[发明专利]一种制备二氧化钛凝胶膜的气相沉积方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种在载体上固定生物活性物质的方法，特别是一种制备二氧化钛凝胶膜的气相沉积方法。

二、背景技术

生物传感器是人们最感兴趣的前沿研究课题之一。由于生物活性物质具有高选择性的分子识别功能，它常被用于生物传感器的制备。生物传感器的制备与应用研究中最重要的技术是生物识别分子在载体表面的固定，这种固定化过程必须保持生物识别分子的活性，从而可选择性地识别某些底物或生物组分，并将识别结果转化为可测量的信号，对底物或生物组分的含量进行测定。

载体表面生物活性物质固定的常用方法有：

(1)吸附法：物理吸附是一种较为简单的固定化技术，生物活性物质以静电引力吸附在载体表面。物理吸附比较简单，同其它化学方法相比，对生物活性的影响较小，但所固定的分子容易从载体表面脱落，寿命也较短。

(2)共价键合法：通过共价键将生物活性物质与载体表面上的基团键合而将它们固定在载体表面。表面上的共价键合较吸附困难，生物物质的活性易受影响，在使用过程中易失去活性。在载体表面共价键合生物分子时，需考虑很多因素，操作步骤也较多，常包括载体基底表面的活化，生物分子的偶联等。

(3)交联法：通过双功能团试剂在生物活性物质分子之间、分子与基底之间交联形成网状结构而使其固定于载体表面。这种方法的局限性是膜的形成条件不易确定，须仔细地控制pH、离子强度、温度及反应时间。交联膜的厚度及双功能团试剂的含量对传感器的响应具有重要的影响。

(4)包埋法：应用高分子聚合物包埋生物活性物质的固定化技术已被广泛使用，它可将生物分子通过高分子聚合物的三维空间网状结构固定在载体表面。该技术可采用温和的实验条件，大多数生物活性物质可很容易掺入聚合物膜中，膜的孔径和几何形状也可控制。但它也有一定的局限性，如必须控制很多实验因素，聚合物形成过程中产生的自由基与聚合物的空间结构会影响生物分子的活性等。

利用溶胶/凝胶多孔玻璃代替高分子聚合物膜进行生物分子如酶、蛋白质、抗原抗体、DNA以及细胞甚至是生物组织等的固定是近年来发展起来的方法。溶胶/凝胶玻璃材料具有十分诱人的特性：制备方法简单，具有孔径可调的多孔结构，能在较低的温度下包埋生物活性分子，从而保持生物分子的自身结构、活性和功能，而且识别对象可通过凝胶玻璃的孔道与其接触，产生识别信号。溶胶/凝胶本身也具有化学惰性、低溶胀性和良好的机械稳定性。

溶胶/凝胶过程包括溶胶的形成(Sol)、溶胶凝胶化为湿凝胶(Gel)和湿凝胶的干燥和老化等几个步骤：

(1)水解、缩合形成溶胶：目前报道的方法大都采用低分子量的硅烷氧基化合物作为前驱体在强酸催化下和水反应形成溶胶。由于硅氧烷和水不互溶，通常加入相应的醇作为共溶剂。水解产物经缩合后得到稳定的溶胶。

(2)凝胶化：水解产生的胶体粒子由于其表面负电荷间的排斥作用而稳定存在。但随着水解和聚合的进行，水被消耗，溶剂蒸发，胶粒浓度随之增大，减弱了这种稳定作用从而发生凝胶化。

(3)干燥和老化：在凝胶化的最后阶段，随着水和溶剂的挥发，毛细管力使凝胶网络聚集而发生收缩。此时往往会发生凝胶的干裂。有人建议在Sol-Gel过程中加入一些表面活性剂以防止这种现象的发生。

溶胶/凝胶生物传感器制备的常见方法是将生物活性物质分散于溶胶后，滴涂或蘸涂到平面基体载体的表面，而后溶胶在载体表面在适当的温度下胶凝化，从而使生物活性物质固定在载体表面。由于硅溶胶需要在强酸催化的条件下制备，而酸度过高会使生物物质的活性降低甚至失去其活性。在传感器的制作过程中，滴涂在载体表面的硅溶胶在胶凝成膜时易发生开裂，使膜从载体表面脱落而不能有效地进行生物活性物质的固定。为了防止膜的开裂和脱落，通常在水解缩合形成溶胶的过程中预先加入表面活性干燥控制剂以控制溶胶中水分挥发的速度，防止形成的凝胶膜开裂。但表面活性干燥控制剂都是有机化合物，会不同程度地影响生物活性物质的活性，最终影响生物传感器的性能。

三、发明内容

1、发明目的：本发明的目的是提供一种用气相沉积方法在载体表面形成二氧化钛溶胶/凝胶膜的方法，使之用于生物活性物质的固定，从而开发了一种新型的生物传感器。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述的一种制备二氧化钛凝胶膜的气相沉积方法，是将钛溶胶的胶凝化过程用于生物活性物质在载体表面的包埋，构造新型仿生催化界面(生物功能膜)和生物传感器。具体步骤是：