一种光学生物传感器制备方法技术

本发明专利技术提供了一种光学生物传感器制备方法。该生物传感器，包括步骤：a)镀膜：提供一基板，在所述基板上沉积金属薄膜层；b)热处理：将所述基板进行热处理，使金属薄膜熔融为金属纳米颗粒；c)表面处理：将所述金属纳米颗粒进行表面处理，成为纳米粒子单元；d)修饰：在所述基板表面修饰检测粒子成为检测单元。由此，可以获得纳米粒子与基板稳定结合、纳米粒子均匀的生物传感器。另外，本方法制备的纳米粒子经过表面处理，不仅能清除纳米粒子的表面杂质，而且可以提高后续修饰检测单元的结合力。进一步的，本发明专利技术的制备方法设备简单，容易操作，且制造效率高，利于工业化生产。

A method for the preparation of optical biosensor

The invention provides a method for the preparation of an optical biosensor. The biosensor comprises the steps of: a) coating: providing a substrate, depositing a thin film of metal layer on the substrate; b) heat treatment: the substrate for heat treatment, the metal film for molten metal nanoparticles; c) surface treatment: the metal nanoparticles for surface treatment, become nanoparticles unit; d) modified: become the detection unit on the substrate surface modified particle detection. Thus, a biosensor with stable binding of nanoparticles and substrates and homogeneous nanoparticles can be obtained. Besides, the nanoparticles prepared by this method can not only remove impurities on the surface of nanoparticles, but also improve the binding force of subsequent modified detection units. Further, the preparation method of the invention is simple, easy to operate, and has high manufacturing efficiency, and is beneficial to industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种光学生物传感器制备方法
本专利技术涉及生化检测领域，具体涉及一种基于LSPR效应的光学生物传感器及其制备方法。
技术介绍
基于LSPR效应的生物传感器，其检测原理主要是基于纳米颗粒的局域表面等离子共振效应(LocalizedSurfacePlasmonResonance，简称LSPR效应)。LSPR效应是指当光线入射到由贵金属构成的纳米颗粒上时，如果入射光子频率与贵金属纳米颗粒传导电子的整体振动频率相匹配时，纳米颗粒会对光子能量产生很强的吸收作用，如果入射光是复色光，就会出现LSPR吸收峰，即发生LSPR效应。具体的，该类生物传感器是将金属纳米颗粒固定在基板上，然后再修饰生物分子，根据检测修饰前后金属纳米的LSPR效应的光学信号变化来判断生物分子的结合，以达到检测目的，此类生物传感器可以做到检测时无需标记，并且是无污染、实时、快速、高灵敏度的检测，可以应用于不同领域的检测。而目前，对生物传感器及其制备方法还未有成熟的设备和工艺，因此有必要对生物传感器及其制备方法进行开发研究，而其中纳米颗粒的制备是关键步骤。金属纳米颗粒的合成通常利用液相化学反应方法，根据目标金属的特定电极电势，选用相应的金属盐或金属有机化合物作为前驱体，在水或者有机溶剂中，利用还原剂、电化学、光化学或者生物化学的方法还原金属盐离子，或者借助超声、热分解金属化合物为金属单质，并根据需要选取相应表面活性剂、功能键以及聚合物作为保护剂，控制晶体的成核、生长速度及方向，制备既定大小和形貌的金属纳米颗粒。就目前纳米材料的液相化学反应法制备而言，还不同程度地存在着颗粒团聚、粒径不均匀、纯度低、性能不稳定、合成路径较长、影响因素多、产率低下等问题。化学合成的金属纳米颗粒溶液可以通过牛血清蛋白等修饰物对玻璃基板的亲和力固定在玻璃上，然而，单靠亲和力固定，存在稳定性差的问题，不利于长期保存。现在也有研究用物理方法在玻璃上固定金属纳米颗粒，如在玻璃基板上镀膜后，然后对玻璃基板高温煅烧，电子束轰击，微波等离子体热处理等，但由于高温煅烧升降温过程较长，金颗粒易团聚，效率也低；电子束轰击，电子束作用面积有限，效率也不理想；微波等离子体热处理在规模化处理时，微波等离子体热处理的均匀性控制存在较大的技术难题，控制成本高。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识作出的：对于生物传感器，其主要作用部件为金属纳米粒子，金属纳米粒子的质量影响着生物传感器的测试效果。目前的一些生物传感器，要么是金属纳米粒子与基板结合力不够，影响检测灵敏度，要么是测试过程中需要参比试样，检测操作繁琐。同时，对于生物传感器的制备，前期制备出稳定的、均匀的、能与基板紧密结合的金属纳米粒子是关键步骤。目前制备生物传感器的方法中，对于制备金属纳米粒子的方法，要么是得到的纳米粒子稳定性不足，要么是纳米粒子与基板的结合度不够，要么是对制备设备要求较高，要么是生产效率过低，或者是具备多种不足之处。另外，由于金属纳米粒子表面积大，在空气中易吸附空气中的微粒、水份等小分子，不利于存放，也会影响到在制备生物传感器的后续步骤中与生物分子和/或有机粘结剂的结合。为解决上述问题，本专利技术提出了一种光学生物传感器的制备方法，包括：a)镀膜：提供一基板，在所述基板上沉积金属薄膜层；b)热处理：将所述基板进行热处理，使金属薄膜熔融为金属纳米粒子；c)表面处理：将所述金属纳米粒子进行表面处理，成为纳米粒子单元；d)修饰：在所述基板表面修饰检测粒子成为检测单元。根据本专利技术的一些实施方式，在步骤a)中，所述沉积金属薄膜层的方法是磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发或其组合。根据本专利技术的一些实施方式，在步骤a)中，所述沉积金属薄膜层是采用真空热蒸发法。根据本专利技术的一些实施方式，所述真空热蒸发法的蒸发速率为0.05nm～0.5nm每秒。根据本专利技术的一些实施方式，在步骤a)中，所述沉积金属薄膜层是沉积至少一层以上的金属薄膜。根据本专利技术的一些实施方式，在所述步骤a)中，所述沉积金属薄膜层为先沉积一层铬，再沉积一层金、银或金银合金。根据本专利技术的一些实施方式，在所述步骤b)中，所述热处理是将基板置于网带炉中，在惰性保护气体下保温热处理。根据本专利技术的一些实施方式，所述热处理惰性保护气体为氮气、氩气、二氧化碳或其组合，所述热处理温度为200℃～900℃，所述热处理时间是0.1min～30min。根据本专利技术的一些实施方式，在所述步骤b)中，在所述热处理前，还包括以下步骤：在热处理前，使用机械手将所述基板置于网带炉中，在热处理结束后，再使用机械手将所述基板从网带炉中取下。根据本专利技术的一些实施方式，在所述步骤c)中，所述表面处理是将基板置于等离子设备中，通入惰性保护气体，加气压，加射频电压，进行表面处理。根据本专利技术的一些实施方式，表面处理惰性保护气体为氮气、氩气或其组合，所述气压为50Pa～150Pa；所述射频电压为5W～15W；所述表面处理时间为2min～10min。根据本专利技术的一些实施方式，在所述步骤d)中，所述修饰是将所述基板浸泡于含有所述检测粒子的溶液中，使所述检测粒子修饰于所述基板表面。采用本专利技术的制备方法的纳米粒子经过表面处理，不仅能清除纳米粒子的表面杂质，而且提高后续修饰检测单元的结合力。采用本专利技术的制备方法设备简单，容易操作，且制造效率高，利于工业化生产。采用本专利技术的制备方法所得的生物传感器结构稳定，纳米粒子与基板结合牢固，不易脱落。附图说明图1显示了根据本专利技术实施例的生物传感器结构示意图。图2显示了根据本专利技术实施例的生物传感器的制备方法流程图。图3显示了根据本专利技术实施例1的生物传感器制备过程中光谱变化图。图4显示了根据本专利技术实施例2的生物传感器制备过程中光谱变化图。图5显示了根据本专利技术实施例3的生物传感器制备过程中光谱变化图。附图标记：基板单元100、纳米粒子单元200、检测单元300、待测物400。术语定义修饰：本文中所述修饰为物理反应和/或化学反应，即通过修饰结合的部件是以化学键连接和/或物理键连接。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种光学生物传感器。根据本专利技术的实施例，该生物传感器包括基板单元100、纳米粒子单元200和检测单元300。基板单元100包括基板，是为了后续制备纳米粒子提供支撑作用。本生物传感器的检测手段是基于光学测试，因此要求基板必须要有透光性能，以便于检测吸收光谱的变化。根据本专利技术的实施例，要求基板透光率大于75％。所述基板材质为玻璃、石英、透明陶瓷、聚合物或云母片。人们根据需要，选择不同材料制作基板，只要透光率满足大于75％即可。例如，在一些实施例中，基板材质为玻璃，取材方便，价格低廉。在一些实施例中，基板材质为石英玻璃，透光率高，硬度高。在一些实施例中，基板材质为透明陶瓷，性质稳定，不易变形。纳米粒子单元200形成于所述基板表面，其中，是先在所述基板表面沉积至少一层金属薄膜，再将其置于网带炉中，在气体保护下热处理，以使所述金属薄膜熔融而形成所述结合在该基板表面的金属纳米粒子，再经过表面处理成为所述纳米粒子单元200。在基板上形成纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光学生物传感器的方法，其特征在于，包括步骤：a)镀膜：提供一基板，在所述基板上沉积金属薄膜层；b)热处理：将所述基板进行热处理，使金属薄膜熔融为金属纳米粒子；c)表面处理：将所述金属纳米粒子进行表面处理，成为纳米粒子单元；d)修饰：在所述基板表面修饰检测粒子成为检测单元。

【技术特征摘要】
2016.09.26 CN 2016108543429;2016.12.08 CN 201611111.一种制备光学生物传感器的方法，其特征在于，包括步骤：a)镀膜：提供一基板，在所述基板上沉积金属薄膜层；b)热处理：将所述基板进行热处理，使金属薄膜熔融为金属纳米粒子；c)表面处理：将所述金属纳米粒子进行表面处理，成为纳米粒子单元；d)修饰：在所述基板表面修饰检测粒子成为检测单元。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)中，所述沉积的方法为磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发或其组合。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)中，所述沉积是采用真空热蒸发法；所述真空热蒸发法的蒸发速率为0.05nm～0.5nm每秒。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)中，所述沉积金属薄膜层为先沉积一层铬，再沉积一层金、银或金银合金。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：程四兴，李建霖，刘仁源，郑兰花，洪礼清，庾琼，蒋奎胜，焦政，
申请(专利权)人：东莞东阳光科研发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44