一种功能化的微通道板,其特征在于:微通道板排列有多个倾斜的上下通透的微孔,且微孔相互平行,微孔内附着有金属纳米棒阵列。一种生物分子传感器，其特征在于：包括有信号放大装置、换能装置及识别装置，所述信号放大装置中采用如上所述的微通道板，实现对痕量标志物(浓度：～fg/mL)乃至于单分子浓度的检测；在微通道板内制备金属纳米棒，基于微通道板微孔内的金属纳米棒阵列的表面等离子激元共振，利用拉曼光谱探测生物标志物。
A functional microchannel plate and biosensor containing the microchannel plate
The utility model relates to a functionalized microchannel plate, which is characterized in that the microchannel plate is arranged with a plurality of tilted upward and downward permeable micropores, and the micropores are parallel to each other, and a metal nanorod array is attached to the micropores. A biomolecule sensor is characterized in that a signal amplifier, a transducer and a recognition device are included, in which a microchannel plate as described above is used to detect trace markers (concentration: ~fg/mL) and even single molecule concentration, and metal nanorods are prepared in the microchannel plate based on Surface plasmon resonance (SPR) of metal nanorod arrays in microchannel plates was used to detect biomarkers by Raman spectroscopy.
【技术实现步骤摘要】
一种功能化的微通道板及包含该微通道板的生物分子传感器
本技术涉及一种功能化的微通道板及包含该微通道板的生物分子传感器。
技术介绍
生物分子是人体生理活动的物质承担者，也是疾病的预测和诊断和信息携带者。检测生物样本(包括血液、唾液、尿液等)中特定生物分子(如核酸、蛋白质、病毒等，以下统称为标志物)的浓度，对于研究人体正常生命活动规律，以及疾病的早期诊断和个性化治疗均有十分重要的意义。生物体中能够选择性地分辩特定物质的物质有酶、抗体、组织、细胞等。这些分子识别功能物质通过识别过程可与被测目标结合成复合物，如抗体和抗原的结合，酶与基质的结合。为更好的检测生物样本，人们更多的使用生物传感器，生物传感器由分子识别部分(敏感元件)和转换部分(换能器)构成,是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。敏感元件中光、热、化学物质的生成或消耗等会产生相应的变化量。根据这些变化量，可以选择适当的换能器。敏感元件经常需要与信号放大装置组合使用，目前生物分子传感器中的信号放大装置常使用微通道板。微通道板(MicrochannelPlate，MCP)微通道板以玻璃薄片为基底，在基片上以数微米到十几微米的空间周期以六角形周期排布孔径比空间周期略小的微孔，一块微通道板上约有上百万微通道。由于二次电子可以在通道壁上碰撞倍增放大，微通道板作为一种大面阵的高空间分辨的电子倍增探测器，广泛应用于高性能夜视像增强器等多个领域。作为鉴别物质种类的有效手段，拉曼光谱一直被广泛应用，而金属表面等离子激元共振可有效增强拉曼效应。表面等离子激元共振，即金属中的自由电子在电磁场作用下发生集体性的振荡效应，当外界电磁场的频率接近这个集体振荡频率时(共振模式)，电磁场会被局域金属表面附近的亚波长区域，而且强度很大。该局域的强光场与被检测物发生非弹性散射的强度增大，从而增强拉曼信号。一般采用Cu,Ag,Au等金属的原因在于它们的d电子和s电子的能隙比较大，不易发生带间跃迁，可避免因发生带间跃迁而将吸收光的能量转化。目前，其他专利中的生物传感器使用的微通道板，基于二次电子倍增原理来进行信号放大，这时的微通道板需采用含铅玻璃，并在氢气氛围中还原处理，不仅制备过程复杂，而且不能有效增强标记物的拉曼光谱，缺乏对生物分子的特异性信号的增强。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供以下方案：一种功能化的微通道板,微通道板排列有多个倾斜的上下通透的微孔，微孔内附着有金属纳米棒阵列。进一步的，金属纳米棒阵列中金属纳米棒的直径为50～150nm，长度为100～700nm；金属纳米棒分布密度为103～106/μm2。进一步的，所述金属纳米棒阵列采用下述方法制备，在制备金属纳米棒之前，通过溅射镀膜工艺在待加工微通道板表面生长一层金属作为预沉积层，再采用金属蒸镀技术在该预沉积层上制备金属纳米棒阵列；金属纳米棒阵列制备过程中，待加工微通道板底面平行放置于蒸发材料上方,并进行旋转,旋转速度为0‐30rpm，待加工微通道板温度为25℃～70℃，金属蒸发速率0.3nm～10nm/s，蒸发材料采用金、银、铜中任一金属以及合金。利用待加工微通道板作为生长衬底，待加工微通道板水平放置于蒸发源上方，其固有的倾角(衬底与水平线夹角大于70°)对于金属沉积过程的阴影效应生长纳米结构。沉积前期，金属成核形成岛状结构；生长后期，由于高的部位拦截了金属蒸汽的供应，从而限制了其临近的部位的生长。最后，形成了适合的金属纳米棒阵列，即由于微通道板微孔壁具有倾角，金属蒸汽由于微孔壁的阻挡，使得位于内部的金属蒸汽形成的金属纳米棒较短，而位于微孔较外侧的金属纳米棒较长，从而形成所需的金属纳米棒阵列。上述金属纳米棒沉积过程即为局域化倾角沉积技术，利用这种技术在制备金属纳米棒阵列时，待加工微通道板无需连接到倾斜的基座(或样品台)上进行，降低了蒸镀工艺复杂性和蒸镀设备复杂性。,且所制备的金属纳米棒符合需求。进一步的，基座旋转速度优选为5‐25rpm。进一步的，待加工微通道板温度优选为30‐65℃。进一步的，金属蒸发速率优选为0.4‐9.8nm/s。一种生物分子传感器，包括有信号放大装置，信号放大装置中采用如上所述的微通道板。本技术的有益效果为：1.微通道板上制备金属纳米棒，利用金属纳米棒金属表面等离子激元共振有效增强拉曼效应,利用拉曼光谱探测生物标志物，代替现有微通道板所采用的二次电子倍增原理，增强信号放大效果，可实现对痕量标志物(浓度：～fg/mL)乃至于单分子浓度的检测。2.利用局域化倾角沉积技术，省去对待加工的微通道板的基座(或样品台)进行倾斜的工序，制备过程更加简便，且对镀膜设备的配置要求降低。附图说明图1、图3为本技术结构示意图；图2为图1中A部分剖视图；图4、图5、图6为扫描电镜观测的代表性的金属纳米棒形貌图；图7为传感器拉曼效应检测图。1.微孔；2.金属纳米棒；3.金属蒸汽。具体实施方式现结合附图对本技术进行详细说明：实施例1：如图1‐3所示，一种微通道板,微通道板排列有多个倾斜的上下通透的微孔1，微孔1内附着有金属纳米棒2阵列，金属纳米棒2材料为银。金属纳米棒阵列中金属纳米棒2的直径为60nm，长度为130nm，金属纳米棒阵列密度为104/μm2，金属纳米棒2形貌清晰。金属纳米棒2阵列利用微通道板作为生长衬底，其固有的倾角(微孔1壁与水平线夹角大于70°)对于金属沉积过程的阴影效应生长纳米结构。沉积前期，金属成核形成岛状结构；生长后期，由于高的部位拦截了金属蒸汽的供应，从而限制了其临近的部位的生长。最后，形成了适合的金属纳米棒2阵列，即由于微通道板微孔壁具有倾角，金属蒸汽由于微孔壁的阻挡，使得位于内部的金属蒸汽形成的金属纳米棒较短，而位于微孔较外侧的金属纳米棒较长，从而形成所需的金属纳米棒阵列。制备过程中，待加工微通道板水平放置于蒸发源上方，无需连接到倾斜的基座(或样品台)上进行，降低了蒸镀工艺复杂性和蒸镀设备复杂性。在电子束蒸镀金属之前，可由银通过溅射镀膜工艺生长一层金属银作为预沉积层，制备金属纳米棒阵列时，待加工微通道板旋转速度为15r/m，衬底温度为30℃，蒸发速率1nm/s，蒸发材料采用银。一种生物分子传感器，包括有信号放大装置所述信号放大装置中采用如上所述的微通道板。扫描电镜观测的代表性的金属纳米棒2形貌图如图4‐6所示。利用附着有金属纳米棒2阵列的微通道板制备成生物分子传感器的信号放大装置，其拉曼效应具有极高的灵敏性。以罗丹明B作为标志物为例，基于该专利技术的传感器得到的浓度为10-4M,拉曼光谱特征峰强度竟然是浓度为10-1M的本体溶液的1～10倍。如图7所示。微通道板上制备金属纳米棒，利用金属纳米棒金属表面等离子激元共振有效增强拉曼效应,利用拉曼光谱探测生物标志物，代替了传统微通道板利用二次电子倍增原理探测生物标志物的方式，增强信号放大效果,可实现对痕量标志物(浓度：～fg/mL)乃至于单分子浓度的检测。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化的微通道板,微通道板排列有多个倾斜的上下通透的微孔，且微孔相互平行,其特征在于:微孔内附着有金属纳米棒阵列。
【技术特征摘要】
1.一种功能化的微通道板,微通道板排列有多个倾斜的上下通透的微孔，且微孔相互平行,其特征在于:微孔内附着有金属纳米棒阵列。2.如权利要求1中所述一种功能化的微通道板，其特征在于：所述金属纳米棒阵列中金属纳米棒的直径为50～150nm，长度为100～700nm；金...
【专利技术属性】
技术研发人员：张兴业，曹臻，杨彦彬，
申请(专利权)人：浙江大学自贡创新中心，
类型：新型
国别省市：四川,51
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