[發明專利]一種制備二氧化鈦凝膠膜的氣相沉積方法

無效

• 申請號: 01138059.4
• 申請日: 2001-12-30
• 公開（公告）號: CN1381609A
• 公開（公告）日: 2002-11-27
• 發明（設計）人: 鞠熀先;喻玖宏
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C04B35/624
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 柏尚春

一、技術領域

本發明涉及一種在載體上固定生物活性物質的方法，特別是一種制備二氧化鈦凝膠膜的氣相沉積方法。

二、背景技術

生物傳感器是人們最感興趣的前沿研究課題之一。由于生物活性物質具有高選擇性的分子識別功能，它常被用于生物傳感器的制備。生物傳感器的制備與應用研究中最重要的技術是生物識別分子在載體表面的固定，這種固定化過程必須保持生物識別分子的活性，從而可選擇性地識別某些底物或生物組分，并將識別結果轉化為可測量的信號，對底物或生物組分的含量進行測定。

載體表面生物活性物質固定的常用方法有：

(1)吸附法：物理吸附是一種較為簡單的固定化技術，生物活性物質以靜電引力吸附在載體表面。物理吸附比較簡單，同其它化學方法相比，對生物活性的影響較小，但所固定的分子容易從載體表面脫落，壽命也較短。

(2)共價鍵合法：通過共價鍵將生物活性物質與載體表面上的基團鍵合而將它們固定在載體表面。表面上的共價鍵合較吸附困難，生物物質的活性易受影響，在使用過程中易失去活性。在載體表面共價鍵合生物分子時，需考慮很多因素，操作步驟也較多，常包括載體基底表面的活化，生物分子的偶聯等。

(3)交聯法：通過雙功能團試劑在生物活性物質分子之間、分子與基底之間交聯形成網狀結構而使其固定于載體表面。這種方法的局限性是膜的形成條件不易確定，須仔細地控制pH、離子強度、溫度及反應時間。交聯膜的厚度及雙功能團試劑的含量對傳感器的響應具有重要的影響。

(4)包埋法：應用高分子聚合物包埋生物活性物質的固定化技術已被廣泛使用，它可將生物分子通過高分子聚合物的三維空間網狀結構固定在載體表面。該技術可采用溫和的實驗條件，大多數生物活性物質可很容易摻入聚合物膜中，膜的孔徑和幾何形狀也可控制。但它也有一定的局限性，如必須控制很多實驗因素，聚合物形成過程中產生的自由基與聚合物的空間結構會影響生物分子的活性等。

利用溶膠/凝膠多孔玻璃代替高分子聚合物膜進行生物分子如酶、蛋白質、抗原抗體、DNA以及細胞甚至是生物組織等的固定是近年來發展起來的方法。溶膠/凝膠玻璃材料具有十分誘人的特性：制備方法簡單，具有孔徑可調的多孔結構，能在較低的溫度下包埋生物活性分子，從而保持生物分子的自身結構、活性和功能，而且識別對象可通過凝膠玻璃的孔道與其接觸，產生識別信號。溶膠/凝膠本身也具有化學惰性、低溶脹性和良好的機械穩定性。

溶膠/凝膠過程包括溶膠的形成(Sol)、溶膠凝膠化為濕凝膠(Gel)和濕凝膠的干燥和老化等幾個步驟：

(1)水解、縮合形成溶膠：目前報道的方法大都采用低分子量的硅烷氧基化合物作為前驅體在強酸催化下和水反應形成溶膠。由于硅氧烷和水不互溶，通常加入相應的醇作為共溶劑。水解產物經縮合后得到穩定的溶膠。

(2)凝膠化：水解產生的膠體粒子由于其表面負電荷間的排斥作用而穩定存在。但隨著水解和聚合的進行，水被消耗，溶劑蒸發，膠粒濃度隨之增大，減弱了這種穩定作用從而發生凝膠化。

(3)干燥和老化：在凝膠化的最后階段，隨著水和溶劑的揮發，毛細管力使凝膠網絡聚集而發生收縮。此時往往會發生凝膠的干裂。有人建議在Sol-Gel過程中加入一些表面活性劑以防止這種現象的發生。

溶膠/凝膠生物傳感器制備的常見方法是將生物活性物質分散于溶膠后，滴涂或蘸涂到平面基體載體的表面，而后溶膠在載體表面在適當的溫度下膠凝化，從而使生物活性物質固定在載體表面。由于硅溶膠需要在強酸催化的條件下制備，而酸度過高會使生物物質的活性降低甚至失去其活性。在傳感器的制作過程中，滴涂在載體表面的硅溶膠在膠凝成膜時易發生開裂，使膜從載體表面脫落而不能有效地進行生物活性物質的固定。為了防止膜的開裂和脫落，通常在水解縮合形成溶膠的過程中預先加入表面活性干燥控制劑以控制溶膠中水分揮發的速度，防止形成的凝膠膜開裂。但表面活性干燥控制劑都是有機化合物，會不同程度地影響生物活性物質的活性，最終影響生物傳感器的性能。

三、發明內容

1、發明目的：本發明的目的是提供一種用氣相沉積方法在載體表面形成二氧化鈦溶膠/凝膠膜的方法，使之用于生物活性物質的固定，從而開發了一種新型的生物傳感器。

2、技術方案：為實現上述目的，本發明所述的一種制備二氧化鈦凝膠膜的氣相沉積方法，是將鈦溶膠的膠凝化過程用于生物活性物質在載體表面的包埋，構造新型仿生催化界面(生物功能膜)和生物傳感器。具體步驟是：