[發明專利]一種表面經金屬氧化物納米顆粒修飾的石英晶體微天平傳感晶片的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010370674.6
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN113624308A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 許文儉;崔學晨;崔實
• 申請（專利權）人: 崔學晨
• 主分類號: G01G3/16
• 分類號: G01G3/16;G01N29/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

該制備方法包括將巰基乙胺組裝在石英晶振的金電極上，然后交替組裝聚丙烯酸和金屬氧化物納米顆粒，最后通過1?(3?二甲基氨基丙基)?3?乙基碳化二亞胺（EDC）和N?羥基丁二酰亞胺（NHS）以進行羧基和氨基的亞胺化反應使得吸附了金屬氧化物納米顆粒的聚丙烯酸以化學鍵牢固的結合修飾在金電極表面，以得到所述QCM傳感晶片。

技術領域

本發明涉及晶片，特別是在石英晶體微天平晶振基片金電極表面以聚丙烯酸為修飾模板有序組裝金屬氧化物納米顆粒的一種表面經金屬氧化物納米顆粒修飾的石英晶體微天平傳感晶片的制備方法及其應用。

背景技術

基于石英晶體微天平（QCM）的質量傳感器，因其具有非標記、高靈敏度、快速響應、低成本、低能耗和易于制造的優點而備受關注。其原理是當石英晶振傳感晶片敏感膜表面吸附目標分子后導致石英晶振傳感晶片表面的質量改變進而使得石英晶振傳感晶片的諧振頻率發生變化，將待測目標分子濃度的大小轉換成頻率信號輸出，從而實現目標分子濃度的檢測。然而吸附（快速響應和高靈敏度）- 解吸（快速恢復和重復使用）的特性又取決于目標分子與石英晶振傳感晶片敏感膜之間的相互作用，因此，在確定敏感膜對目標分子吸附靈敏性基礎上，敏感膜在QCM傳感器石英晶振電極表面的修飾牢度以及特定的表面形貌就成為制備高性能QCM傳感器的關鍵。

某些金屬氧化物以其較高的物理、化學穩定性和優異的吸附性能而被作為氣體檢測傳感器的敏感材料，目前QCM傳感器件的制造通常采用旋轉涂膜、滴涂、靜電噴涂等方法將金屬氧化物納米顆粒沉積在石英晶振傳感晶片金電極表面，形成對特定目標分子選擇性吸附的敏感膜，現有這些固載方法普遍存在因結合牢度差、比表面積小帶來的重復使用穩定性差、靈敏度低的缺陷，無法滿足實際使用要求；因此制備性能優異、可滿足實際應用的石英晶體微天平傳感晶片是當前亟待解決的問題。

發明內容

針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的就是提供一種表面經金屬氧化物納米顆粒修飾的石英晶體微天平傳感晶片的制備方法及應用，可實現石英晶體微天平傳感晶片的高效、穩定制備并有效解決在應用中存在的靈敏度、穩定性差及使用壽命短的問題。

本發明解決的技術方案是，一種表面經金屬氧化物納米顆粒修飾的石英晶體微天平傳感晶片的制備方法，包括以下步驟：

（1）、金電極基片的處理：

將金電極基片在紫外臭氧清洗機里清洗25-35分鐘，再分別用乙醇和去離子水清洗2-3次，用高純氮氣吹掃干燥，得處理后的金電極基片；

（2）、金電極的巰基化修飾：

將經處理后的金電極基片浸泡在濃度為20mM巰基乙胺的乙醇溶液中，在避光條件下反應24小時，再分別用乙醇和去離子水各淋洗1-3分鐘，除去表面殘留的硫醇，用高純氮氣吹掃干燥，得經巰基乙胺修飾的金電極基片；

（3）、吸附聚丙烯酸（PAA）：

將經巰基乙胺修飾的金電極基片放入濃度為1-3mg/mL L^-1 PAA水溶液中，室溫浸泡50-70分鐘，充分吸附PAA，用去離子水淋洗1-2分鐘，用高純氮氣吹掃干燥，得經吸附PAA的金電極基片；

所述的PAA水溶液用1M鹽酸溶液調節到pH=3.5；

（4）、吸附金屬氧化物（MO_n）納米顆粒：

將經吸附PAA的金電極基片浸泡在1-3mg L^-1 MO_n納米顆粒水分散液中50-70分鐘，充分吸附MO_n納米顆粒，用去離子水淋洗1-2分鐘，用高純氮氣吹掃干燥；

所述的MO_n納米顆粒為ZnO，WO₃，ZrO₂，MnO₂，TiO₂，MgO，Al₂O₃，Fe₂O₃，SiO₂；