[发明专利]一种蛋白质传感膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

 本发明涉及一种基于自组装纳米银粒子的蛋白质传感膜及其制备方法和用途。

背景技术

传感技术作为现代信息技术的三大支柱之一，在国家安全、科学试验、环境监测及医疗卫生等方面发挥着重要作用。生物传感技术是传感技术的一个重要分支，它与生物信息学、仿生学、生物计算机等学科一起，处在生命科学和信息科学的交叉领域。生物传感技术的研究重点是将生物活性材料与传感器有机结合，成为新型分析仪器和检测技术的重点发展领域。

传统的生物传感技术通常需要标记、灵敏度低、过程繁琐、效率低，其中大部分的工作量用于标记，使用放射性同位素、荧光基团做标示物，安全性和稳定性差，不能满足快速、灵敏、低污染的需求，迫切需要新型的高灵敏度、高效、方便、经济的生化分子检测方法和技术。因此，近年来椭圆偏振光、石英晶振微天平、表面等离子共振技术等无标记传感技术得到迅速发展。

金、银等金属纳米粒子具有高度活跃的外层电子，当光波辐射到粒径远小于其激发波长的金属纳米粒子时，产生的表面等离子体波被限域在纳米结构的附近，当入射光频率与自由电子集体震荡频率相当时则产生共振。当金属粒子与荧光体间距离在一定范围内时，金属粒子会使荧光体的辐射衰减速率增加或发生共振能量转移，使荧光体的荧光强度增强，大大提高了对目标物检测的灵敏度。以其方便快捷、灵敏度高等多项特点，深受研究人员的青睐。目前的研究大多将蛋白质等荧光生物大分子直接附着在金属粒子层表面，存在金属粒子裸露于空气中、且生物大分子与金属粒子之间距离不可调等问题，导致许多技术问题还没有解决，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蛋白质传感膜及其制备方法和用途。主要技术方案是在纳米银粒子层上覆盖一层无荧光基团的隔离层，通过纳米银的局域表面等离子体共振效应，利用隔离层吸附蛋白质，通过蛋白质等荧光物质的荧光光谱增强实现这些蛋白质的快速、灵敏检测。

本发明提供的一种蛋白质传感膜，其由三层结构组成：底层是基片，中间层是纳米银粒子层，上层是无荧光基团的聚合物薄膜，所述基片为玻璃片或石英片。

本发明还提供一种所述的蛋白质传感膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将纳米银前驱体、还原剂分别溶于蒸馏水，得到纳米银前驱体溶液和还原剂溶液；将纳米银前驱体溶液加热煮沸一段时间，然后边搅拌，边向其中滴加入还原剂溶液，继续加热一段时间后停止加热，冰水浴降至室温，离心除去上层清液，得到纳米银溶胶；

（2）将偶联剂溶于甲醇形成偶联剂溶液，将干净的基片通过等离子表面处理30min，然后常温下置于偶联剂溶液中浸泡一段时间，使基片表面硅烷化，自然风干后得到硅烷化基片；

（3）将步骤（2）中得到的硅烷化基片浸泡在步骤（1）得到的纳米银溶胶中一段时间，然后取出，真空干燥后在硅烷化基片表面形成纳米银粒子层，得到纳米银基片；

（4）将无荧光基团的聚合物溶解于有机溶剂得到旋涂液，进而采用旋涂法在步骤（3）得到的纳米银基片上制备聚合物薄膜，自然风干后即得到蛋白质传感膜。

步骤（1）中所述纳米银前驱体为硝酸银、醋酸银中的一种，前驱体溶液中，前驱体与蒸馏水的质量比为0.1~0.5：500；前驱体溶液加热煮沸温度为120℃～140℃，加热煮沸时间为0.5~1h；所述还原剂为柠檬酸钠，还原剂溶液中，还原剂与蒸馏水的质量比为1~10：500，向前驱体溶液滴加入还原剂溶液后保持温度不变，继续加热时间为5~20min；前驱体溶液与还原剂溶液体积比1:1。

步骤（2）中所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种，偶联剂与甲醇的质量比为1～2：100；基片为玻璃片或石英片，基片在偶联剂溶液中浸泡时间为0.5~2h。

步骤（3）中所述的浸泡时间为0.5~1h。

步骤（4）旋涂液中，无荧光基团聚合物与有机溶剂的质量比为0.01~0.2：1000，所述无荧光基团聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇中的一种，聚甲基丙烯酸甲酯数均分子量为1.0×10⁵~1.6×10⁵，聚乙烯醇平均聚合度为1600~3000，醇解度≥98%，有机溶剂为四氢呋喃、乙醇中的一种；旋涂法制备聚合物薄膜的转速为1000~3000rpm，时间为20~60s。

本发明还提供一种蛋白质传感膜的用途，应用于具有荧光特性蛋白质的快速检测，具体是应用于骨形态发生蛋白或牛血清蛋白的快速检测。

本发明的有益效果：