本發(fā)明涉及一種可分離混合生物分子的生物傳感器(以下稱“可分離生物傳感器”)材料的制備，具體涉及一種二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料及其制備方法，屬于新材料技術領域。

背景技術：

對分子進行檢測的時候利用的是表面增強拉曼散射(SERS)技術。拉曼光譜和紅外光譜一樣，同屬于分子振動光譜，可以反映分子的特征結構。但是拉曼散射效應是個非常弱的過程，一般其光強僅約為入射光強的10^-10。所以拉曼信號都很弱，要對表面吸附物種進行拉曼光譜研究幾乎都要利用某種增強效應。關于表面增強拉曼散射，目前較普遍的觀點是SERS活性的表面往往能產(chǎn)生被增強的局域電場，是表面等離子共振振蕩引起的，這被稱為物理增強。而分子在金屬上的吸附常伴隨著電荷的轉移引起分子能級的變化，或者分子吸附在特別的金屬表面結構點上也導致增強，這兩種情況均被稱為化學增強，基于該原理引起化學增強的材料為生物傳感器材料。在一些特別情況下，人們還在努力嘗試進行單個分子的檢測。

近些年，隨著激光技術、納米科技和計算機技術的迅猛發(fā)展，SERS已經(jīng)在界面和表面科學、材料分析、生物、醫(yī)學、食品安全、環(huán)境監(jiān)測和國家安全等領域得到了廣泛應用。SERS技術不但具有拉曼光譜的大部分優(yōu)點，能夠提供更豐富的化學分子的結構信息，可實現(xiàn)實時、原位探測，而且靈敏度高、數(shù)據(jù)處理簡單、準確率高，是非常強有力的痕量檢測工具。

由于其無需樣品預處理、操作簡便、檢測速度快、準確率高、儀器便攜等特點，SERS檢測在食品安全快速檢測中起到了積極的作用，例如，SERS可以定性、定量檢測有害非法添加物(如三聚氰胺、蘇丹紅等)、超量超范圍使用的添加劑(如食品中的合成色素等)、果蔬中的農(nóng)藥殘留以及食物表面上的細菌和病毒等。

高靈敏的原位SERS技術可以實時、快速地檢測環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品的污染及其引發(fā)的癌變，對污染治理和醫(yī)學診療等具有重要的作用。然而，要檢測的物質一般為多種物質的混合物，現(xiàn)有的生物傳感器材料一般只能將一種物質進行增強，或是無選擇性地將各種物質的信號同時增強，利用SERS技術進行相關檢測時，并不能將混合的各種物質分別進行準確檢測。

分子分離可實現(xiàn)混合多分子中分子的分離，有利于更精確檢測混合多分子中分子的種類，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學診斷和生命體表征等方面具有重要的作用。對混合溶液的分離常采用紙色譜法，紙色譜法是以紙為載體的色譜法。固定相一般為紙纖維上吸附的水分，流動相為不與水相溶的有機溶劑；也可是紙吸留其他物質作為固定相，如緩沖液，甲酰胺等。將試樣點在紙條的一端，然后在密閉的槽中用適宜溶劑進行展開。當組分移動一定距離后，各組分移動距離不同，最后形成互相分離的斑點。但一般的紙色譜分離不能實現(xiàn)高靈敏的分子檢測。

技術實現(xiàn)要素：

為解決目前生物傳感器靈敏度低，難以檢測混合生物分子等缺點，本發(fā)明的一個目的是提供一種二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料，該生物傳感器是在三維玻璃纖維上沉積制備二維的二硫化鉬，并在附著有二硫化鉬的玻璃纖維襯底上生長金顆粒制備而成，可以對由多種生物分子的混合物進行分離，并且對每一種生物分子進行化學增強，提高每一種生物分子含量測定的準確度。

本發(fā)明的另一個目的是提供上述生物傳感器材料的制備方法。

本發(fā)明的第三個目的是提供上述生物傳感器材料的應用。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為：

一種二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料，包括玻璃纖維紙襯底、附著在玻璃纖維紙襯底上的二維二硫化鉬以及附著在二維二硫化鉬上的金納米顆粒。

玻璃纖維襯底能有效的實現(xiàn)生物分子的分離，二硫化鉬具有拉曼增強的化學吸附機制，同時能用來生長金納米顆粒，金納米顆粒能夠實現(xiàn)高靈敏的拉曼增強效果。

玻璃纖維紙是由直徑細小的玻璃纖維抄造而成的薄頁紙。

二維過渡金屬硫族化合物是一種由過渡金屬原子和硫族原子形成的具有類石墨烯六角蜂巢的準二維結構層狀材料。鉬元素為過渡元素，鉬原子和硫原子形成的二維材料也是具有石墨烯六角蜂巢的準二維結構層狀材料。

金納米顆粒，即指金的微小顆粒，其直徑在1-300nm，具有高電子密度、介電特性和催化作用，在不影響生物活性的基礎上，可以與多種生物大分子結合，被吸附的生物分子的表面局域等離子激元被激發(fā)所引起的電磁增強，納米金表面上的原子簇及吸附其上的分子構成拉曼增強的活性點，這兩者的作用使被測定物的拉曼散射產(chǎn)生極大的增強效應，可以極大地提高生物分子檢測的靈敏度。

優(yōu)選的，所述玻璃纖維紙中玻璃纖維的直徑為10微米到500微米。

既能夠實現(xiàn)分子的有效分離，又能夠對拉曼信號產(chǎn)生較小的影響。

優(yōu)選的，所述金納米顆粒的粒度為1nm-300nm。以利于實際的拉曼增強效果。

金納米顆粒的粒度過大，進行拉曼散射檢測時，增強作用較弱，金納米顆粒的粒度過小時，容易發(fā)生團聚，在玻璃纖維紙上的分布不均勻，造成檢測的誤差，在該粒度范圍內(nèi)時，金納米顆粒可以在玻璃纖維紙上均勻分布，且不容易發(fā)生團聚，提高了增強作用的強度和檢測的準確性。

優(yōu)選的，所述玻璃纖維紙襯底的厚度為20微米到1毫米，如紙般厚度即可。

上述二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將玻璃纖維紙浸泡在四硫代鉬酸銨溶液中，浸泡預定時間后，取出，晾干；

2)化學氣相沉積法在玻璃纖維紙襯底上制備二維二硫化鉬層；

3)在附著有二硫化鉬的玻璃纖維襯底上生長金納米顆粒層。

化學氣相沉積法是一種制備材料的氣相生長方法，它是把一種或幾種含有構成薄膜元素的化合物、單質氣體通入放置有基材的反應室，借助空間氣相化學反應在基材表面上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述四硫代鉬酸銨溶液的濃度為0.01-0.1g/mL，所用的溶液是現(xiàn)用現(xiàn)配。

優(yōu)選的，步驟1)中，所述玻璃纖維紙中的玻璃纖維為耐高溫玻璃纖維。以利于二硫化鉬的生長。

進一步優(yōu)選的，步驟1)中，所述玻璃纖維紙的尺寸為1cm×1cm-20cm×20cm，浸泡在四硫代鉬酸銨溶液中時間為1-10min。

更進一步優(yōu)選的，所述玻璃纖維紙的尺寸為5cm×5cm-20cm×20cm。

優(yōu)選的，所述化學氣相沉積法的具體方法，包括如下步驟：

將浸漬有四硫代鉬酸銨玻璃纖維紙的玻璃纖維紙放置于真空反應爐中，抽真空，加熱，將氫氣注入真空反應爐中，加熱到預定溫度后，通氬氣，恒溫設定時間后進行退火，即得。

所述的退火指的是對襯底表面祛除氧化物等雜質的過程。

真空反應爐，即真空熱處理爐，是一種可以將真空技術與熱處理相結合的裝置，可以使熱處理工藝的全部或部分在真空狀態(tài)下進行。

進一步優(yōu)選的，所述預定溫度為490-510℃，恒溫的時間為60-100min。

更進一步優(yōu)選的，所述氫氣的流量控制在1-300sccm，純度高于99.99％。

更進一步優(yōu)選的，所述真空反應爐的真空度為3×10^-3-3×10^-6Torr。

Torr，是指“將細直管內(nèi)的水銀頂高一毫米之壓力”，標準大氣壓可以將水銀升高760mm，所以，1Torr定為標準大氣壓強的1/760倍。

抽真空的目的是除去爐腔內(nèi)的活性氣體，保持清潔的生長環(huán)境。

優(yōu)選的，步驟3)中，生長金納米顆粒層的方法，包括如下步驟：

將附著有二硫化鉬的玻璃纖維襯底浸入四氯金酸溶液中，反應設定時間后，生成金納米顆粒層。

進一步優(yōu)選的，所述四氯金酸溶液的濃度為0.01-0.1g/mL，反應的時間為3-20min，反應的溫度為10-55℃，用來控制金納米顆粒的大小和密度。

上述制備方法制備得到的生物傳感器材料。

上述生物傳感器材料在檢測混合分子溶液中的應用。

利用上述生物傳感器材料對混合分子溶液進行檢測的方法，包括如下步驟：

1)將生物傳感器材料修剪為條狀結構，在條狀結構的一端，且距離該端端部預設距離處畫上基線；

2)將混合分子溶液涂在基線處，晾干；

3)將步驟2)中晾干的生物傳感器材料進行預飽和；

4)將生物傳感器材料基線下方的部分進入展開劑中進行展開；

5)各種物質完全分離后，取出生物傳感器材料，晾干后，分別進行檢測。

條狀結構，優(yōu)選為長方形的條狀結構，可以保證物質在條狀結構上進行均勻展開。在條狀結構的一端畫上基線，在基線上涂覆混合分子溶液，基線至另一端之間的生物傳感器材料即為混合分子溶液中各種物質進行分離的路徑，由于條狀結構具有一定的長度，可以將各種物質進行完全分離。

混合分子溶液，其中的分子即為生物分子，生物分子泛指生物體特有的各類分子，它們都是有機物，典型的細胞含有一萬到十萬種生物分子，其中近半數(shù)是小分子，分子量一般在500以下，其余都是生物小分子的聚合物，分子量很大，一般在一萬以上，成為生物大分子?；旌戏肿尤芤杭礊槎喾N生物分子的混合溶液。

展開劑，提取分離時，用來分離極性不同的多種物質的溶劑叫做展開劑。

優(yōu)選的，進行預飽和的溶液為乙醇溶液，預飽和的時間為5-25min，以利于下一步生物分子的分離。

優(yōu)選的，所述展開劑為濃度大于99.0％的乙醇溶液。

優(yōu)選的，步驟2)中，同時將混合分子溶液中的各種生物分子的溶液涂在基線的不同位置處。

在基線的不同位置處涂上各種生物分子的溶液，便于對比生物傳感器材料對各種生物分子的分離效果，更直觀判斷各種生物分子是否已經(jīng)分離完全。

本發(fā)明的技術關鍵是：

(1)將制備的二硫化鉬/玻璃纖維浸泡在四氯金酸溶液中，控制四氯金酸溶液的濃度和溫度，使二硫化鉬與金離子反應產(chǎn)生成一個個小的金納米顆粒。如果濃度過大，溫度過高，極易使二硫化鉬完全分解，則不能維持二硫化鉬的結構，如果濃度過大，溫度過高，生，得不到足夠的金納米顆粒，則不能保證金屬的拉曼增強，不利于檢測。

(2)將制備的二硫化鉬/玻璃纖維浸泡在四氯金酸溶液中，控制浸泡時間是能夠成功制備該傳感器材料以及制備好的材料性能優(yōu)劣的關鍵。浸泡時間過短，將不能形成良好密集發(fā)金納米顆粒；浸泡時間過長，將會導致二硫化鉬的結構遭到破壞，并且會導致金顆粒的聚合。

(3)在CVD法生長二硫化鉬時，各種氣體的流量，比例，通入氣體的時間是能否均勻生長二硫化鉬的關鍵，良好的生長條件能夠均勻生長二硫化鉬，保證傳感器良好的物理和化學性能。

(4)在做分子分離時要注意不要讓待測物直接浸潤到展開液中，否則實驗失敗，無法分離出混合分子；另一方面，在預飽和過程中，預飽和的時間控制是能否良好分離混合待測分子的關鍵。

本發(fā)明的有益效果是：

1、通過控制二硫化鉬的生長溫度，使生長的二硫化鉬缺陷峰低，具有極高的晶體質量；

2、生長的二硫化鉬尺寸只受CVD腔體的限制，可實現(xiàn)二硫化鉬的大面積生長；

3、生長金納米顆粒后的二硫化鉬/金納米顆粒混合結構具有極高的化學吸附和物理增強機制；利用刻蝕法生長金納米顆粒，可以通過控制刻蝕的時間來精確控制金顆粒的大小，而且能夠在整個材料上均勻生長金顆粒，有利于檢測生物分子。

4、制備完成后的生物傳感器可同時實現(xiàn)生物分子的分離和檢測。

5、方法簡單可控，成本低廉，應用價值高。

附圖說明

圖1本發(fā)明的生物傳感器材料的混合結構的微觀結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的生物傳感器材料的混合結構的SEM圖；

圖3為本發(fā)明的生物傳感器材料的混合結構對于混合分子的分離實物圖；

圖4為混合分子溶液分離之后拉曼檢測的光譜圖；

圖5為本發(fā)明的生物傳感器材料的工藝制備流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

在三維立體玻璃纖維紙上制備二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料，如圖5所述制備路線圖，包括以下制備步驟：

1、配制濃度為0.01g/ml的四硫代鉬酸銨溶液，并將適量四硫代鉬酸銨溶液倒入玻璃皿中。

2、取尺寸為7cm×16cm玻璃纖維紙放入玻璃皿中，浸泡3分鐘，然后取出并自然晾干；

3、將晾干后的玻璃纖維紙放入管式爐(OTL1200)中，并關上管式爐，檢查氣密性。

4、打開真空泵將管式爐的氣壓抽至極限真空狀態(tài)：3×10^-6托(Torr)；

5、保持真空狀態(tài)3×10^-6Torr 15分鐘后(真空15分鐘的作用是祛除石英管內(nèi)部的雜質、空氣等，確保反應腔潔凈)，將管式爐中石英管的氣壓升到3×10^-3Torr；

6、氫氣流量計設定為20sccm(標準毫升每分鐘，s：stand標況下，cc毫升，m minute分鐘)，將氫氣注入真空腔中；

7、管式爐溫度升溫到500℃后，開始通入氬氣，流量計設定為80sccm，恒溫90min后，進行退火；

8、關閉氬氣氣體流量計并將管式爐溫度以50℃/min的速度快速降至室溫；

9、關閉氫氣流量計以及真空泵；

10、打開閥門，用空氣將石英管氣壓充滿到一個大氣壓狀態(tài)；

11、打開石英管真空接口，取出已沉積二硫化鉬的玻璃纖維；

取0.05mol/L的四氯金酸溶液于玻璃器皿中，將生長有二硫化鉬的玻璃纖維浸泡在玻璃器皿中，浸泡十分鐘，然后撈出并自然晾干。

制備得到的二硫化鉬/金納米顆?；旌辖Y構的生物傳感器材料的微觀結構示意圖如圖1所示。

利用上述生物傳感器材料對混合分子溶液進行檢測的方法，包括如下步驟：

1)在7cm×16cm的生物傳感器材料的一端，且距離該端端部1cm處畫上基線；

2)將混合分子溶液和兩種生物分子溶液(CV和TB)分別涂在基線的不同位置處(如圖3所示，從左往右依次為CV、TB和兩種分子的混合溶液)，晾干；

3)將步驟2)中晾干的生物傳感器材料的基線的下端浸入乙醇溶液中進行預飽和，浸泡15min；

4)將生物傳感器材料基線下方的部分浸入展開劑(99.5％的乙醇溶液)中進行展開；

5)各種物質完全分離后(如圖3所示)，取出生物傳感器材料，晾干后，分別進行拉曼檢測。

分別用本發(fā)明的金納米顆粒與二維二硫化鉬的混合結構材料和單純的二維二硫化鉬材料對TB分子溶液進行檢測，檢測結果如圖4所示，可見，金納米顆粒與二維二硫化鉬的混合結構可以有效的增強生物分子的拉曼信號。

實施例1

在三維立體玻璃纖維紙上制備二硫化鉬/金納米顆粒混合結構的生物傳感器材料，如圖5所述制備路線圖，包括以下制備步驟：

1、配制濃度為0.1g/ml的四硫代鉬酸銨溶液，并將適量四硫代鉬酸銨溶液倒入玻璃皿中。

2、取尺寸為10cm×15cm玻璃纖維紙放入玻璃皿中，浸泡3分鐘，然后取出并自然晾干；

3、將晾干后的玻璃纖維紙放入管式爐(OTL1200)中，并關上管式爐，檢查氣密性。

4、打開真空泵將管式爐的氣壓抽至極限真空狀態(tài)：3×10^-4托(Torr)；

5、保持真空狀態(tài)3×10^-4Torr 15分鐘后(真空15分鐘的作用是祛除石英管內(nèi)部的雜質、空氣等，確保反應腔潔凈)，將管式爐中石英管的氣壓升到3×10^-3Torr；

6、氫氣流量計設定為200sccm(標準毫升每分鐘，s：stand標況下，cc毫升，m minute分鐘)，將氫氣注入真空腔中；

7、管式爐溫度升溫到510℃后，開始通入氬氣，流量計設定為80sccm，恒溫90min后，進行退火；

8、關閉氬氣氣體流量計并將管式爐溫度以50℃/min的速度快速降至室溫；

9、關閉氫氣流量計以及真空泵；

10、打開閥門，用空氣將石英管氣壓充滿到一個大氣壓狀態(tài)；

11、打開石英管真空接口，取出已沉積二硫化鉬的玻璃纖維；

取0.1mol/L的四氯金酸溶液于玻璃器皿中，將生長有二硫化鉬的玻璃纖維浸泡在玻璃器皿中，浸泡十分鐘，然后撈出并自然晾干。

利用上述生物傳感器材料對混合分子溶液進行檢測的方法，包括如下步驟：

1)在10cm×15cm的生物傳感器材料的一端，且距離該端端部1cm處畫上基線；

2)將混合分子溶液和兩種生物分子溶液(CV和TB)分別涂在基線的不同位置處(如圖3所示，從左往右依次為CV、TB和兩種分子的混合溶液)，晾干；

3)將步驟2)中晾干的生物傳感器材料的基線的下端浸入乙醇溶液中進行預飽和，浸泡15min；

4)將生物傳感器材料基線下方的部分浸入展開劑(99.0％的乙醇溶液)中進行展開；

5)各種物質完全分離后，取出生物傳感器材料，晾干后，分別進行拉曼檢測。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。