AuNPs-PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法技术

本发明专利技术公开一种AuNPs（纳米金）-PDMS（聚二甲基硅氧烷）复合微薄膜表面应力生物传感器的制备方法。具体以PDMS薄膜为基底，使用氯金酸溶液为第一步还原剂进行还原以生成金种。利用膜上已经生成的金种，以葡萄糖和碳酸氢钾作为辅助还原剂，使用氯金酸对复合膜进行第二步还原。利用AuNPs-PDMS复合薄膜作为传感器的敏感元件，PDMS为衬底，采用溅射工艺制备传感器的金电极，完成传感器的制备。本发明专利技术所述方法生成的AuNPs-PDMS复合薄膜电导性有明显改善，从而使传感器灵敏度得到提高。而且制作方法简单，为实现微型化、低成本、批量化生产提供了可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器领域，具体是一种AuNPs-PDMS复合微薄膜表面应力生物传感器的制备方法。
技术介绍
表面应力生物传感器作为一类新型的传感器将分子间化学键的结合能转化为可测量的光、电或机械信号，进而实现传感检测。该方法可以从分子量级对分析物进行探测分析，具有更高的探测分析精度，这为实现高精度的疾病检测、食品农药或重金属污染检测、生化污染检测等提供一个良好的技术支持。传感器的敏感元件在整个传感器系统中起着重要作用。目前，微悬臂梁和微薄膜是基于表面应力生物传感器的两种敏感元件。其中，微悬臂梁式表面应力生物传感器在此前有大量的研究，但是此结构有着一定的局限性，如非特异性吸附。相比较而言，微薄膜不论是在信号传输还是分析物吸附方面都有着其优势。但是，现有的薄膜电容式传感器的结构加工复杂，且输出差分电容仅有几伏，极大地增加了检测电路的复杂度。
技术实现思路
本专利技术为了解决目前表面应力生物传感器存在的主要问题，如悬臂梁结构的非特性吸附、薄膜电容式传感器结构的加工复杂度等问题，提供了一种AuNPs-PDMS复合微薄膜表面应力生物传感器的制备方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的: 一种，包括如下步骤: (1)、清洗玻璃片，并用TMCS对玻璃片进行硅烷化处理，备用； (2)、制备PDMS溶液； (3)、在备好玻璃片的上表面旋涂PDMS溶液，固化后形成PDMS薄膜；(4)、将步骤(3)所得玻璃片浸泡在HAuCl4溶液中20?24小时，进行第一次还原； (5)、用HAuCl4溶液、葡萄糖溶液和碳酸氢钾溶液配置还原液，将步骤(4)所得玻璃片浸泡在还原液中20?24小时,进行第二次还原； (6)、制备PDMS溶液，然后PDMS溶液利用模具制备出传感器基底，所述传感器基底的上表面中部形成有凹腔； (7)在传感器基底上表面的凹腔周围涂PDMS溶液，将步骤(5)所得玻璃片上的PDMS薄膜从玻璃片上揭下来，贴在传感器基底的上表面、且完全遮盖凹腔； (8)在传感器基底的上表面溅射金属薄膜； (9)在金属薄膜上旋涂光刻胶，曝光和显影光刻胶后，湿法腐蚀金属薄膜，去光刻胶后，形成两个独立的电极结构，所述每个电极结构至少部分位于传感器基底上表面的PDMS薄膜边缘上。PDMS (聚二甲基硅氧烷)作为一种新型薄膜材料，具有良好的生物适应性。与其他常用薄膜材料(硅、氧化硅、氮化铝、PMMA、SU8等)相比，具有相对较小的杨氏模量(12kPa-2.5Mpa)。AuNPs是一类重要的纳米材料，而且制备简单，具有高稳定性、小尺寸效应、表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应及生物相容性，易于进行表面化学修饰。上述方法中选择采用两次还原法，首先在步骤(4)中用HAuCl4溶液进行第一次还原，一些纳米金粒子还原在PDMS薄膜上作为种子。接着用HAuCl4溶液、葡萄糖溶液、碳酸氢钾溶液按照体积比为2:1:1的比例配制还原液，再次对含有金粒子的PDMS薄膜进行第二次还原，金纳米粒子进一步沉积在金种子周围，从而制备出了导电性良好、厚度均匀的AuNPs-PDMS复合微薄膜，克服了其他方法(如一步还原法、物理法等)存在的诸如复合膜上金纳米粒子过少、薄膜导电性不良等缺点。基于PDMS与金纳米粒子结合形成的AuNPs-PDMS复合微薄膜具备两种材料的双重优点，兼具聚二甲基硅氧烷和纳米金的良好导电性、生物亲和性及超疏水性等优点，广泛用于生物传感、生物功能材料、环境保护、微流控等领域。AuNPs-PDMS复合微薄膜在表面应力作用下发生偏转,会造成纳米金粒子平均粒间距增大，从而导致薄膜体系的电导发生变化，实验证明该类结构与传统的金属或者半导体压阻传感材料相比，其灵敏度高出了大约两个数量级。因此，使用时，通过对AuNPs-PDMS复合微薄膜进行修饰，表面应力导致AuNPs-PDMS复合微薄膜发生应变，基座上的凹腔为AuNPs-PDMS复合微薄膜提供了应变的空间，进而通过传感器上两个独立的电极结构，监测AuNPs-PDMS复合微薄膜的电导率变化，进行生物传感检测，具有灵敏度高、重复性好、生物相容性好以及高集成度等优点。本专利技术设计合理，加工制备出灵敏度高的AuNPs-PDMS复合微薄膜电导式表面应力生物传感器，该传感器可以解决目前表面应力生物传感器存在的主要问题，如悬臂梁结构的非特性吸附，薄膜电容式结构的加工复杂度等。【附图说明】图1是步骤(3)后的示意图。图2是步骤(4)后的示意图。图3是步骤(5)后的示意图。图4是步骤(6)制备的传感器基底的示意图。图5是步骤(7)后的示意图。图6是步骤(8)后的示意图。图7是步骤(9)后的示意图。图8是图7的俯视图。图中，1-PDMS薄膜，2-玻璃片，3_Au粒子，4_ 二次还原的Au粒子，5_传感器基底，6-凹腔，7-AuNPs-PDMS复合膜，8-金膜，9-铬膜，10-底电极，11-引线电极。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。一种AuNPs-PDMS复合微薄膜表面应力生物传感器的制备方法，包括如下步骤: (I)、清洗玻璃片2，并用TMCS对玻璃片进行硅烷化处理；具体方法如下: 准备玻璃片大小1.3cmX 1.3cm。按照体积比例(浓硫酸:过氧化氢=4:1)配备清洗液，将玻璃片放入。使用清洗机在常温下清洗15min，清洗结束后使用去离子水冲洗玻璃片，并用氮气吹干。准备硅烷化试剂TMCS，把玻璃片放入培养皿，滴入一定量的硅烷化试剂，盖上培养皿盖子，20分钟后，去离子水冲洗后，用氮气吹干。至此玻璃片硅烷化完成，其表面带有了甲基，疏水性增强。(2)、以Sylgardl84为原材料制备5g聚二甲基硅氧烷溶液；具体方法如下: 以Sylgardl84 (Sygardl84包含一瓶基液和一瓶固化剂)为原材料，按照体积比(基液:固化剂=9:1)的比例配置5g的聚二甲基硅氧烷溶液，用搅拌器混合均匀至气泡均匀分布在溶液中，接着用真空干燥箱抽真空，重复五到六次直至溶液中无气泡存在。(3)、在备好玻璃片的上表面旋涂10 μ m厚的聚二甲基硅氧烷薄膜1，如图1所示；具体方法如下: 使用旋涂仪进行旋涂，过程分为三个阶段:第一阶段转速从O~1500rpm，加速时间为6s，进入第2阶段；第2阶段转速维持在1500rpm，维持60s ?’第3阶段转速从1500~Orpm，降速时间为6s后停止。取出玻璃片放在温度为70°C的烘台上进行聚二甲基硅氧烷微薄膜的固化，时间为2小时，得到质地均匀、厚度为10 μ m的聚二甲基硅氧烷微薄膜。(4)、在0.01g/ml的HAuCl4溶液中对PDMS薄膜进行第一次还原，其中，PDMS薄膜中的固化剂成分作为还原剂，将金粒子还原在PDMS薄膜上，如图2所示；具体方法如下: 备好0.01g/ml的HAuCl4溶液，将PDMS薄膜放入称量瓶中，加入氯金酸溶液1ml，浸泡20-24小时。(5)用HAuCl4、葡萄糖、碳酸氢钾配好的还原液对薄膜进行第二次还原，如图3所示；具体方法如下: 取 0.01g/ml 的 HAuCl4 溶液 2500 μ 1、0.2g/ml 的碳酸氢钾溶液 1250 μ I 和 0.02g/ml的葡萄糖溶液1250μ I配制还原液，把步骤(4)所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AuNPs‑PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、清洗玻璃片（2），并用TMCS（三甲基氯硅烷）对玻璃片进行硅烷化处理，备用；（2）、制备PDMS溶液；（3）、在备好玻璃片（2）的上表面旋涂PDMS溶液，固化后形成PDMS薄膜（1）；（4）、将步骤（3）所得玻璃片浸泡在HAuCl4溶液中20～24小时，进行第一次还原； （5）、用HAuCl4溶液、葡萄糖溶液和碳酸氢钾溶液配置还原液，将步骤（4）所得玻璃片浸泡在还原液中20～24小时，进行第二次还原；（6）、制备PDMS溶液，然后PDMS溶液利用模具制备出传感器基底（5），所述传感器基底（5）的上表面中部形成有凹腔（6）；（7）在传感器基底（5）上表面的凹腔（6）周围涂PDMS溶液，将步骤（5）所得玻璃片上的PDMS薄膜从玻璃片上揭下来，贴在传感器基底（5）的上表面、且完全遮盖凹腔（6）；（8）在传感器基底（5）的上表面溅射金属薄膜；（9）在金属薄膜上旋涂光刻胶，曝光和显影光刻胶后，湿法腐蚀金属薄膜，去光刻胶后，形成两个独立的电极结构，所述每个电极结构至少部分位于传感器基底上表面的PDMS薄膜边缘上。...

【技术特征摘要】
1.一种AuNPs-PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)、清洗玻璃片(2)，并用TMCS(三甲基氯硅烷)对玻璃片进行硅烷化处理，备用； (2)、制备PDMS溶液； (3)、在备好玻璃片(2)的上表面旋涂PDMS溶液，固化后形成PDMS薄膜(I)； (4)、将步骤(3)所得玻璃片浸泡在HAuCl4溶液中20~24小时，进行第一次还原； (5)、用HAuCl4溶液、葡萄糖溶液和碳酸氢钾溶液配置还原液，将步骤(4)所得玻璃片浸泡在还原液中20~24小时,进行第二次还原； (6 )、制备PDMS溶液，然后PDMS溶液利用模具制备出传感器基底(5 )，所述传感器基底(5)的上表面中部形成有凹腔(6)； (7)在传感器基底(5)上表面的凹腔(6)周围涂PDMS溶液，将步骤(5)所得玻璃片上的PDMS薄膜从玻璃片上揭下来，贴在传感器基底(5)的上表面、且完全遮盖凹腔(6)； (8)在传感器基底(5)的上表面溅射金属薄膜； (9)在金属薄膜上旋涂光刻胶，曝光和显影光刻胶后，湿法腐蚀金属薄膜，去光刻胶后，形成两个独立的电极结构，所述每个电极结构至少部分位于传感器基底上表面的PDMS薄膜边缘上。2.根据权利要求1所述的AuNPs-PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于:步骤(9)中制备的两个独立电极结构呈对称分布，所述电极结构包括底电极(10)和与其连接的引线电极(11)，所述底电极(10)位于传感器基底(5)上表面的PDMS薄膜边缘上，所述引线电极(11)位于传感器基底(5 )上表面。3.根据权利要求1或2所述的AuNPs-PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于:步骤(8)中，在传感器基底(5)的上表面依次溅射铬膜(9)和金膜(8)。4.根据权利要求3所述的AuNPs-PDMS复合微薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于:步骤(8)中，首先，在传感器基底(5)上表面溅射铬膜(9)，技术参数为:本底真空:1.0X10-3Pa、氩气流量:60sccm、溅射压力:0.15Pa、溅射功率:300W、射频匹配(C2/C1):550/120、溅射时间:19s、自偏压:130V ； 然后，在铬膜(9)上溅射50nm厚的金膜(8)，技术参数为:本底真空:1.0 X 10_3Pa、氩气流量:60sCCm、溅射压力:0.2Pa、溅射功率:300W、射频匹配(C2/C1):600/110、溅射时间:20s、自...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑胜波，张文栋，张丹，菅傲群，段倩倩，马文哲，李朋伟，胡杰，李刚，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14