[發明專利]一種可捕獲分子靶標感知觸角的制造及位姿操控方法

有效

• 申請號: 201510363661.5
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105018565B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 蔣維濤;劉紅忠;黎永浩;雷彪;牛東;趙婷婷;陳邦道;史永勝;尹磊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12Q1/04
• 分類號: C12Q1/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于微納制造靶標捕獲技術領域，具體涉及一種可捕獲分子靶標感知觸角的制造及位姿操控方法。

背景技術

現代科學技術的發展，使得人類在實現基本物質需求的基礎上，日趨關注生存環境、生命健康與生態恢復及保持，如，環境污染、食品安全、臨床疾病快速診斷、霧霾成因及對人體侵入等。以空氣、水質等載體中微量(ppm量級或更低濃度)、細小(微米/納米量級)粒子(病原、抗原分子、重金屬離子、食品添加劑等)為靶標的超高靈敏度捕獲/感知，如，飲用水中隱孢子蟲的檢測(10個卵囊即可致病，飲用水質要求其濃度小于1個/10L)等，已經被美國國家食品安全局(FSIS)、美國環境保護局(EPA)、歐洲食品安全局(EFSA)等機構視為等同于反恐及威脅人類安全的關鍵問題之一，亦是當今學界和產業界所追逐的前沿熱點。

在生物、病例檢測及臨床診斷中，靶標通常為分子量級，如，微量DNA檢測、前列腺特異抗原PSA檢測、高精度炭疽孢子抗原的檢測等，從極少量靶標載體樣本中(如，血液、病人呼出的氣、腦脊液等)快速提取目標病理成分，實現特異性抗原的檢測、識別、及定量評定，被視為下一代生物分子學、片級病理分析、測試及診斷方法的基礎。對分子級靶標的超高靈敏度感知及捕獲，是當前國際上學術和產業界共同關注和聚焦的熱點問題。

靶標捕獲/感知傳感器，其靈敏度依賴于靶標分子與功能材料的接觸及碰撞幾率?？v觀傳感器的研究發展，歷經了薄膜傳感器、表面織構化薄膜傳感器、功能材料納米結構化傳感器等三個階段，體現了對功能材料結構優化及提高微觀有效比表面積以實現更高靈敏度的不懈追求。以具有更大比表面積的納米結構(如，納米管、納米柱等)替代納米織構化薄膜結構，能夠大幅度提高功能材料有效比表面積，將傳感器的靈敏度提升至ppm量級(10e-6量級)，是近年來學術界對靶標捕獲/感知傳感器的研究重點及熱點。功能材料的納觀結構形貌可分為納米纖維織構化結構與直立納米柱結構。相對于納米纖維織構化結構而言，直立納米柱結構具有三維空間結構特征，具有更大比表面積，因而更易捕獲/感知靶標分子。針對傳感器功能材料，構建大長徑比直立納米柱陣列結構，是大幅度提高傳感器感知靈敏度的有效途徑。

現階段，相關此類傳感器結構的研究報道中，功能材料物理結構在靶標探測過程中始終處于靜止狀態，靜態被動等待與靶標分子的碰撞，以完成靶標的捕獲與感知。其與靶標分子碰撞幾率取決于功能材料物理結構的有效空間及待檢靶標分子的運動方式(如布朗運動、動態剪切流等)。要進一步將傳感器感知靈敏度提升至ppb量級(10e-9量級)，實現分子級靶標捕獲，必須不斷提高功能材料納米柱長徑比，必然面臨功能結構的材料和成型等制造技術難題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種可捕獲分子靶標感知觸角的制造及位姿操控方法，實現了對分子級靶標進行主動式捕獲，極大提高了分子級靶標捕獲/感知的靈敏度。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種可捕獲分子靶標感知觸角的制造及位姿操控方法，包括以下步驟：

1)制造硅基微米級孔陣列模具：首先準備清洗干凈的硅基，然后通過光刻及干法刻蝕工藝制造硅基微米級孔陣列模具；

2)制造PDMS/功能納米粒子復合材料的微米尺度纖維：在PDMS中摻雜100～500納米的功能納米粒子，通過乳化機攪拌均勻，澆注到硅基微米級孔陣列模具中，在抽真空環境中，使PDMS/功能納米粒子復合材料能夠完全填充到硅基微米級孔陣列模具中，通過加熱固化脫模得到PDMS/功能納米粒子復合材料的微米尺度纖維；

3)表面修飾PDMS/功能納米粒子復合材料的微米尺度纖維制備微納米感知觸角：先在PDMS/功能納米粒子復合材料的微米尺度纖維表面制備一層過渡層材料，然后通過表面修飾，使PDMS/功能納米粒子復合材料的微米尺度纖維過渡層材料表面獲取利于與靶標分子粘附結合的特異性修飾活性分子；

4)通過外場操控微納米感知觸角定向/定域位姿實現微納米感知觸角對分子級靶標的主動搜尋/捕獲：在外場控制裝置的作用下，通過控制外場控制裝置的強度、方向，實現微納米感知觸角姿態的動態控制，使其能夠對環境中分子級靶標進行主動式搜尋/捕獲。

所述的步驟1)中硅基微米級孔陣列模具孔直徑為2-15μm、深度為20-150μm、中心距為20-140μm。