[发明专利]一种基于纳米粒子组装体的生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于纳米粒子组装体的生物传感器。 

背景技术

纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度(1-100纳米)范围内的材料或由它们作为基本单元组装而成的结构材料。纳米材料表现出许多既不同于微观粒子又不同于宏观物体的特性，比如比表面积大、表面反应活性高、表面原子配位不全等导致表面的活性位点增加、催化效率高、吸附能力强等特点。目前，基于纳米材料的生物传感器主要有纳米粒子生物传感器、纳米棒或纳米线生物传感器、碳纳米材料生物传感器、片状或层状纳米材料生物传感器。其中，基于纳米粒子的生物传感器制作方法中，主要采用二氧化钛、金、银、铂、钯和二氧化硅等纳米粒子与生物酶分子混合，然后将得到的溶液滴加或旋涂在电化学电极上，制成酶电极，也就是一种电化学生物传感器。然而，这种传感器仅仅利用了单个纳米粒子的纳米效应，其应用范围有限。 

纳米粒子的特定组装体相对于单个纳米粒子来说具有独特的电子、化学和光学特性。纳米粒子可以组装成一维链状、二维平面、三维立体结构。纳米粒子一维组装体的特性最为特殊，比如纳米粒子的一维组装体具有非线性电子传输特性，在电子学器件的微型化设计中，可用于纳米电路中的导线和电子学传感器；一维组装体中金属纳米粒子之间的局域等离子体共振耦合可以使光波在一维组装体中传播数百个纳米，可以制造基于等离子体的光波导及传感器件。其中，组装体中纳米粒子之间的间距及组装体形貌对其光电特性具有调节作用。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于纳米粒子组装体的生物传感器。 

本发明是通过以下技术方案来实现： 

一种基于纳米粒子组装体的生物传感器，包括基底、设置在基底上表面的纳米粒子组装体、以及检测传感器。 

作为一种方式，所述检测传感器为光波导生物传感器。 

作为另一种方式，所述检测传感器为电子学生物传感器，所述基底上表面两端分别设置有接触电极，所述纳米粒子组装体设置在接触电极之间，所述电子学生物传感器通过导线与接触电极连接。 

一种基于纳米粒子组装体的生物传感器用纳米粒子组装体固定方法，依次包括以下步骤： 

1)通过化学合成方法所制备的纳米粒子表面通常带有正电荷或负电荷，或者对某些合成后不带电荷的纳米粒子进行相应的化学修饰使其带正电荷或负电荷，形成纳米粒子溶液； 

2)将纳米粒子溶液中的纳米粒子固定在基底上表面形成纳米粒子组装体。 

用于电子学生物传感器，还需要以下步骤： 

3)电极制作：在带有纳米粒子组装体的基底上表面旋涂一层厚度为200纳米的PMMA胶层，经过电子束光刻、显影、干燥、沉积5nmTi/50nm Au、lift-off工艺后，在纳米粒子组装体的两端形成接触电极。 

进一步，步骤1)为在回流搅拌下将100mL 1％(w/v)的四水合氯金酸溶液加热至沸腾，然后将4mL 1％(w/v)的柠檬酸三钠溶液迅速加入到氯金酸溶液中，反应溶液颜色变化依次为：淡黄色、无色、黑色、酒红色。溶液保持沸腾15分钟后，关闭热源，自然冷却至室温。 

进一步，步骤2)为带电荷的纳米粒子在水溶液中通过静电吸附力固定在带相反电荷的基底上，形成纳米粒子组装体。 

进一步，在1mL纳米粒子溶液中加入10μL的10mM～1M的十六烷基三甲基溴化铵溶液，CTAB分子将诱导纳米粒子形成一维链状组装体，然后，将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的石英基底浸入到上述溶液中，反应1～6小时后，在石英表面形成纳米粒子组装体。 

进一步，步骤2)为利用纳米加工方法，在基底上制作纳米沟槽结构，然后带电荷的纳米粒子在水溶液中通过静电吸附力或者电场诱导将纳米粒子组装到这些纳米沟槽中，形成纳米粒子组装体。 

进一步，在APTES修饰的基底上旋涂一层厚度为50纳米的PMMA胶层，经过电子束光刻、显影、干燥后，在PMMA胶层上形成纳米沟槽结构，然后，将纳米模板浸入纳米粒子溶液中，反应1～12小时后，再放入丙酮中反应20分钟，在纳米沟槽内面形成纳米粒子组装体。 

本发明的有益效果是：纳米粒子一维组装体具有特殊的电子学和光学特性，以纳米粒子组装体为核心元件构造的生物传感器将是一种新型的传感器件，其结构的特殊性则决定了其独有的传感机理和器件性能，为生物传感领域提供了一种新型的传感器件。 

附图说明

图1为本发明的一种实施方式结构示意图。 

图2为本发明的另一种实施方式结构示意图。