一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器及制备方法，包括：该复合结构为聚多巴胺包覆在硅纳米线阵列表面。本发明专利技术还公开了上述传感器在光电免疫检测心肌梗死生物标记物

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器及制备方法


本专利技术涉及生物传感器的
，特别涉及一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器及制备方法。

技术介绍

光电免疫传感是将光电转换过程与生物大分子的识别相结合而发展起来的一种新型传感技术，在传感器检测过程中，光源作为激发源，激发光活性物质，电信号作为检测信号输出，使用两种不同形式的信号进行激发和检测，这种技术具有背景信号低的优点，因此有更高灵敏度。在光电免疫分析中，空间位阻效应已成为一种重要的信号放大策略。大多数生物分子如蛋白质分子的导电性较差，所以，当目标分子(主要为蛋白质分子)修饰到电极表面上时，会在电极表面产生空间位阻效应，从而阻碍电子的转移和传递，进而影响光电流的产生。光电免疫传感的电极一般主要涉及两个部分：光电活性物质和生物识别探针。光活性物质是构建传感器的基础，其光电转换效率会直接影响到光电流的强度，进而影响到传感器的检测灵敏度，通过在光电极上层层负载其他材料，虽然可以进一步提升光电流，但也使电极结构更加复杂且降低了稳定性；此外，还需要提生物友好的界面用于探针抗体的固定，所以导致整个光电免疫电极构建步骤更为繁琐，从而导致器件稳定性和可重复性欠佳，因此，需要一种光电活性物质的光电转化效率高、电极结构简单、性能可靠的光电免疫传感。

技术实现思路

针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器，有效降低光电免疫传感器结构复杂程度的同时，提高免疫传感的稳定性和灵敏度，用于检测心肌肌钙蛋白I，灵敏度高，特异性好。为了实现根据本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器，包括：硅纳米线阵列电极，所述硅纳米线阵列电极包括基底，所述基底上刻蚀硅纳米线阵列，所述基底为硅片；硅纳米线阵列@PDA电极，所述硅纳米线阵列@PDA电极为在硅纳米线阵列电极的表面原位修饰聚多巴胺薄膜形成；测试电极，所述测试电极为硅纳米线阵列@PDA电极上固定抗体分子形成。优选的，所述硅片的类型为n型硅或p型硅。一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、制备硅纳米线阵列电极，将硅片切割成合适尺寸进行清洗干净并且正面向上，放入装有刻蚀液的容器中，在15
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45℃温度下刻蚀0.5
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6h，最后，将刻蚀好的硅纳米线阵列
冲洗干净后吹干，得到硅纳米线阵列电极；S2、将步骤S1中制得硅纳米线阵列电极放入配置好的混合溶液中搅拌0.5
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24h，得到聚多巴胺包裹的硅纳米线阵列，取出所述的硅纳米线阵列电极冲洗后吹干，制得硅纳米线阵列@PDA电极；S3、将步骤S2中制得的硅纳米线阵列@PDA电极浸没在抗体溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗后，再将其浸没在牛血清蛋白溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗后制得光电免疫传感器的测试电极。优选的，所述步骤S1中的刻蚀液分为两种，一种刻蚀液的配制方法为将0.08mol/L的硝酸银与10mol/L氢氟酸溶液，按体积比1:1混合，另一种的刻蚀液的配制方法为将0.6mol/L的双氧水与10mol/L氢氟酸溶液，按体积比1:1混合。优选的，所述步骤S1中将晶面类型为<100>晶面的n型硅片表面刻蚀硅纳米线阵列，将清洗后的硅片抛光面向上放入装有含一种刻蚀液的容器中，刻蚀1分钟后，取出上述硅片，放入装另一种刻蚀液的容器中，刻蚀1小时，将刻蚀好的硅片冲洗干净，氮气吹干，制得硅纳米线阵列电极；所述步骤S2中在硅纳米线阵列电极上生长聚多巴胺薄膜，将步骤S1中制得的硅纳米线阵列电极浸没在多巴胺溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列电极冲洗后吹干，制得硅纳米线阵列@PDA电极；所述步骤S3中在硅纳米线阵列@PDA电极上固定抗体分子，将步骤S2中制得的硅纳米线阵列@PDA电极浸没在抗体溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗，然后将其浸没在牛血清蛋白溶液中30min，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗后制得光电免疫传感器的测试电极。优选的，步骤S1和步骤S2中的冲洗为经去离子水冲洗，所述步骤S1中的清洗为依次经过丙酮、无水乙醇、去离子水、食人鱼溶液、水超声处理，所述超声处理为丙酮、无水乙醇、去离子水清洗液中各超声清洗三次，每次10min，食人鱼溶液清洗液中超声一次，时间为30min。优选的，所述步骤S2中多巴胺溶液的浓度为1
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5mg/mL，配制方法为将多巴胺溶于pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷
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盐酸缓冲溶液中。优选的，所述S3中冲洗为经过TBS洗液、PBS缓冲液依次冲洗；所述TBS洗液的配置方法为将6g三羟甲基氨基甲烷
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盐酸盐、8g氯化钠、0.2g氯化钾溶于1L水中，调pH至8后再加入500μL吐温20。优选的，所述牛血清蛋白溶液的浓度为1mg/mL，配制方法为将牛血清蛋白溶于0.01M的PBS缓冲液中。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：利用聚多巴胺和硅纳米线阵列来构建光电免疫传感器，其中，硅纳米线阵列是一种优异的半导体材料，相比于传统的氧化物半导体，硅纳米线阵列在可见光和近红外光范围内具有广泛的吸收，硅纳米线大的长径比促进了电荷分离，因此选用硅纳米线阵列作为电极基底材料，从源头增加了传感器的光电流响应，而不需要进行额外的修饰以提高光电流，降低了电极结构的复杂程度，此外，聚多巴胺与硅纳米线阵列能级匹配、提高光电流响应的同时，由于其表面含有丰富的氨基官能团，该官能团可以与蛋白质中的羧基发生反应，形成稳定的共价键，实现固定生物探针分子的作
用，保证了该光电免疫传感器的稳定性以其构建的光电免疫传感器具有较高的灵敏度。将聚多巴胺修饰硅纳米线阵列构建的光电免疫传感器用于小鼠cTn I的检测，其最低检测线为2pg/mL，在浓度为5pg/mL
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10ng/mL范围内呈线性分布具有很好的特异性和稳定性。本专利技术中聚多巴胺修饰硅纳米线阵列材料构建的光电免疫传感器适用于所有的蛋白质的检测，还可以用于其他生物分子如DNA、细胞等的检测。
附图说明
图1为根据本专利技术的基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构及制备方法的光电免疫传感器的扫描电镜图和SiNWs@PDA电极上聚多巴胺
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硅纳米线阵列的透射电镜图；图2为根据本专利技术的基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构及制备方法的光电免疫传感器的实施例1中SiNWs电极上硅纳米线阵列的X射线衍射图；图3为根据本专利技术的基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构及制备方法的光电免疫传感器的实施例1中SiNWs电极和SiNWs@PDA电极的Raman图；图4为根据本专利技术的基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构及制备方法的光电免疫传感器的实施例2中SiNWs@PDA电极在每一步表面修饰后瞬态电流曲线；图5为根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器，其特征在于，包括：硅纳米线阵列电极，所述硅纳米线阵列电极包括基底，所述基底上刻蚀硅纳米线阵列，所述基底为硅片；硅纳米线阵列@PDA电极，所述硅纳米线阵列@PDA电极为在硅纳米线阵列电极的表面原位修饰聚多巴胺薄膜形成；测试电极，所述测试电极为硅纳米线阵列@PDA电极上固定抗体分子形成。2.如权利要求1所述的一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器，其特征在于，所述硅片的类型为n型硅或p型硅。3.如权利要求2所述的一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备硅纳米线阵列电极，将硅片切割成合适尺寸进行清洗干净并且正面向上，放入装有刻蚀液的容器中，在15
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45℃温度下刻蚀0.5
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6h，最后，将刻蚀好的硅纳米线阵列冲洗干净后吹干，得到硅纳米线阵列电极；S2、将步骤S1中制得硅纳米线阵列电极放入配置好的混合溶液中搅拌0.5
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24h，得到聚多巴胺包裹的硅纳米线阵列，取出所述的硅纳米线阵列电极冲洗后吹干，制得硅纳米线阵列@PDA电极；S3、将步骤S2中制得的硅纳米线阵列@PDA电极浸没在抗体溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗后，再将其浸没在牛血清蛋白溶液中0.5
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24h，取出所述硅纳米线阵列@PDA电极冲洗后制得光电免疫传感器的测试电极。4.如权利要求3所述的一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的刻蚀液分为两种，一种刻蚀液的配制方法为将0.08mol/L的硝酸银与10mol/L氢氟酸溶液，按体积比1:1混合，另一种的刻蚀液的配制方法为将0.6mol/L的双氧水与10mol/L氢氟酸溶液，按体积比1:1混合。5.如权利要求4所述的一种基于硅纳米线阵列@聚多巴胺复合结构的光电免疫传感器制备方法，其特征在于，所述步骤S1中将晶面类型为<100>晶面的n型硅片表面刻蚀硅纳米线阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧珺，何斌，直士博，黄粤夷，郭小瑜，王现英，王丁，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：