[發明專利]AuNPs-PDMS復合微薄膜生物傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201410144773.7
• 申請日: 2014-04-12
• 公開（公告）號: CN103913486A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 桑勝波;張文棟;張丹;菅傲群;段倩倩;馬文哲;李朋偉;胡杰;李剛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及生物傳感器領域，具體是一種AuNPs-PDMS復合微薄膜表面應力生物傳感器的制備方法。

背景技術

表面應力生物傳感器作為一類新型的傳感器將分子間化學鍵的結合能轉化為可測量的光、電或機械信號，進而實現傳感檢測。該方法可以從分子量級對分析物進行探測分析，具有更高的探測分析精度，這為實現高精度的疾病檢測、食品農藥或重金屬污染檢測、生化污染檢測等提供一個良好的技術支持。

傳感器的敏感元件在整個傳感器系統中起著重要作用。目前，微懸臂梁和微薄膜是基于表面應力生物傳感器的兩種敏感元件。其中，微懸臂梁式表面應力生物傳感器在此前有大量的研究，但是此結構有著一定的局限性，如非特異性吸附。相比較而言，微薄膜不論是在信號傳輸還是分析物吸附方面都有著其優勢。但是，現有的薄膜電容式傳感器的結構加工復雜，且輸出差分電容僅有幾伏，極大地增加了檢測電路的復雜度。

發明內容

本發明為了解決目前表面應力生物傳感器存在的主要問題，如懸臂梁結構的非特性吸附、薄膜電容式傳感器結構的加工復雜度等問題，提供了一種AuNPs-PDMS復合微薄膜表面應力生物傳感器的制備方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種AuNPs-PDMS復合微薄膜生物傳感器的制備方法，包括如下步驟：

（1）、清洗玻璃片，并用TMCS對玻璃片進行硅烷化處理，備用；

（2）、制備PDMS溶液；

（3）、在備好玻璃片的上表面旋涂PDMS溶液，固化后形成PDMS薄膜；

（4）、將步驟（3）所得玻璃片浸泡在HAuCl₄溶液中20～24小時，進行第一次還原；?

（5）、用HAuCl₄溶液、葡萄糖溶液和碳酸氫鉀溶液配置還原液，將步驟（4）所得玻璃片浸泡在還原液中20～24小時，進行第二次還原；

（6）、制備PDMS溶液，然后PDMS溶液利用模具制備出傳感器基底，所述傳感器基底的上表面中部形成有凹腔；

（7）在傳感器基底上表面的凹腔周圍涂PDMS溶液，將步驟（5）所得玻璃片上的PDMS薄膜從玻璃片上揭下來，貼在傳感器基底的上表面、且完全遮蓋凹腔；

（8）在傳感器基底的上表面濺射金屬薄膜；

（9）在金屬薄膜上旋涂光刻膠，曝光和顯影光刻膠后，濕法腐蝕金屬薄膜，去光刻膠后，形成兩個獨立的電極結構，所述每個電極結構至少部分位于傳感器基底上表面的PDMS薄膜邊緣上。

PDMS（聚二甲基硅氧烷）作為一種新型薄膜材料，具有良好的生物適應性。與其他常用薄膜材料（硅、氧化硅、氮化鋁、PMMA、SU8等）相比，具有相對較小的楊氏模量（12kPa-2.5Mpa）。AuNPs是一類重要的納米材料，而且制備簡單，具有高穩定性、小尺寸效應、表面效應、量子效應、宏觀量子隧道效應及生物相容性，易于進行表面化學修飾。

上述方法中選擇采用兩次還原法，首先在步驟（4）中用HAuCl₄溶液進行第一次還原，一些納米金粒子還原在PDMS薄膜上作為種子。接著用HAuCl₄溶液、葡萄糖溶液、碳酸氫鉀溶液按照體積比為2:1:1的比例配制還原液，再次對含有金粒子的PDMS薄膜進行第二次還原，金納米粒子進一步沉積在金種子周圍，從而制備出了導電性良好、厚度均勻的AuNPs-PDMS復合微薄膜，克服了其他方法（如一步還原法、物理法等）存在的諸如復合膜上金納米粒子過少、薄膜導電性不良等缺點。基于PDMS與金納米粒子結合形成的AuNPs-PDMS復合微薄膜具備兩種材料的雙重優點，兼具聚二甲基硅氧烷和納米金的良好導電性、生物親和性及超疏水性等優點，廣泛用于生物傳感、生物功能材料、環境保護、微流控等領域。

AuNPs-PDMS復合微薄膜在表面應力作用下發生偏轉，會造成納米金粒子平均粒間距增大，從而導致薄膜體系的電導發生變化，實驗證明該類結構與傳統的金屬或者半導體壓阻傳感材料相比，其靈敏度高出了大約兩個數量級。

因此，使用時，通過對AuNPs-PDMS復合微薄膜進行修飾，表面應力導致AuNPs-PDMS復合微薄膜發生應變，基座上的凹腔為AuNPs-PDMS復合微薄膜提供了應變的空間，進而通過傳感器上兩個獨立的電極結構，監測AuNPs-PDMS復合微薄膜的電導率變化，進行生物傳感檢測，具有靈敏度高、重復性好、生物相容性好以及高集成度等優點。