[发明专利]一种可捕获分子靶标感知触角的制造及位姿操控方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造靶标捕获技术领域，具体涉及一种可捕获分子靶标感知触角的制造及位姿操控方法。

背景技术

现代科学技术的发展，使得人类在实现基本物质需求的基础上，日趋关注生存环境、生命健康与生态恢复及保持，如，环境污染、食品安全、临床疾病快速诊断、雾霾成因及对人体侵入等。以空气、水质等载体中微量(ppm量级或更低浓度)、细小(微米/纳米量级)粒子(病原、抗原分子、重金属离子、食品添加剂等)为靶标的超高灵敏度捕获/感知，如，饮用水中隐孢子虫的检测(10个卵囊即可致病，饮用水质要求其浓度小于1个/10L)等，已经被美国国家食品安全局(FSIS)、美国环境保护局(EPA)、欧洲食品安全局(EFSA)等机构视为等同于反恐及威胁人类安全的关键问题之一，亦是当今学界和产业界所追逐的前沿热点。

在生物、病例检测及临床诊断中，靶标通常为分子量级，如，微量DNA检测、前列腺特异抗原PSA检测、高精度炭疽孢子抗原的检测等，从极少量靶标载体样本中(如，血液、病人呼出的气、脑脊液等)快速提取目标病理成分，实现特异性抗原的检测、识别、及定量评定，被视为下一代生物分子学、片级病理分析、测试及诊断方法的基础。对分子级靶标的超高灵敏度感知及捕获，是当前国际上学术和产业界共同关注和聚焦的热点问题。

靶标捕获/感知传感器，其灵敏度依赖于靶标分子与功能材料的接触及碰撞几率。纵观传感器的研究发展，历经了薄膜传感器、表面织构化薄膜传感器、功能材料纳米结构化传感器等三个阶段，体现了对功能材料结构优化及提高微观有效比表面积以实现更高灵敏度的不懈追求。以具有更大比表面积的纳米结构(如，纳米管、纳米柱等)替代纳米织构化薄膜结构，能够大幅度提高功能材料有效比表面积，将传感器的灵敏度提升至ppm量级(10e-6量级)，是近年来学术界对靶标捕获/感知传感器的研究重点及热点。功能材料的纳观结构形貌可分为纳米纤维织构化结构与直立纳米柱结构。相对于纳米纤维织构化结构而言，直立纳米柱结构具有三维空间结构特征，具有更大比表面积，因而更易捕获/感知靶标分子。针对传感器功能材料，构建大长径比直立纳米柱阵列结构，是大幅度提高传感器感知灵敏度的有效途径。

现阶段，相关此类传感器结构的研究报道中，功能材料物理结构在靶标探测过程中始终处于静止状态，静态被动等待与靶标分子的碰撞，以完成靶标的捕获与感知。其与靶标分子碰撞几率取决于功能材料物理结构的有效空间及待检靶标分子的运动方式(如布朗运动、动态剪切流等)。要进一步将传感器感知灵敏度提升至ppb量级(10e-9量级)，实现分子级靶标捕获，必须不断提高功能材料纳米柱长径比，必然面临功能结构的材料和成型等制造技术难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可捕获分子靶标感知触角的制造及位姿操控方法，实现了对分子级靶标进行主动式捕获，极大提高了分子级靶标捕获/感知的灵敏度。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种可捕获分子靶标感知触角的制造及位姿操控方法，包括以下步骤：

1)制造硅基微米级孔阵列模具：首先准备清洗干净的硅基，然后通过光刻及干法刻蚀工艺制造硅基微米级孔阵列模具；

2)制造PDMS/功能纳米粒子复合材料的微米尺度纤维：在PDMS中掺杂100～500纳米的功能纳米粒子，通过乳化机搅拌均匀，浇注到硅基微米级孔阵列模具中，在抽真空环境中，使PDMS/功能纳米粒子复合材料能够完全填充到硅基微米级孔阵列模具中，通过加热固化脱模得到PDMS/功能纳米粒子复合材料的微米尺度纤维；

3)表面修饰PDMS/功能纳米粒子复合材料的微米尺度纤维制备微纳米感知触角：先在PDMS/功能纳米粒子复合材料的微米尺度纤维表面制备一层过渡层材料，然后通过表面修饰，使PDMS/功能纳米粒子复合材料的微米尺度纤维过渡层材料表面获取利于与靶标分子粘附结合的特异性修饰活性分子；

4)通过外场操控微纳米感知触角定向/定域位姿实现微纳米感知触角对分子级靶标的主动搜寻/捕获：在外场控制装置的作用下，通过控制外场控制装置的强度、方向，实现微纳米感知触角姿态的动态控制，使其能够对环境中分子级靶标进行主动式搜寻/捕获。

所述的步骤1)中硅基微米级孔阵列模具孔直径为2-15μm、深度为20-150μm、中心距为20-140μm。