[发明专利]基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明属于一维纳米结构的荧光传感器，特别涉及基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器和应用，以及该基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器的制备方法。

背景技术

细胞器内pH值的异常是导致细胞功能紊乱的一个重要因素。异常的pH值很可能导致细胞一系列异常的细胞行为，例如细胞生长、细胞分化和细胞凋亡，并且这些现象已经在一些常见的疾病如癌症和阿耳茨海默氏病中被发现。生理学和病理学中的很多过程都会影响细胞内和细胞外的pH，实现活细胞pH的实时、原位检测对细胞分析、细胞诊断及研究单个器官的生理和病理过程具有非常重要的作用。因此，发展能够应用于该技术的芯片对进一步深入了解pH在生理活动中的作用具有非常重大的意义。

然而目前能够实现实时、原位监测细胞内、外pH的相关技术还很有限。而纳米结构由于其自身的优点，在微型芯片的制造中展示了卓越的优势，其中硅纳米线有序阵列具有易于合成、稳定性好、易于表面修饰、无毒性以及生物兼容性等诸多优点，更重要的是硅纳米线有序阵列中的硅纳米线的尖端与细胞表面的微结构能够产生很好的相互作用，从而增强细胞在硅纳米线有序阵列表面的粘附性，促进细胞在其表面生长，因此硅纳米线有序阵列已经被成功的应用于特定细胞的捕获与释放中。荧光法由于具有可实现无接触的传感和成像，并且对环境的抗干扰能力强，可以在强的电磁场中进行操作等优点，近年来被广泛的应用于传感器的构筑中。2011年Ruoxue Yan（NNANO.2011.226）等人将荧光素的一种衍生物修饰到具有光波导的单根纳米线上，再将纳米线和光纤连接，得到了对pH值具有荧光响应的传感器，并采用微液滴来模拟细胞内环境，对具有不同pH值的微液滴进行了检测。然而该法需要高的操作技术以及复杂的仪器设备。本发明中，通过一种简便的方法将氨基荧光素用化学键连接在硅纳米线有序阵列的表面，得到了对pH具有荧光响应的基于硅纳米线有序阵列的荧光传感器，该传感器不仅能够应用于溶液中pH值的检测，并能进一步实现活细胞外pH值实时、在线的监测。

发明内容

本发明的目的之一是提供对pH具有选择性荧光响应的基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器。

本发明的目的之二是提供基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器的制备方法。

本发明的目的之三是提供基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器在细胞检测方面的应用。

本发明的对pH具有选择性荧光响应的基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器，是将基于化学刻蚀方法制备得到的经过表面清洗处理的硅纳米线有序阵列与戊二醛反应得到的表面修饰有醛基的硅纳米线有序阵列（硅纳米线有序阵列上的硅氢键与戊二醛反应），和有机小分子物质氨基荧光素反应，以对其表面进行共价键修饰，将得到的硅纳米线有序阵列进一步与醋酸硼氢化钠反应，从而得到表面修饰有作为对pH具有选择性荧光响应的氨基荧光素的基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器。

所述的硅纳米线有序阵列是由化学刻蚀法所得到的不同尺寸的硅纳米线有序阵列。

所述的化学刻蚀法制备得到的硅纳米线有序阵列中的硅纳米线的直径为100～300nm，长度为5～35μm。

本发明的对pH具有选择性荧光响应的基于硅纳米线有序阵列的pH荧光传感器的制备方法包括以下步骤：

1）室温下，将由化学刻蚀法制备得到的硅纳米线有序阵列浸泡在质量浓度为0.5～10%的氢氟酸水溶液中（一般浸泡的时间为10～70分钟），得到表面具有Si-H键的硅纳米线有序阵列；

2）将步骤1）得到的表面具有Si-H键的硅纳米线有序阵列，立即放入质量浓度为5～50%的戊二醛水溶液中，于室温下浸泡（一般浸泡的时间为0.5～5小时）后，将硅纳米线有序阵列取出并在有机溶剂或水中进行超声清洗，得到表面修饰有醛基的硅纳米线有序阵列；

3）将步骤2）得到的表面修饰有醛基的硅纳米线有序阵列浸入到含0.1～100mmol/L的氨基荧光素溶液中，室温反应0.5～8小时后，将得到的硅纳米线有序阵列在有机溶剂中或水中进行超声清洗，除去未反应的氨基荧光素；再将得到的硅纳米线有序阵列置于浓度为0.01～0.08mol/L的醋酸硼氢化钠的乙醇溶液或醋酸硼氢化钠的丙酮溶液中，在温度为20～75℃下加热反应0.5～5小时，然后用有机溶剂超声清洗除去未反应的醋酸硼氢化钠；真空干燥后，得到在硅纳米线有序阵列的表面修饰有作为对pH具有选择性荧光响应的氨基荧光素。