使用超结构的质量分析纳米传感器制造技术

本文公开了一种使用超结构的质量分析纳米传感器，包括：与特定频率的入射电磁波共振的超表面结构；形成于热点区域上的超表面结构表面或超表面结构内部的固定结合体；通过吸引力与固定结合体耦合的可移动结合体；以及与可移动结合体连接的受体或纳米粒子。根据本公开内容，提供了一种基于超构材料和纳米粒子的检测结构和方法，通过将检测灵敏度提高到高水平，从而实现仅用少量纳米粒子进行高效检测。从而实现仅用少量纳米粒子进行高效检测。从而实现仅用少量纳米粒子进行高效检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超结构的质量分析纳米传感器


[0001]本公开涉及使用超结构的质量分析纳米传感器，更具体地，涉及基于超材料的质量分析纳米传感器，仅用少量纳米粒子，就可以将检测灵敏度有效提高到高水平。

技术介绍

[0002]生物传感技术是指基于生物传感器的分析技术。为了系统地解释生物传感技术，有必要了解生物传感器所包括的内容。生物传感器主要包括换能器和生物元件，其中，换能器检测由生物元件和分析物之间的选择性反应引起的离子、电子、热、质量和光的变化，将这些变化转化为电信号，并将电信号放大为反应信号。因此，根据换能器的特性，生物传感器大致分为用于检测电学特性变化的“电化学生物传感器”，用于检测光学特性变化的“光电生物传感器”，用于检测质量变化的“压电生物传感器”，以及用于检测生物反应引起的热变化的“生物热敏电阻”。
[0003]生物传感器主要应用于医药、食品和农业、工艺、环境等领域。生物传感器在食品领域的市场规模正在迅速增长，未来生物传感器在食品工业中的应用也有望增加。在技术方面，电化学生物传感器所占份额最高。
[0004]在食品工业中，生物传感技术适用于成分分析、天然毒素和抗营养物质的快速检测，食品加工和食品保藏过程中酶失活和微生物污染的检测，在烹饪过程中或通过食品成分之间的相互作用产生的有害物质的测量，食品原料的生产、加工过程中混入的污染物分析，鱼的新鲜度测定、抗氧化活性等功能评价、发酵监测。
[0005]此外，用于测量鱼肉和家畜肉分解时产生的主要物质的相对比例来评估新鲜度的生物传感器，用于评估抗氧化活性等功能的生物传感器，用于访问食品过程并实时在线测量发酵产物浓度的生物传感器等在食品工业中具有很高的适用性，用于监测食品加工以及实时在线测量发酵产物浓度等的生物传感器，在食品工业具有高度适用性。
[0006]随着食品领域生物传感器市场规模的快速增长，可以说，食品生物传感技术的未来非常光明。此外，蛋白质组学及类似组学技术的发展正在推动食品生物传感器的研究、开发和应用。
[0007]未来，对一次性生物传感器或简单、经济、快速响应且易于使用的生物传感器设备的需求将激增。因此，生物传感器芯片的标准化和小型化对于提高再现性和降低成本至关重要。最终，有必要发展基于微全分析系统(μTAS)的食品生物传感技术，并为此建立周边元件技术。
[0008]在使用纳米间隙的传统超材料的情况下，由于纳米间隙处的场增强(FE)效应，基于纳米间隙的超材料传感器可作为更灵敏的传感器。
[0009]然而，由于制造过程复杂且成本高，目前的技术水平难以将纳米间隙实际应用于低成本传感器。
[0010]当纳米粒子与超材料结合时，检测灵敏度显着提高，但存在诸如在超材料大晶胞情况下效率低，以及必须使用大量纳米粒子等困难。
[0011]此外，即使使用超材料，当在没有生化选择性结合位点的情况下进行简单的无标记测量时，检测是可能的，但效率低。

技术实现思路

[0012]本公开技术问题
[0013]本公开旨在解决上述问题，本公开的一个方面在于提供一种基于超材料和纳米粒子的检测结构和方法，能够仅用少量纳米粒子即可实现高效检测，同时在将检测灵敏度提高到高水平。
附图说明
[0014]图1a为本公开使用超结构的质量分析纳米传感器的结构示意图。
[0015]图1b至1d显示了在超表面结构中形成的各种图案形状和热点区域的示例。
[0016]图1e和1f为根据本公开实施例的纳米传感器的结构和检测机理示意图。
[0017]图2a为模拟无标记传感的示意图，其中检测是在目标材料均匀吸附在图1d所示的超结构表面上并且单位面积质量增加时进行的。
[0018]图2b显示了整个超结构表面涂有图2a的Al2O3粒子的超结构传感器的时域有限差分法分析结果图，图2c显示了峰值偏移效应与粒子数量变化的关系图。
[0019]图3a为Al2O3粒子仅吸附在图1d所示超结构晶胞的某一局部区域的示意图，图3b和3c显示透射率随中心坐标移动的变化图。
[0020]图4和图5分别显示了图像和透射率峰值随着粒子岛位置的移动而变化的图。
[0021]图6a是显示了根据一个实施例的峰值偏移随粒子数量变化的关系图，其中Al2O3粒子形成于图4(a)对应的超结构热点区域，图6b是显示根据该实施例的峰值偏移效应结果图。
[0022]图7a显示了根据一个实施例进行有限差分时域分析的结果图，其中聚电解质复合物(PEC)粒子与第二磁性粒子的结合形成于图1d的超结构热点区域中，图7b显示根据该实施例的峰值偏移效应结果图。
具体实施方式
[0023]根据本公开的一方面，提供了使用超结构的质量分析纳米传感器，包括：与特定频率的入射电磁波共振的超表面结构；形成于热点区域上的超表面结构表面或超表面结构内部的固定结合体；通过吸引力与固定结合体耦合的可移动结合体；以及与可移动结合体连接的受体或纳米粒子。
[0024]此外，热点区域可能包括发生电场强度高度集中的场增强现象的区域。
[0025]此外，固定结合体可能包括第一磁性粒子，其包括选自由铁磁性金属如镍、铁、钴和稀土化合物或它们的混合物组成的组的一种；可移动结合体可能包含第二磁性粒子，其包含选自由铁磁性金属如镍、铁、钴和稀土化合物或它们的混合物组成的组中的一种；或通过将选自铁磁性金属或其混合物中的一种与银或金纳米粒子结合而获得的磁等离子体粒子，并通过吸引力与第一磁性粒子结合。
[0026]此外，固定结合体可能包含具有硫(S)、氮(N)和氧(O)的衍生物的单、双或多离子
配体的化学连接体，可移动结合体可能包含粒子，该粒子为金属或非金属纳米粒子与选自碳水化合物、肽、蛋白质、酶、脂质、氨基酸、脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、抗体、聚乙二醇(PEG)、药物和荧光染料组成的组中的一种或多种结合获得的粒子，并与化学连接体结合。
[0027]此外，化学连接体是通过光刻在热点区域的结构表面或结构内部形成的。
[0028]此外，受体可能形成结合位点，用于检测分析物质量的靶材料与该位点特异性结合。
[0029]专利技术的实施方式
[0030]本公开涉及一种使用超结构的质量分析纳米传感器，其包括与特定频率的入射电磁波共振的超表面结构；在热点区域上的超表面结构表面或超表面结构内部形成的固定结合体；通过吸引力与固定结合体耦合的可移动结合体；以及与可移动结合体连接的受体或纳米粒子。
[0031]下面，将参照附图对本公开内容进行详细描述。
[0032]图1a为使用根据本公开的超结构的质量分析纳米传感器的结构示意图，该结构包括：
[0033]与入射电磁波的特定频率共振的超表面结构10；
[0034]形成于热点区域上的超表面结构10的表面或结构内部的固定结合体20；
[0035]通过吸引力与固定结合体20耦合的可移动结合体30；和
[0036]与可移动结合体30相连接的受本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用超结构的质量分析纳米传感器，包括：与特定频率的入射电磁波共振的超表面结构；形成于热点区域上的超表面结构表面或超表面结构内部的固定结合体；通过吸引力与固定结合体耦合的可移动结合体；以及与可移动结合体连接的受体或纳米粒子。2.根据权利要求1所述的质量分析纳米传感器，其中，所述热点区域包括发生电场强度高度集中的场增强现象的区域。3.根据权利要求1所述的质量分析纳米传感器，其中，所述固定结合体包含第一磁性粒子，该第一磁性粒子选自由铁磁性金属如镍、铁、钴和稀土化合物或其混合物组成的组中的一种；并且所述可移动结合体包含第二磁性粒子，该第二磁性粒子选自由铁磁性金属如镍、铁、钴和稀土化合物或其混合物组成的组中的一种；或通过将选自铁磁性金属或其混合物中的一种与银或金纳米粒子结合并通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：玉景植，金东万，赵英镇，洪硕寅，
申请(专利权)人：韩国食品研究院，
类型：发明
国别省市：