一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，使用简单化学沉积方法在声波传播波峰（波谷）进行纳米级厚度自组装图形化修饰，在传感器表面实现同一平面材料上生物分子的图形化排布，提高传感器敏感区单位面积分子的捕获量。同时，在非波峰（波谷）区域进行疏水化修饰，减少样本中其他分子的非特异性吸附，以此促进分子集中图形化排布在传感器振幅最大位置，将质量的增加集中在波峰（波谷）区域，增加单位面积内质量的增加，增强压电薄膜的灵敏度，从而增强压电薄膜传感器的性能，实现对复杂样本中生物分子的定量检测，为建立高灵敏度、多通道、高通量的自动化生物分子定量检测方法提供关键技术。

【技术实现步骤摘要】
一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法
本专利技术涉及生物分子检测压电薄膜传感器领域，具体为一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法。
技术介绍
目前，光学检测方法已广泛应用于体液环境中微量生物分子的检测，但是仍存在一定的局限性。例如，对全血等成分复杂、透光性差的样本进行检测时，光学检测方法不易获得较好的结果。压电薄膜传感器是一种高灵敏度的质量传感器，其检测原理是将薄膜表面与待测分子与薄膜结合后质量增加引起谐振频率的改变。对高粘度，不透光的复杂样本检测性能优于现有的光学检测手段。但压电薄膜传感器直接用于血清或全血等复杂样品检测时，样品体系中大量的其他蛋白和可溶性成分会造成很大的背景干扰。常规解决方案在传感器表面沉积蛋白A、链霉亲和素和生物素等亲和性蛋白，以此提高特异性抗体或生物分子的结合效率。但这些蛋白的涂布对传感器表面是一种均一化的改性修饰，且涂层的厚度通常达到几百纳米以上，增加了薄膜自身的质量，削弱了器件的灵敏度和特异性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，以解决现有技术压电薄膜传感器沉积蛋白存在的质量增加、削弱器件灵敏度和特异性的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域沉积条带状金属图形，构成图形化修饰区域，在金属图形上沉积条带状结构的自组装单分子薄膜层，在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用疏水化试剂处理。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：所述金属图形通过溅射或蒸发沉积在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域，金属图形的线宽d等于叉指换能器的电极宽度，金属图形的条形间距为驻波波长λ的1/n，n可取1,2,3……。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：所述金属图形沉积在压电薄膜传感器正面或者背面，且位于压电薄膜的激励电极和接收电极之间波形传播的波峰或波谷区域，条带状金属图形呈周期状条纹分布。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：所述自组装单分子薄膜层为纳米级厚度，可由胱胺或者链烃硫醇等一端含巯基基团的分子在金属层表面自组装而成，薄膜末端氨基或羧基活化后与末端具有氨基的生物分子结合。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：优选以一定比例混合、主碳链长度不同掺杂的烷烃硫醇分子在金属图形化学沉积构成具有一定粗糙度的自组装单分子薄膜层，活化后与抗体或抗原、多肽、适配体或核酸生物分子结合，捕获目标抗原或分子特异性检测。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：自组装单分子薄膜层可结合的生物分子包括带游离氨基或羧基的多肽、抗原或半抗原、抗体、适配体以及寡聚核苷酸。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用含甲基，羧基，甲氧基，卤素的硅烷或硅氧烷分子进行疏水处理，以此降低血清中其余蛋白及分子的吸附。所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：图形化修饰后的压电薄膜传感器适用于复杂生物样品中特定生物组分的定量检测。本专利技术使用简单化学沉积方法在压电薄膜传感器表面实现同一平面材料上对生物分子图形化排布在声波传播波峰（波谷）。利用纳米级厚度自组装单分子层修饰，增加表面粗糙度，提高传感器敏感区单位面积分子的捕获量。同时，在非波峰（波谷）区域进行疏水化修饰，减少样本中其他分子的非特异性吸附，以此增强薄膜传感器的性能，实现对复杂样本中生物分子的定量检测。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)以化学沉积方法在同一平面压电材料上实现对生物分子具有不同亲和力的图形化区域性生化物质涂布。(2)纳米级厚度的自组装单分子层质量更低，均一性良好，降低对压电传感器的影响，并增强传感器表面的分子结合能力。(3)以一定比例配比的两种不同长度的直链烷烃硫醇与波峰（波谷）区域进行自组装，在压电薄膜器件形成有一定粗糙度的自组装单分子层。该结构充分利用空间排布，降低抗体结合的空间位阻，暴露更多抗体结合位点，增加抗体等生物分子的结合效率。(4)非波峰（波谷）区域采用进行疏水化处理，降低体系中非特异性吸附，以此提高压电薄膜的特异性。(5)促进分子集中图形化排布在传感器振幅最大位置，将质量的增加集中在波峰（波谷）区域，增加单位面积内质量的增加，增强压电薄膜的灵敏度。(6)易于与微磁珠结合进行检测前分选，缩减反应步骤，能够实现高灵敏度、多通道、高通量的快速自动化生物分子定量检测。附图说明图1为本专利技术压电薄膜传感器振动的波形图。图2为本专利技术压电薄膜传感器整体结构侧视图，其中：图2a为整体结构侧视图。图2b为金属图形部分放大示意图。图3为本专利技术压电薄膜传感器自组装单分子薄膜层结构仰视图。具体实施方式一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域沉积条带状金属图形，构成图形化修饰区域，在金属图形上沉积条带状结构的自组装单分子薄膜层，在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用疏水化试剂处理。金属图形通过溅射或蒸发沉积在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域，金属图形的线宽d等于叉指换能器的电极宽度，金属图形的条形间距为驻波波长λ的1/n，n可取1,2,3……。金属图形沉积在压电薄膜传感器正面或者背面，且位于压电薄膜的激励电极和接收电极之间波形传播的波峰或波谷区域，条带状金属图形呈周期状条纹分布。自组装单分子薄膜层为纳米级厚度，自组装单分子薄膜层通过单分子层末端基团与生物分子结合。自组装单分子薄膜层可由胱胺或者链烃硫醇等一端含巯基的分子在金表面自组装构成。薄膜层末端氨基或羧基经活化后与生物分子末端氨基基团结合。（氨基经戊二醛交联后水解与生物分子的氨基结合；羧基经N-hydroxysuccinimide(NHS)的活化下与1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl)carbodiimide(EDC)结合，然后与生物分子末端的氨基结合）。优选一定比例混合、主碳链长度不同掺杂的烷烃硫醇分子在金属图形化学沉积构成具有一定粗糙度的自组装单分子薄膜层，活化后与抗体或抗原、多肽、适配体或核酸生物分子结合，捕获目标抗原或分子特异性检测。自组装单分子薄膜层可结合的生物分子包括带游离氨基或羧基的多肽、抗原或半抗原、抗体、适配体以及寡聚核苷酸。在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用含甲基，羧基，甲氧基，卤素的硅烷或硅氧烷分子进行疏水处理，以此降低血清中其余蛋白及分子的吸附。图形化修饰后的压电薄膜传感器适用于复杂生物样品中特定生物组分的定量检测。本专利技术原理：一定长度且两端固定的压电薄膜器件，由IDT（interdigitaltransducer）叉指电极激励产生的声波，与另一端反射回的声波形成驻波。选择适当长度的薄膜、叉指电极间距d以及交流激励源的周期T，可以获得固定波峰（波谷）位置的振动模式，如图1所示。00指示的实线及虚线波形为叉指电极激励下压电薄膜振动的波形的两个瞬时状态，其中01为波峰（波谷）位置，即振幅最大的位点；02为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域沉积条带状金属图形，构成图形化修饰区域，在金属图形上沉积条带状结构的自组装单分子薄膜层，在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用疏水化试剂处理。

【技术特征摘要】
1.一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域沉积条带状金属图形，构成图形化修饰区域，在金属图形上沉积条带状结构的自组装单分子薄膜层，在压电薄膜传感器波形传播的非波峰或非波谷区域采用疏水化试剂处理；所述金属图形通过溅射或蒸发沉积在压电薄膜传感器波形传播的波峰或波谷区域，金属图形的线宽d等于叉指换能器的电极宽度，金属图形的条形间距为驻波波长λ的1/n，n可取1,2,3……；所述金属图形沉积在压电薄膜传感器正面或者背面，且位于压电薄膜的激励电极和接收电极之间波形传播的波峰或波谷区域，条带状金属图形呈周期状条纹分布。2.根据权利要求1所述的一种增强压电薄膜传感器性能的图形化修饰方法，其特征在于：所述自组装单分子薄膜层为纳米级厚度，可由胱胺或者链烃硫醇一端含巯基基团的分子在金属层表面自组装而成，薄膜末端氨基或羧基活化后与末端具有氨基的生物分子结合。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张威，周连群，吴一辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32