[发明专利]带有纳米点阵列的叉指电极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物分析检测技术领域，尤其涉及一种可用于生物化学物质检测的叉指电极及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的不断提高，人们对食品安全领域愈加关注，三聚氰胺、瘦肉精、地沟油、瓜果蔬菜的农药残留等食品安全问题也备受瞩目，急需对自身饮食安全进行准确的判别，这就需要一种快速有效的生物化学物质检测手段。此外，在医疗领域中，癌症等疾病的早期诊断、传染病菌的隔离检测；在环境监测领域，江河湖泊的水体污染、生产生活污水的排放监测；在军事反恐领域，对生化战剂的预警防护，对生化恐怖袭击的早期监控，都需要对这些生物化学物质实现超低浓度、快速即时、高稳定性、高准确性和大规模的检测。因此，低浓度生物化学物质的检测和分析在食品安全、临床医学、环境检测、军事反恐等诸多领域具有重要意义。

目前，生物化学物质检测用的叉指电极主要采用湖南大学在“一种酶催化电导免疫传感器及其检测食源性病原体的方法”（参见CN101275950A号中国专利文献）和 “一种酶催化电导免疫传感器及其检测化学残留与毒素的方法”（参见CN101275946A号中国专利文献）中提出的叉指电极结构。这些叉指电极可用作生物传感器，通过在电极间固定生物化学物质，从而在叉指电极间生成银沉淀，再通过叉指电极间电导的变化来实现对生物化学物质的检测。然而，这些叉指电极结构都是采用常规的光刻印刷法制造，电极间隙难以做到很小的尺寸，叉指电极生物传感器的检测灵敏度不够高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通用性强、适应性广且具有纳米尺度间隙的可用于检测生物化学物质的带有纳米点阵列的叉指电极，还相应提供一种兼容性好、效率高、成本低的带有纳米点阵列的叉指电极的制备方法，还相应提供一种灵敏度更高、检测效果更好的带有纳米点阵列的叉指电极的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种带有纳米点阵列的叉指电极，所述叉指电极是以金属叉指电极阵列为本体，所述金属叉指电极阵列的间隙中植入有金属纳米点结构阵列。

上述的带有纳米点阵列的叉指电极，优选的，所述金属叉指电极阵列的间隙优选为微米级，所述金属纳米点结构阵列均匀分布于所述金属叉指电极阵列的间隙中。

上述的带有纳米点阵列的叉指电极，优选的，所述金属叉指电极阵列与金属纳米点结构阵列之间、以及金属纳米点结构阵列之间形成有多个圆柱形空腔组成的圆柱形间隔阵列。

上述的带有纳米点阵列的叉指电极，优选的，所述金属叉指电极阵列的间隙距离a为1μm～100μm，所述金属纳米点结构阵列的阵列单元间隙b为10nm～200nm，所述圆柱形空腔的底面直径d为100nm～1000nm。

上述的带有纳米点阵列的叉指电极，优选的，所述金属叉指电极阵列和金属纳米点结构阵列均优选为铬-金复合膜层结构，且铬-金复合膜层结构的外层为金膜，内层为与载体进行过渡连接的铬膜。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种带有纳米点阵列的叉指电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：配制聚苯乙烯纳米球悬浮液，将所述聚苯乙烯纳米球悬浮液旋涂于一玻璃片表面，在玻璃片表面形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列；优选的，所述聚苯乙烯纳米球的平均粒径范围为100nm～500nm，单分散性小于5%；所述聚苯乙烯纳米球悬浮液的溶剂优选为乙醇或/和去离子水；配制悬浮液时，所述聚苯乙烯纳米球与所述溶剂的体积比优选为0.05～0.4；所述旋涂时的转速优选为1500rpm～6000rpm，旋转时间为1min～20min；

（2）制备金属纳米点阵列：在所述单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列上沉积金属膜，金属膜的沉积厚度低于所述聚苯乙烯纳米球高度的1/2，然后去除（用胶带粘除）玻璃片表面的聚苯乙烯纳米球，在玻璃片表面得到金属纳米点阵列；

（3）制备叉指电极阵列：在所述金属纳米点阵列上沉积金属膜，然后利用光刻工艺在金属膜表面上形成光刻胶勾勒的电极图案，再湿法腐蚀未受光刻胶保护的本步骤沉积的金属，直至上述制备的金属纳米点阵列重新暴露，最后去除表面的光刻胶，制备得到带有纳米点阵列的叉指电极。