[發明專利]一種光電化學生物傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 200910076671.5
• 申請日: 2009-01-13
• 公開（公告）號: CN101776637A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 周惠瓊;唐智勇;江雷
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327;G01N27/28
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種光電化學生物傳感器及其制備方法，特別涉及一種利 用粗糙金表面增強光電信號的光電化學生物傳感器及其制備方法。

背景技術

眾所周知，材料的性質尤其是界面性質，是由材料的物質組成與表面 結構共同決定的。粗糙表面的納米結構對其界面性質有很重要的影響。具 有合理納米結構的粗糙表面在很多領域都有應用，比如，1)改進光學器 件的性能，包括表面擴大的拉曼散射，表面等離子體共振，減反性質等； 2)顯著地提高光電器件的轉化效率，納米結構表面不僅可以提供更大的 表面積，還能夠增強光散射，更有利于太陽光的捕獲與利用；3)更容易 調控表面的浸潤性，例如制備超疏水的材料，單獨的表面化學修飾改變了 材料的物質組成，改變了其表面張力，最多只能使水滴的接觸角達到120°； 而材料表面的納米結構可以促使疏水的表面更疏水，從而獲得實際接觸角 達到接近180°的超疏水狀態。另外，將納米結構引入生物傳感器的表面可 以擴大響應信號的檢測限以及提高檢測的敏感度。

很多方法可以用來控制粗糙表面的納米結構，如化學刻蝕，電噴技術， 自組裝技術(Layer-by-Layer)，電化學沉積和化學氣相沉積等等。其中， 電化學沉積由于其方便和簡單的優點，成為最有用的在導電表面上制備納 米結構的方法之一。模板輔助電化學沉積利用模板的空間限域功能，可以 直接制備形貌可控的納米結構。然而，這種方法相對比較麻煩，需要預先 制備簡單廉價的模板，沉積完成后還須選擇合適的方法除去模板，盡量避 免破壞所得的納米結構。為了控制產物的形貌，人們還常常在電化學沉積 過程中加入添加劑。這些添加劑優先吸附于某些晶面，改變了電化學沉積 過程中晶體生長的方向與速度，從而導致最終產物的不同相貌。這些添加 劑有半胱氨酸、I^-，Pb⁴⁺和PVP等，分別得到了針狀、球狀、花狀、多孔 等各種不同的形貌。此外，基底的性質也是影響沉積產物形貌的重要因素。 層層自組裝高分子電解質多層、導電聚合物膜、濺射Au膜等都被用于修 飾導電基底，得到各種形貌的產物。

光電化學生物傳感器是一種便宜，具有潛在應用前景的光電器件。相 對于傳統的分析方法，光電化學生物傳感器具有更高的靈敏度，有望實現 陣列分析等優點。在這種分析方法中，導電高分子，過渡金屬配合物，半 導體納米粒子及其它納米結構廣泛應用于光敏劑。光照情況下，光敏劑的 電子由基態躍遷至激發態，生成電子-空穴對。如果電極具有與光敏劑導 帶或價帶相匹配的能級，則光生電子或光生空穴轉移至電極，產生光電流。 這個過程中，如果待測生物分子可以特定地改變光生電流的強度，這個生 物傳感器就能有效地探測該生物分子。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種檢測靈敏度更高的光電化學生物傳感 器及其制備方法。

用于實現本發明上述目的的技術方案如下：

一種光電化學生物傳感器，該生物傳感器以具有粗糙表面的金電極作 為導電電極，所述導電電極的表面具有光敏劑，所述光敏劑為具有生物分 子識別基團的導電聚合物。

在上述光電化學生物傳感器中，導電聚合物優選為聚噻吩、聚吡咯、 聚乙炔和聚苯胺中的一種或多種。生物分子識別基團優選為生物素分子。 優選地，金電極的粗糙表面具有納米結構；更優選地，金電極粗糙表面上 的納米結構具有垂直取向，并且為單晶結構。光敏劑優選為帶有生物素分 子的聚噻吩。

一種上述生物傳感器的制備方法，其中包括采用無模板，無表面活性 劑參與的電化學沉積方法制備金電極的步驟。

具體來說，上述方法包括以下步驟：

(1)在濺射的金納米顆粒薄膜上通過電化學沉積形成粗糙金表面；

(2)使導電聚合物復合到粗糙金表面上。

上述方法包括調節電化學沉積方法中使用的沉積電壓與沉積時間以 獲得具有不同納米結構的金電極粗糙表面。上述方法還包括封閉金電極表 面上未復合導電聚合物的部分。