一种生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种生物传感器，属于传感器技术领域，包括工作电极，所述工作电极由电极基片和与其连接的导线经包埋剂包埋后制成，所述电极基片的外表面从里到外依次覆盖有重金属层、纳米碳晶层和胶体金层；所述重金属层包括两层，从里到外依次为镉层和金层。其相应的制备方法：该电极基片经覆盖重金属层、覆盖纳米碳晶层、覆盖胶体金层后，组装即可。本发明专利技术在电极基片上覆盖纳米碳晶，由于纳米碳晶比表面积大，利于与被检测物生物分子固定化，促进了生物活性中心与电子表面的电子传动；纳米碳晶表面为非对称的碳原子二聚体结构，活性高、吸附能力强，提高了生物传感器对生物分子的吸附能力，提高了生物传感器的检测灵敏度和检测效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器
，具体涉及一种生物传感器及其制备方法。
技术介绍
生物传感器是一种以DNA、酶、细胞等生物活性单元作为生物敏感基元，对被测目标物具有高度选择性的检测器，其通常是由生物活性物质制成的生物功能敏感元件，配上相应的信号转换器而构成，信号转换器的作用是将生物化学信号转变成可以输出的并程序化的电子信号、光信号、热信号或声波信号。生物传感器的工作原理是待检测物质经扩散作用进入固定生物敏感膜层，经分子识别而发生生物学反应，传感器的敏感层与样品中的特定目标分析物之间的化学反应会产生物理信号，如光、热、声、质量、颜色、电化学等变化，经特定仪器放大后显示或记录，产生的物理信号被相应的信号转换器转变为可定量或可处理的电信号，再经二次仪器放大后输出，以电极测其电流或电压值，进而换算成被测物的量或浓度。目前，现有的生物传感器主要存在以下不足：不能高效筛分出被检测物、传感器的灵敏度较低，另外，在酸、碱或热等条件下，稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种检测灵敏度高、稳定性好的生物传感器，同时提供其相应的制备方法是本专利技术的另一专利技术目的。基于以上目的，本专利技术采取以下技术方案：一种生物传感器，包括工作电极，所述工作电极由电极基片和与其连接的导线经包埋剂包埋后制成，所述电极基片的外表面从里到外依次覆盖有重金属层、纳米碳晶层和胶体金层；所述重金属层包括两层，从里到外依次为镉层和金层。优选地，所述镉层厚度为200nm，金层厚度为25nm。优选地，所述电极基片通过导电银胶与导线相接；所述包埋剂为环氧树脂。生物传感器的制备方法，包括以下步骤：1) 覆盖重金属层：在电极基片外表面上依次镀覆镉和金后，清洗、真空烘干；烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；2) 覆盖纳米碳晶层：先将纳米碳晶分散到DMSO（二甲基亚砜）溶液中，得纳米碳晶DMSO溶液，所述纳米碳晶的质量比浓度为0.2-0.6 w/v%；然后将纳米碳晶DMSO溶液进行稀释，稀释剂为甲醇，二者用量比为1:(1-5)； 将步骤1)镀覆重金属层后的电极基片置于稀释后的纳米碳晶DMSO溶液，超声、清洗、真空烘干，烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；3) 覆盖胶体金层：将步骤2) 覆盖纳米碳晶层后的电极基片进行清洗后，置入胶体金溶液中浸泡，清洗、真空烘干；所述浸泡温度为4℃，浸泡时间为18-24h；烘干温度为80℃-120℃，烘干时间为3-4h；4)组装：将步骤3) 覆盖胶体金层后的电极基片与导线连接后，用包埋剂包埋，即得工作电极，用该工作电极制成生物传感器。优选地，步骤2)清洗后，将电极基片置于浓度为65mM含硼氢化钠的甲醇溶液中，于70℃下，静置6 h；然后将电极基片进行紫外线辐射功能化处理，再烘干；紫外线辐射功能化时的操作参数为：激发波长为254 nm，功率为2 mW/cm2，辐射时间为6 h。优选地，步骤3)中胶体金溶液的制备：将100ml浓度为0.01%的HAuCl4溶液煮沸后，添加5 mL浓度为1%的Na3C6H5O7溶液，煮沸7-10min，即得胶体金溶液。优选地，步骤1)和2)中清洗时，先用甲醇清洗、再用去离子水清洗；步骤3)中清洗时，用去离子水清洗。优选地，步骤2)超声时，工作参数为：超声频率为40Hz，功率为185W，超声时间30min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术在电极基片上覆盖纳米碳晶（又称碳晶素），由于纳米碳晶比表面积大，利于与被检测物生物分子固定化，促进了生物活性中心与电子表面的电子传动；纳米碳晶表面为非对称的碳原子二聚体结构，活性高、吸附能力强，提高了生物传感器对生物分子的吸附能力，提高了生物传感器的检测灵敏度和检测效率；2、纳米碳晶应用于电极基片上，使工作电极在酸、碱、热等条件下稳定存在，提高了电极的稳定性、扩大了电极的应用范围、延长了其使用寿命；另外，由于纳米碳晶为纯碳物质，对被检测物无任何毒副作用；3、本专利技术制备方法简单、易操作，且能够保证产品的质量，降低了生产成本。附图说明图1为DMSO溶液的电子迁移率试验数据；图2为细菌捕获能力试验数据。具体实施方式实施例1一种生物传感器，包括工作电极，所述工作电极由电极基片和与其通过导电银胶连接的导线经包埋剂包埋后制成，电极基片为硅片，包埋剂为环氧树脂，所述电极基片的外表面从里到外依次覆盖有重金属层、纳米碳晶层和胶体金层；所述重金属层包括两层，从里到外依次为镉层和金层，镉层厚度为200nm，金层厚度为25nm。上述生物传感器的制备方法，包括以下步骤：1) 镀覆重金属层：在硅片外表面上依次真空镀覆镉和金后，硅片尺寸为1cm×1cm，然后用甲醇清洗、去离子水清洗后，置于真空烘箱中烘干，直至硅片表面烘干，保护气为N2，烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；2) 覆盖纳米碳晶层：先将纳米碳晶均匀分散到DMSO溶液中，得纳米碳晶DMSO溶液，纳米碳晶在DMSO溶液中呈正电位，所述纳米碳晶的质量比浓度为0.5 w/v%；然后将纳米碳晶DMSO溶液进行稀释，稀释剂为甲醇，二者用量比为1:1；将步骤1)镀覆重金属层后的硅片置于稀释后的纳米碳晶DMSO溶液，于超声频率为40Hz、功率为185W下超声30min，取出后用甲醇清洗、去离子水清洗，将硅片置于浓度为65mM含硼氢化钠的甲醇溶液中，于70℃下，静置6 h；然后将硅片置于紫外线发射器中进行紫外线辐射功能化处理，紫外线辐射功能化时的操作参数为：激发波长为254 nm、功率为2 mW/cm2、辐射时间为6 h；最后将硅片置于真空烘箱中烘干，直至硅片表面烘干，保护气为N2，烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；3) 覆盖胶体金层：将步骤2) 覆盖纳米碳晶层后的硅片进行用去离子水清洗后，于4℃下置入胶体金溶液中浸泡18-24h，用去离子水清洗，置于真空烘箱中烘干，直至硅片表面烘干，保护气为N2，烘干温度为80℃-120℃，烘干时间为3-4h；4)组装：将步骤3) 覆盖胶体金层后的硅片通过导电胶与导线连接后，用环氧树脂包埋，即得工作电极，用该工作电极制成生物传感器。步骤3)中胶体金溶液的制备：将100ml浓度为0.01%的HAuCl4溶液煮沸后，添加5 mL浓度为1%的Na3C6H5O7溶液，煮沸7-10min，即得胶体金溶液。实施例2本专利技术该两个实施例中，在步骤2)中，将纳米碳晶DMSO溶液进行稀释时，该溶液与稀释剂用量比依次分别为1:3，其他同实施例1。实施例3本实施例中，在步骤2)中，将纳米碳晶DMSO溶液进行稀释时，溶液与稀释剂用量比依次分别为1:5，其他同实施例1。实施例44.1 DMSO溶液的电子迁移率试验4.1.1不同稀释剂的DMSO溶液的电子迁移率对比试验将纳米碳晶均匀分散到DMSO溶液中，纳米碳晶的质量比浓度为0.5 w/v%，所用稀释剂分别为甲醇和水，测试同一稀释比例、不同稀释剂下，DMSO溶液的电子迁移率，试验结果如附图1所示。由图1可知，将纳米碳晶分散到DMSO溶液中时，稀释比例相同条件下，当稀释剂为甲醇时，DMSO溶液的电子迁移率远高于稀释剂为水时的电子迁移率。 4.1.2与不含纳米碳晶的DMSO溶液的电子迁移率对比试验将本专利技术的DMSO溶液作为试验组，试验组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器，包括工作电极，所述工作电极由电极基片和与其连接的导线经包埋剂包埋后制成，其特征在于，所述电极基片的外表面从里到外依次覆盖有重金属层、纳米碳晶层和胶体金层；所述重金属层包括两层，从里到外依次为镉层和金层。

【技术特征摘要】
1.一种生物传感器，包括工作电极，所述工作电极由电极基片和与其连接的导线经包埋剂包埋后制成，其特征在于，所述电极基片的外表面从里到外依次覆盖有重金属层、纳米碳晶层和胶体金层；所述重金属层包括两层，从里到外依次为镉层和金层。2.如权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述镉层厚度为200nm，金层厚度为25nm。3.如权利要求1或2所述的生物传感器，其特征在于，所述电极基片通过导电银胶与导线相接；所述包埋剂为环氧树脂。4.权利要求1所述的生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1) 覆盖重金属层：在电极基片外表面上依次镀覆镉和金后，清洗、真空烘干；烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；2) 覆盖纳米碳晶层：先将纳米碳晶分散到DMSO溶液中，得纳米碳晶DMSO溶液，所述纳米碳晶的质量比浓度为0.2-0.6 w/v%；然后将纳米碳晶DMSO溶液进行稀释，稀释剂为甲醇，二者用量比为1:(1-5)； 将步骤1)镀覆重金属层后的电极基片置于稀释后的纳米碳晶DMSO溶液，超声、清洗、真空烘干，烘干温度为60℃-80℃，烘干时间为3-4h；3) 覆盖胶体金层：将步骤2) 覆盖纳米碳晶层后的电极基片进行清洗后，置入胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：武艳强，刘永奇，张洪涛，杨晋中，王俊芝，薛胜辉，王金成，
申请(专利权)人：河南省豫星华晶微钻有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41