[發明專利]一種孔狀生物傳感器、制作及應用方法

有效

• 申請號: 201210025394.7
• 申請日: 2012-02-03
• 公開（公告）號: CN102590308A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 游學秋;盧家賓;王曉誠
• 申請（專利權）人: 游學秋
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種生物傳感器，特別是一種連孔狀結構的生物傳感器，及該生物傳感器制作方法和應用于生物醫療方面的檢測方法。

背景技術

生物傳感器利用生物活性物質的親和性，如酶-底物、酶-輔基、抗原-抗體、激素-受體等的分子識別功能，可以有選擇地檢測待測物。由于生物活性物質具有專一識別功能，使得生物傳感器具有較高的選擇性，能直接用于復雜樣品的檢測。生物傳感器已被廣泛地應用于臨床醫學檢測、工業過程控制、環境檢測、化學物質安全性評價以及食品，制藥等許多領域。

在生物傳感器構建中，其關鍵技術之一就是如何將生物分子穩定、高活性地固定到換能器表面。納米材料，因其具有較大的表面積、高表面活性、強吸附力及高催化效率等優異特性，可在增加生物分子(酶、抗原或抗體等)的吸附量和穩定性的同時，提高生物分子(酶)的催化活性，提高傳感器的反應靈敏度。氧化鋅納米材料，如氧化鋅納米梳，納米線等已成功應用于生物傳感器的構建(如尿酸，過氧化氫，葡萄糖傳感器等)，因為氧化鋅納米材料有很好的生物兼容性，而且由于周圍有利的微環境，它們能很好地保持生物分子的活性，并且能增強活性位點和電極之間的電子轉移能力。

氧化鋅具有較高的等電點，低等電點的生物分子(如葡萄糖氧化酶，尿酸酶等)可通過靜電作用吸附在高等電點的氧化鋅納米材料表面，起到固定生物活性物質在電極表面的作用。基于氧化鋅納米材料的生物傳感器顯示出高靈敏度和快速反應的特點，但是測定的線性范圍往往較小，限制了其應用范圍，比如基于氧化鋅納米線的葡萄糖傳感器測定的線性范圍是0.01～3.45mM，但是正常的人體血糖含量卻在3.5～6.1mM之間。而且隨著時間的推移，吸附在氧化鋅電極表面的生物分子的活性會降低，導致生物傳感器的靈敏度下降，穩定性較差。

發明內容

本發明的目的克服上述現有技術不足，提供一種具有連孔狀結構的包裹層的生物傳感器，并提供一種該生物傳感器制作和應用方法。

本發明通過如下方案實現：

一種孔狀生物傳感器，依次具有基板、電極層、和聚合物薄膜層。基板電極傳感區域聚合物薄膜被去除，暴露的基板電極區域與聚合物薄膜層邊緣形成井狀結構區陣列；呈連孔狀結構的氧化鋅包裹層填充在各井狀結構區內；帶負電的生物活性物質分子通過靜電作用吸附在氧化鋅孔狀結構內。呈連孔狀結構的包裹層內孔與孔之間的采用納米級的狹窄瓶頸結構。生物活性物質為酶、抗原或抗體等，聚合物薄膜層為聚二甲基硅氧烷。

一種制作孔狀生物傳感器的方法，其特征在于：包括：

步驟一，基板電極制作；

步驟二，將聚合物薄膜材料粘附在基板，并把電極傳感區域的聚合薄膜材料去除，使底部的電極區域暴露出來，暴露的基板電極區域與聚合薄膜材料邊緣形成井狀結構區陣列；

步驟三，將聚苯乙烯微納米球狀模板多層整齊分布在基板電極上，聚苯乙烯微納米球體之間緊密相連，形成多孔相連狀的模板結構；

步驟四，用電沉積的方法在暴露的電極上沉積氧化鋅晶體，沉積的氧化鋅填充了井狀結構區內聚苯乙烯微納米球體間的間隙；

步驟五，將聚苯乙烯微納米球狀模板用化學腐蝕的方法去除，得到連孔狀結構氧化鋅包裹層；

步驟六，使生物活性物質分子帶上負電，在氧化鋅包裹層的正電吸附作用和滲透原理，生物活性物質分子進入氧化鋅包裹層的連孔狀結構內。

作為優化，所述的步驟一，傳統半導體工藝在基板上制備一層惰性金屬或石墨電極陣列，然后用光刻技術在玻璃基板上腐蝕出電極陣列圖案形成；

所述的步驟二，所述聚合物薄膜材料為聚二甲基硅氧烷；

所述的步驟三，將聚苯乙烯微球粉末與去離子水均勻混合得到親水膠體，然后將聚苯乙烯粉末親水膠體滴入井狀結構區內，并經水分蒸發形成多孔相連狀的模板結構；

所述的步驟五，將聚苯乙烯微納米球被苯溶液溶解去除，基板電極取出后反復用去離子水沖洗。

另外，應用本發明的孔狀生物傳感器進行目標分析物檢測時，先將孔狀生物傳感器浸入含有目標分析物的溶液中，然后采用三電極體系，以孔狀生物傳感器電極為工作電極，以Ag/AgCl電極為參比電極，以白金Pt電極為輔助電極，檢測孔狀生物傳感器電極表面發生氧化反應產生的電流信號以檢測含有目標分析物溶液的濃度。

綜上所述本發明具有如下顯著特點和效果：