ι^(ηΑ)6光子晶體表層折射率的增加，光子晶體的反射譜發(fā)生藍移。在實驗中，通過增加新制備出的多孔硅光子晶體在0.5 mM HAuCl4與乙醇的混合溶液中的浸泡時間來增加多孔硅光子晶體的表層折射率，得到的反射譜發(fā)生明顯的藍移，與仿真結(jié)果一致。由此，進一步證明納米金顆粒是在多孔硅微腔表層形成的，且可以利用多孔硅表層折射率的增加導致的反射譜的藍移對生物進行檢測。
[0022]實施例4:
Au/PSM產(chǎn)品對互補DNA生物的特異性檢測實驗
本發(fā)明Au-PSM產(chǎn)品對19個堿基對DNA生物的特異性檢測。圖4a為Au-PSM產(chǎn)品對19個非互補的堿基對DNA的檢測，探針DNA的序列為:5’ -TTGTACAGCAGCGTGCACC-(CH2) 6-SH-3’
，非互補DNA 的序列為:ACACGTCATCGCTCTATTG，互補DNA 的序列為:GGTGCACGCTGCTGTACAA，以上生物購自Invitrogen公司(china, www.1nvitrogen.com)。由圖4a可看出多孔娃光子晶體的反射譜沒有發(fā)生明顯移動。圖4b為Au-PSM產(chǎn)品對19個互補的堿基對DNA的檢測，由圖4b可看出多孔硅光子晶體的反射譜發(fā)生了明顯的藍移。由此可以表明Au-PSM產(chǎn)品對互補DNA生物的特異性檢測是唯一的。
[0023]實施例5:
靈敏度分析實驗
Au/PSM產(chǎn)品對濃度為 0.0 μΜ、2.0 μ Μ, 4.0 μ Μ, 6.0 μ Μ、8.0 μ MU0.0 μ Μ、12.5μ Μ、25.0 μ M和50.0 μ M的19個堿基對互補DNA進行檢測，對應的反射譜的藍移量分別為 2.0 nm、9.0 nm、12.5 nm、30.0 nm、45.0 nm、28.0 nm、25.5 nm 和 22.0 nm。由圖 5可得，在2.0 μΜ到10.0 μ M范圍有線性關(guān)系，線性方程為:y = -0.62 + 3.96 C，由此得到傳感器的檢測靈敏度為:0.1/3.96 = 25.25 nM。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種Au-PSM襯底,其特征在于:在多孔娃一維光子晶體表面均勻沉積有納米金顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Au-PSM襯底，其特征在于:所述納米金顆粒的大小為13±2nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:步驟如下: 1)將單晶硅片放置腐蝕液中，通過電化學腐蝕的方法，在單晶硅片上按照(ινιΗ)\ε(ηΑ)6的序列從上到下進行腐蝕，其中％層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為2.3s, nH層的電流密度為分別用40 mA/cm2、腐蝕時間為3.6 s, nLc層的電流密度為分別用100 mA/cm2、腐蝕時間為9.2 S，得多孔硅微腔； 2)將步驟得到的多孔硅微腔迅速浸泡在HAuCl4的乙醇溶液中，其中，HAuCl4的乙醇中HAuCl4的濃度為0.5 mM，浸泡IOmin后，取出用去離子水徹底沖洗，再浸泡在雙氧水中充分氧化后得Au-PSM襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中的單晶硅片采用P型、電阻率為0.01-0.02 Ω m.cm的單晶硅片， 實驗所用的單晶硅片購于天津市半導體研究所。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:所述腐蝕液為氫氟酸和乙醇按體積比1:1的混合溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:所述氫氟酸的濃度為48wt%0
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6任一項所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中的電化學腐蝕方法具體為:將單晶硅片依次在超聲儀中用丙酮、乙醇、去離子水將其徹底清洗lOmin，再浸泡于氫氟酸和乙醇按體積比1:1的混合溶液中，以銅棒作為腐蝕電極的陰極，銅片作為腐蝕電極的陽極，通以電流，使電流從電源正極流到硅片，再從硅片流到電源負極，在腐蝕過程中電流沿著硅片向下進行縱深腐蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Au-PSM襯底的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，在雙氧水中浸泡24h。
9.Au-PSM襯底在生物檢測中的應用，其特征在于:檢測時，生物分子只連接在多孔硅一維光子晶體的表面，不會進入到多孔硅一維光子晶體的內(nèi)部，利用多孔硅表層折射率的增加導致的反射的藍移進行檢測。
【文檔編號】G01N21/41GK103884685SQ201410141338
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】張紅燕, 賈振紅, 呂小毅 申請人:新疆大學