一种载有功能基团的ＧａＮ纳米线阵列，它是以直立的ＧａＮ纳米线阵列作为基片，纳米线表面经化学氧化或等离子氧化产生Ｇａ－ＯＨ官能团；或者经原子层沉积法在纳米线表面沉积ＳｉＯ２、ＴｉＯ２或Ａｌ２Ｏ３膜，其表面经水解具有－ＯＨ官能团，－ＯＨ官能团与一端带有Ｎ－羟基琥珀酰亚胺酯基团，另一端为二羧酰氯的三噻吩反应得到的载有功能基团的ＧａＮ纳米线阵列。它可以应用于生物分子分离和实时检测、生物分子的基质辅助激光解离飞行时间质谱检测、生物分子ＦＥＴ的两电极系统检测和生物分子ＦＥＴ的三电极系统检测。本发明专利技术公开了其制法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及GaN纳米线阵列，具体地说，是GaN纳米线表面载有功能集团的 GaN纳米线阵列及其制法和用途。
技术介绍
氮化镓(GaN)纳米线同氧化锌(ZnO)、硅纳米线(Si)、碳纳米管(CNT) —样， 是一种重要的一维半导体材料。在氮化镓晶体中，镓元素与氮元素之间形成强共价键， 使其表现出可以与碳纳米管相媲美的的机械性能。GaN纳米线具有相对稳定的物理化学 性质，它可以承受酸、碱、有机溶剂的侵蚀，有高度的热稳定性，可以承受900°C的高 温。现有的技术已经可以熟练制备直径5 500nm，毫米级长度的纳米线。GaN是一种宽带隙半导体材料，它具有高电子迁移率、高热导等优异的物理性 质，已广泛的应用于光电探测器、发光二极管等领域。GaN纳米线作为一维纳米材料， 它具有高的面积/体积比，其表面可能产生活性的官能团，从而嫁接有机分子膜，进而 固定蛋白质、DNA等生物分子。直径处于100 500nm之间、间距处于200nm 20 μ m 之间的直立GaN纳米线对于有机分子乃至生物分子的自由进出十分有利，从而提高嫁接 或分离效率。未经处理的GaN纳米线表面没有官能团，当用混合酸如硫酸硝酸等处理 后，其表面会产生Ga-Ο-Η，从而可以用来嫁接有机分子。功能化(如羧酸化)的导电 有机分子(如噻吩，TP)可以被嫁接在Ga-O-H上。这类导电分子通常是链状分子，其 另外的一段可以被活化，以便于嫁接生物分子。当生物分子嫁接之后，就可以与与之相应的生物分子(例如抗体-抗原、受 体-给体、酶-底物或两个可以杂交的DNA分子等)发生相互识别，然后通过一些检测 手段，把这些生物分子的信息采集出来。由于生物分子的识别属可逆、可控的，该阵列 可重复多次使用。通过生物分子的识别，可以将溶液中少量存在的生物分子捕获出来， 实现浓缩分离目标生物分子的目的，避免了生化分离的高代价投入。氮掺杂的GaN纳米线可有效提高其导电性能，将固定有生物分子的GaN纳米线 阵列用于基质辅助激光解离飞行时间质谱(MALDI-Tof-Mass)测试，其高表面积比的基 底性质有助于提高信噪比，从而定性、定量分析嫁接在其表面的生物分子。导电分子的 修饰便于能量传递，促使生物分子从GaN纳米线上解离，从而提高信噪比。在生物分子识别的场效应晶体管(FET)方面，报道较多的是ZnO纳米线、碳纳 米管和硅纳米线。在这个领域，多采用两电极(漏极、源极)和三电极(漏极、源极、 栅极)，测量通过纳米线的电流，当生物分子识别后，电流发生跃迁。依据跃迁的强度， 和持续时间，计算相互作用的生物分子数量。通常，来自生物分子识别的电信号经水溶 液和连接生物分子的有机分子膜传送到纳米线上，进而被采集出来。因水溶液和有机分 子导电的巨大差异，实质采集的大多是通过水溶液传来的信号。而水的导电性能受环境 影响很大，不能真正反应生物分子的识别，工程技术人员希望能够采集来自有机分子膜 上传送来的信息。但目前这方面都是使用的非导电的有机分子。这里的GaN纳米线同上述纳米线一样，具有上述优点，可用于FET的检测。在其表面进行导电有机分子的修 饰，可大大提高从有机分子膜上传送的信号。目前，美国多项专利如6818061、7335262涉及GaN纳米线的制备。美国专利 7421274，7420147，6949773，欧洲专利 EP1145282A2，中国台湾专利 TW569474 涉及 GaN纳米线在发光二极管方面的应用。中国专利200510048111涉及GaN纳米线的制备。 中国专利200780016946涉及GaN纳米线的制备和在发光二极管和激光器方面的应用。中 国专利200810223353.2涉及一种背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制备方法。中国专利 200780016179.8涉及大量纳米线组成的生物传感器检测目标物质的方法。本专利技术与上述已有专利不同。本专利技术是利用GaN纳米线的高比表面积、易于表 面功能化，易清洗、可重复使用等优点，在其表面进行导电有机分子的修饰，最终用于 生物分子的在线分离与实时检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种表面导电分子修饰的载有功能基团的GaN纳米线阵 列，并将之用于生物分子的识别与检测。本专利技术的技术方案如下一种载有功能基团的GaN纳米线阵列，它是以直立的GaN纳米线阵列作为基 片，纳米线表面经化学氧化或等离子氧化产生Ga-OH官能团；或者经原子层沉积法在纳 米线表面沉积Si02、TiO2或Al2O3膜，其表面经水解具有-OH官能团，-OH官能团与一 端带有N-羟基琥珀酰亚胺酯基团，另一端为二羧酰氯的三噻吩反应得到的载有功能基团 的GaN纳米线阵列。上述的载有功能基团的GaN纳米线阵列，所述的功能集团为N-羟基琥珀酰亚胺酯基团。一种制备上述载有功能基团的GaN纳米线阵列的方法，它包括以下步骤步骤1.将直立的GaN纳米线阵列用化学氧化法氧化或等离子辐射氧化，使纳米 线表面产生-OH官能团；步骤2.将步骤1得到的表面具有-OH官能团的GaN纳米线阵列与一端为羧酰 氯、另一端为N-羟基琥珀酰亚胺酯的三噻吩的四氢呋喃溶液在室温下反应0.5小时，取 出GaN纳米线阵列，用四氢呋喃清洗，吹干，即得载有琥珀酰亚胺基团的GaN纳米线阵 列。上述的制备载有功能基团的GaN纳米线阵列的方法，步骤1所述的化学氧化法 是将GaN纳米线阵列置于硫酸和双氧水混合溶液(硫酸双氧水=3 lv/v)或硫酸与 硝酸混合溶液(硫酸硝酸=1 lv/v)中，在80°C下加热4 10小时，取出清洗，吹干。上述的制备载有功能基团的GaN纳米线阵列的方法，所述的步骤1可以用如下 方法替代步骤1’将直立的GaN纳米线阵列用原子层沉积法在纳米线表面沉积Si02、TiO2 或Al2O3膜，其表面经水解产生-OH官能团。本专利技术中采用直立的GaN纳米线阵列作为片基，在其表面进行化学修饰。需要指出的是生物分子通常分散在水溶液中，直径处于50 500nm之间、间距处于 200nm 20 μ m之间的直立型GaN纳米线更方便生物分子的自由进出，从而提高嫁接或 分离效率。纳米线表面径化学处理后可产生活性的Ga-OH官能团。化学处理方法有 1)化学氧化；2)等离子氧化；3)化学气相沉积。化学氧化法可采用硫酸和双氧水混合溶 液(硫酸双氧水=3:1)，和硫酸与硝酸混合溶液(硫酸硝酸=1 1)氧化处理。 将GaN纳米线阵列置于上述溶液中，80°C下加热4 10小时，取出清洗，吹干。因混 合酸的强氧化性，GaN表面会产生活性的官能团。在等离子处理方法中，因为高能量的 等离子流将GaN纳米线表面氧化，从而产生活性Ga-OH官能团。通常等离子辐射5 300秒。在化学气相沉积中，将GaN纳米线阵列置于气相沉积室中，用SiCl4, TiCl4,和 Al(OR)3等易水解的有机物作为Si，Ti，Al前体源，低温高真空度下，上述气体在GaN 纳米线表面水解产生附着的Si，Ti，Al的氧化物。该方法可在纳米线，纳米颗粒等多种 表面固定一层致密的无机氧化物膜。通过调控反应的时间，可以在GaN纳米线表面沉积 厚度不同的SiO2, Al2O3，TiO2层，化学气相沉积层的厚度可通过高分辨TEM测得。该类 氧化物的外层表面有一层致密的-OH官能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种载有功能基团的ＧａＮ纳米线阵列，其特征是：它是以直立的ＧａＮ纳米线阵列作为基片，纳米线表面经化学氧化或等离子氧化产生Ｇａ－ＯＨ官能团；或者经原子层沉积法在纳米线表面沉积ＳｉＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］或Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］膜，其表面经水解具有－ＯＨ官能团，－ＯＨ官能团与一端带有Ｎ－羟基琥珀酰亚胺酯基团，另一端为二羧酰氯的三噻吩反应得到的载有功能基团的ＧａＮ纳米线阵列。
【技术特征摘要】
1.一种载有功能基团的GaN纳米线阵列，其特征是它是以直立的GaN纳米线阵列 作为基片，纳米线表面经化学氧化或等离子氧化产生Ga-OH官能团；或者经原子层沉积 法在纳米线表面沉积Si02、TiO2或Al2O3膜，其表面经水解具有-OH官能团，-OH官能 团与一端带有N-羟基琥珀酰亚胺酯基团，另一端为二羧酰氯的三噻吩反应得到的载有功 能基团的GaN纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的载有功能基团的GaN纳米线阵列，其特征是所述的功能 集团为N-羟基琥珀酰亚胺酯基团。3.一种制备权利要求1所述的载有功能基团的GaN纳米线阵列的方法，其特征是它 包括以下步骤步骤1.将直立的GaN纳米线阵列用化学氧化法氧化或等离子辐射氧化，使纳米线表 面产生-OH官能团；步骤2.将步骤1得到的表面具有-OH官能团的GaN纳米线阵列与一端为羧酰氯、另 一端为N-羟基琥珀酰亚胺酯的三噻吩的四氢呋喃溶液在室温下反应0.5小时，取出GaN 纳米线阵列，用四氢呋喃清洗，吹干，即得载有琥珀酰亚胺基团的GaN纳米线阵...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚清，郭东杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。