【技术实现步骤摘要】
一种纳米线生物传感器的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种纳米线生物传感器的制备方法及其应用，属于生物测试
技术介绍
人体生化指标的实时检测可以为医学临床实践提供丰富的具有诊断价值的健康信息，如人体代谢产物、细胞因子、生物标志物等多维度、多层次信息，其中生物标志物的检测尤其对肿瘤早期筛查与预后具有重要意义。目前生物标志物主要由大型医学检测仪器或体外诊断设备通过离体分析血液、组织液、尿液、粪便等体液及排泄物获得，难以实现实时检测，与获取人体连续动态健康信息的需求存在巨大落差。因此，希望以高灵敏度和实时性检测生物标志物的动态变化趋势，具有重大意义。目前使用的高灵敏度核酸检测方法为使用场效应管(FET)技术为支撑的电生物传感器。其中石墨烯FET生物传感器具有良好的检测性能，其在石墨烯表面预先固定可用于DNA链置换的探针，来特异性的检测目标片段，同时具有检测单个核苷酸突变的能力，既能够检测单核苷酸多态性(SNP)。中国专利申请CN108700535A、专利技术名称为用于核酸检测和鉴别的纳米传感器，公开了一种基于核酸链置换以单核苷酸分辨率检测或鉴别核酸的方法、系统和纳米传感器装置。该检测方法所使用的石墨烯FET场效应管，加工流程复杂、耗时长，并且加工流程中有石墨烯转印步骤，失败率较高，因此整体加工成本高。虽然石墨烯FET场效应管传感器具有检测单核苷酸多态性(SNP)的能力，但如果未经其它步骤，只能实现对完全匹配核酸片段的单次检测，无法实现对同一核酸片段的多次反复测量，既无法实现一个传感器对目标片段动态变化趋势
【技术保护点】
1.一种纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n(1)制备硅基底：/n(1-1)将硅片先后用丙酮和异丙醇反复冲洗，用氮气吹干表面；/n(1-2)将干燥后的硅片放入氧化炉中，在硅片表面生长二氧化硅绝缘层，得到硅基底，二氧化硅绝缘层的厚度为100-1000纳米；/n(2)在步骤(1)的硅基底上制备信号采集电极和金属纳米线，包括以下步骤：/n(2-1)在铬板上采用制版方法，制备得到带有对齐标志的信号采集电极的掩模铬板，备用；/n(2-2)将步骤(1)的硅基底先后用丙酮和异丙醇反复冲洗三次，用氮气吹干表面，再放置于100-120℃的热板上保持1-2分钟，使硅基底完全干燥；/n(2-3)将干燥后的硅基底置于匀胶机上，在硅基底的表面旋涂电子束胶，在硅基底的表面形成300-400纳米厚的电子束胶薄层；/n(2-4)采用电子束曝光方法，在步骤(2-3)旋涂了电子束胶的硅基底的中央位置和对齐标志位置上，曝光出宽度为100-500纳米、长度为50-200微米的纳米线和对齐标志，将电子束曝光后的硅基底放入电子束显影液中将被曝光部分的电子束胶去除，在硅基底表面得到纳米线槽和对齐标志槽，用...
【技术特征摘要】
1.一种纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)制备硅基底：
(1-1)将硅片先后用丙酮和异丙醇反复冲洗，用氮气吹干表面；
(1-2)将干燥后的硅片放入氧化炉中，在硅片表面生长二氧化硅绝缘层，得到硅基底，二氧化硅绝缘层的厚度为100-1000纳米；
(2)在步骤(1)的硅基底上制备信号采集电极和金属纳米线，包括以下步骤：
(2-1)在铬板上采用制版方法，制备得到带有对齐标志的信号采集电极的掩模铬板，备用；
(2-2)将步骤(1)的硅基底先后用丙酮和异丙醇反复冲洗三次，用氮气吹干表面，再放置于100-120℃的热板上保持1-2分钟，使硅基底完全干燥；
(2-3)将干燥后的硅基底置于匀胶机上，在硅基底的表面旋涂电子束胶，在硅基底的表面形成300-400纳米厚的电子束胶薄层；
(2-4)采用电子束曝光方法，在步骤(2-3)旋涂了电子束胶的硅基底的中央位置和对齐标志位置上，曝光出宽度为100-500纳米、长度为50-200微米的纳米线和对齐标志，将电子束曝光后的硅基底放入电子束显影液中将被曝光部分的电子束胶去除，在硅基底表面得到纳米线槽和对齐标志槽，用去离子水清洗，氮气吹干；
(2-5)采用磁控溅射的方法，向步骤(2-4)的表面带有纳米线槽和对齐标志槽的硅基底上溅射5-20纳米厚的金属连接层，再溅射5-300纳米厚的金属传感层，在硅基底表面制备得到金属纳米线和对齐标志，使用丙酮和超声结合的方式进行清洗，将硅基底表面未被曝光部分的电子束胶与金属剥离，用去离子水冲洗，氮气吹干，在100-120℃的热板上保持90秒，完全干燥；
(2-6)将步骤(2-5)的带有金属纳米线和对齐标志的硅基底置于匀胶机上，旋涂光刻胶(该光刻胶为负胶)，在硅基底表面形成1.3-1.5微米厚的光刻胶薄层；本发明的一个实施例中使用4340光刻胶，先以100转每分钟旋涂10秒钟，然后以4000转每分钟旋涂40秒；
(2-7)将步骤(2-6)的带有旋涂光刻胶的硅基底放置于光刻机上，将步骤(2-1)信号采集电极的掩模铬板放置涂有光刻胶的硅基底上方，使硅基底上的对齐标志与信号采集电极的掩模铬板上的对齐标志对齐后，并使硅基底与信号采集电极的掩模铬板相互贴合，采用光刻方法，从信号采集电极的掩模铬板的上方进行光刻，再放入显影液中，将被未曝光部分的光刻胶去除，在硅基底表面制备得到信号采集电极槽，用去离子水清洗，氮气吹干；
(2-8)采用磁控溅射方法，对带有信号采集电极槽的硅基底表面进行磁控溅射，先溅射5-20纳米厚的金属连接层，再溅射5-300纳米厚的金属传感层，采用丙酮和超声结合的方法进行清洗，将被曝光部分的光刻胶与金属剥离，用去离子水冲洗，氮气吹干，在硅基底上制备得到信号采集电极和金属纳米线；
(3)制备一个引流块，其结构如图3所示，在引流块中加工第一通孔和第二通孔，引流块的底部加工凹槽，使凹槽的宽度与步骤(2)的金属纳米线的长度相等，凹槽的长度为4-6毫米，凹槽的深度为50-200微米，使该凹槽成为第一通孔与第二通孔之间的底部通道；
(4)将步骤(3)的引流块的底部与步骤(2)的硅基底相对固定，使引流块的底部通道的长度方向与纳米线的长度方向相互垂直，并完全覆盖纳米线；
(5)在步骤(4)的纳米线上连接探针，包括以下步骤：
(5-1)向引流块的第一通孔中通入溶于磷酸缓冲盐溶液的生物素修饰的牛血清蛋白溶液，生物素修饰的牛血清蛋白溶液的质量体积浓度为200微克/毫升，使生物素修饰的牛血清蛋白溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，使生物素修饰的牛血清蛋白溶液在底部通道中室温下停留2小时，向引流块的第一通孔中通入磷酸缓冲盐溶液，使生物素修饰的牛血清蛋白溶液从第二通孔中流出；
(5-2)向引流块的第一通孔中通入溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液，溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液的质量体积浓度为100微克/毫升，使溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液在底部通道中37℃下停留1小时，向引流块的第一通孔中通入磷酸缓冲盐溶液，使溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液从引流块的第二通孔中流出；
(5-3)向引流块的第一通孔中通入溶于磷酸缓冲盐溶液的生物素修饰的探针溶液，探针溶液的摩尔浓度为1微摩/毫升，使探针溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，在室温下停留1小时，向引流块的第一通孔中通入磷酸缓冲盐溶液，使探针溶液从引流块的第二通孔中流出，此时探针连接上纳米线，得到纳米线生物传感器。
2.一种纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)制备硅基底：
(1-1)将硅片先后用丙酮和异丙醇反复冲洗，用氮气吹干表面；
(1-2)将干燥后的硅片放入氧化炉中，在硅片表面生长二氧化硅绝缘层，得到硅基底，二氧化硅绝缘层的厚度为100-1000纳米；
(2)在步骤(1)的硅基底上制备信号采集电极和金属纳米线，包括以下步骤：
(2-1)在铬板上采用制版方法，制备得到带有对齐标志的信号采集电极的掩模铬板，备用；
(2-2)将步骤(1)的硅基底先后用丙酮和异丙醇反复冲洗三次，用氮气吹干表面，再放置于100-120℃的热板上保持1-2分钟，使硅基底完全干燥；
(2-3)将干燥后的硅基底置于匀胶机上，在硅基底的表面旋涂电子束胶，在硅基底的表面形成300-400纳米厚的电子束胶薄层；
(2-4)采用电子束曝光方法，在步骤(2-3)旋涂了电子束胶的硅基底的中央位置和对齐标志位置上，曝光出宽度为100-500纳米、长度为50-200微米的纳米线和对齐标志，将电子束曝光后的硅基底放入电子束显影液中将被曝光部分的电子束胶去除，在硅基底表面得到纳米线槽和对齐标志槽，用去离子水清洗，氮气吹干；
(2-5)采用磁控溅射的方法，向步骤(2-4)的表面带有纳米线槽和对齐标志槽的硅基底上溅射5-20纳米厚的金属连接层，再溅射5-300纳米厚的金属传感层，在硅基底表面制备得到金属纳米线和对齐标志，使用丙酮和超声结合的方式进行清洗，将硅基底表面未被曝光部分的电子束胶与金属剥离，用去离子水冲洗，氮气吹干，在100-120℃的热板上保持90秒，完全干燥；
(2-6)将步骤(2-5)的带有金属纳米线和对齐标志的硅基底置于匀胶机上，旋涂光刻胶，在硅基底表面形成1.3-1.5微米厚的光刻胶薄层，先以100转每分钟旋涂10秒钟，然后以4000转每分钟旋涂40秒；
(2-7)将步骤(2-6)的带有旋涂光刻胶的硅基底放置于光刻机上，将步骤(2-1)信号采集电极的掩模铬板放置涂有光刻胶的硅基底上方，使硅基底上的对齐标志与信号采集电极的掩模铬板上的对齐标志对齐后，并使硅基底与信号采集电极的掩模铬板相互贴合，采用光刻方法，从信号采集电极的掩模铬板的上方进行光刻，再放入显影液中，将被未曝光部分的光刻胶去除，在硅基底表面制备得到信号采集电极槽，用去离子水清洗，氮气吹干；
(2-8)采用磁控溅射方法，对带有信号采集电极槽的硅基底表面进行磁控溅射，先溅射5-20纳米厚的金属连接层，再溅射5-300纳米厚的金属传感层，采用丙酮和超声结合的方法进行清洗，将被曝光部分的光刻胶与金属剥离，用去离子水冲洗，氮气吹干，在硅基底上制备得到信号采集电极和金属纳米线；
(3)制备一个引流块，在引流块中加工第一通孔和第二通孔，引流块的底部加工凹槽，使凹槽的宽度与步骤(2)的金属纳米线的长度相等，凹槽的长度为4-6毫米，凹槽的深度为50-200微米，使该凹槽成为第一通孔与第二通孔之间的底部通道；
(4)将步骤(3)的引流块的底部与步骤(2)的硅基底相对固定，使引流块的底部通道的长度方向与纳米线的长度方向相互垂直，并完全覆盖纳米线；
(5)在步骤(4)的纳米线上连接探针，包括以下步骤：
(5-1)向引流块的第一通孔中通入溶于纯乙醇的11-巯基十一烷酸溶液，溶于纯乙醇的11-巯基十一烷酸溶液的摩尔浓度为1毫摩尔/升，使溶于纯乙醇的11-巯基十一烷酸溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，溶于纯乙醇的11-巯基十一烷酸溶液在底部通道7中室温下停留1小时，向引流块的第一通孔中通入纯乙醇，使溶于纯乙醇的11-巯基十一烷酸从引流块的第二通孔中流出；
(5-2)向引流块的第一通孔中通入摩尔浓度为50毫摩尔/升、pH＝5.0的2-(N-吗啉)乙磺酸溶液，该溶液中包含摩尔浓度为100毫摩尔/升的N-乙基-N′-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和摩尔浓度为50毫摩尔/升的N-羟基丁二酰亚胺，使该溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，在底部通道7中室温下停留30分钟；
(5-3)向引流块的第一通孔中通入溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液，溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液的质量体积浓度为100微克/毫升，使该溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，在底部通道7中室温下停留1小时，向引流块的第一通孔中通入磷酸缓冲盐溶液，使溶于磷酸缓冲盐溶液的链霉亲和素溶液从引流块的第二通孔中流出；
(5-4)向引流块的第一通孔中通入溶于去离子水的甘氨酸溶液，溶于去离子水的甘氨酸溶液的摩尔浓度为1摩尔/升，使该溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，在底部通道7中室温下停留20分钟，向引流块的第一通孔中通入去离子水，使溶于去离子水的甘氨酸溶液从引流块的第二通孔中流出；
(5-5)向引流块的第一通孔中通入溶于磷酸缓冲盐溶液的生物素修饰的探针溶液，探针溶液的摩尔浓度为1微摩尔/升，使探针溶液充满第一通孔、底部通道和第二通孔，探针溶液在底部通道7中室温下停留1小时，向引流块的第一通孔中通入磷酸缓冲盐溶液，使探针溶液从引流块的第二通孔中流出，此时探针连接上纳米线，得到纳米线生物传感器。
3.一种纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)制备硅基底：
(1-1)将硅片先后用丙酮和异丙醇反复冲洗，用氮气吹干表面；
(1-2)将干燥后的硅片放入氧化炉中，在硅片表面生长二氧化硅绝缘层，得到硅基底，二氧化硅绝缘层的厚度为100-1000纳米；<...
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