專利名稱：一種聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)與材料科學(xué)以及傳感測試技術(shù)，特別提供了一種聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器。

背景技術(shù)：
關(guān)于電化學(xué)生物傳感器的相關(guān)技術(shù)狀況簡介如下 1、導(dǎo)電聚合物在電化學(xué)生物傳感器中已經(jīng)有了較為廣泛和深入的應(yīng)用。1986年，F(xiàn)oulds和Lowe將葡萄糖氧化酶(GOD)包埋在吡咯聚合物中，并以此構(gòu)建了酶傳感器，揭開了導(dǎo)電聚合物構(gòu)建生物傳感器的序幕。隨后，許多學(xué)者相繼將不同的酶、輔酶、抗體、核酸及其衍生物甚至細(xì)胞和組織等生物物質(zhì)固定于不同的導(dǎo)電聚合物中，形成各種新型的生物傳感器。導(dǎo)電聚合物生物傳感器的主要特點(diǎn)是響應(yīng)性能強(qiáng)，制作過程簡單可控。長期以來有關(guān)電化學(xué)傳感器的研究主要圍繞著酶傳感器。近年來，利用導(dǎo)電聚合物為基質(zhì)材料的生物傳感器來研究核酸及其衍生物的報道呈上升趨勢。雖然電化學(xué)生物傳感器具有檢測速度快的特點(diǎn)，但是靈敏度只在pmol/L的水平上，這還不能滿足分子診斷等實(shí)際應(yīng)用的要求。
隨著分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人類基因組計劃的完成，對于核酸分子檢測的意義越來越為重要。目前通用的檢測方法多依賴于聚合酶鏈擴(kuò)增技術(shù)(polymerase chain reaction，PCR)。PCR方法比較昂貴而且檢測過程長，在擴(kuò)增過程中還容易引入錯配，并且檢測靈敏度也有限定。如何進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、靈敏、以及環(huán)境友好的進(jìn)行檢測一直是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究關(guān)注的課題。
由導(dǎo)電聚合物制備的傳感器具有響應(yīng)快、檢出限低、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。聚苯胺傳感器已經(jīng)應(yīng)用于氣體監(jiān)測上。在生物分子的檢測上有葡萄糖傳感器和尿酸酶傳感器等。在現(xiàn)有的導(dǎo)電高分子生物傳感器中，導(dǎo)電高分子多以顆粒聚合膜的形式存在。這是一種非定向的纖維狀態(tài)，影響了導(dǎo)電高分子生物傳感器的靈敏度。
導(dǎo)電聚合物電化學(xué)生物傳感器一般由三部分組成支持電極(提供機(jī)械結(jié)構(gòu)以及傳導(dǎo)電信號)，附著在支持電極上的導(dǎo)電聚合膜(用于固定生物傳感元件)，和固定在導(dǎo)電聚合膜上的生物傳感元件(用于特異性地識別待檢測物質(zhì)并與之發(fā)生反應(yīng))。導(dǎo)電聚合膜的厚度、形態(tài)、孔隙度都直接影響生物傳感器的檢測性質(zhì)。
現(xiàn)在有些研究中，在生物傳感器上使聚合物以微管陣列的形式存在，因而具有較高比表面積，這樣就大大增加了被探測物質(zhì)(通常只有大約10-10M或者更低的濃度)與電極之間的接觸，因而也具有較高的靈敏度，但是該靈敏度仍舊較低，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
2、納米技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用 針對普通電化學(xué)生物傳感器存在的選擇性差、靈敏度低，穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，納米技術(shù)以及納米材料提供了較好的解決辦法。各種金屬納米顆粒、納米線以及納米管都可用于改善電化學(xué)電極的表面特性，提高生物傳感器的靈敏度與穩(wěn)定性。納米金粒子已經(jīng)被用于高靈敏的核酸檢測中。Mirkin等利用納米金標(biāo)記的寡核苷酸顯著地改變了雜交核酸雙鏈的解鏈特性。這種方法與銀顆粒的催化增強(qiáng)效應(yīng)結(jié)合后，可以使檢測靈敏度高于傳統(tǒng)的熒光檢測靈敏度的100倍。他們還將該方法派生出結(jié)合納米金顆粒的電子檢測方段。Wang等發(fā)展了一種基于電活性的微球核酸及其衍生物檢測方法。金與銅的合金納米顆粒也被用于高靈敏度的核酸檢測。另外，納米碳管涂層、陣列、復(fù)合材料都已用于核酸檢測。納米碳管作為探針的固定媒介和雜交信號的轉(zhuǎn)換媒介，極大提高了核酸生物傳感器的靈敏度。硼摻雜的硅半導(dǎo)體納米線也用于實(shí)時的高靈敏度生物檢測方法。由于硅納米線在生物檢測過程中，表面電荷的變化而引起的硅納米線質(zhì)子化與去質(zhì)子化引起的導(dǎo)電率隨pH值變化，且在較大的范圍內(nèi)表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系。
3、聚合物納米材料在生物傳感器中的應(yīng)用 使用聚合物納米材料作為生物傳感器敏感元件，同樣可以極大地增加傳感器與被檢測物質(zhì)的接觸，提高電極表面積，進(jìn)而提高生物傳感器的靈敏度。這使它在環(huán)境監(jiān)測、細(xì)菌探測、糖尿病葡萄糖檢測以及各種生物大分子檢測中極大地提高了傳感器的靈敏度(幾個數(shù)量級)，為更好地保護(hù)環(huán)境、早期疑難疾病的高精度檢測提供了可能，因此成為聚合物納米材料研究最多的方面之一。
目前利用導(dǎo)電聚合物納米材料作為修飾傳感電極的傳感元件，多是納米顆粒薄膜或者非定向的聚合物納米纖維陣列。這種聚合物納米材料的生物傳感器靈敏度遠(yuǎn)低于納米金或納米碳管的生物傳感器，不能滿足實(shí)際檢測的需要。
因此，人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的利用導(dǎo)電聚合物納米材料的電化學(xué)生物傳感器。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)效果更好的聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器。其包含有以下三部分支持電極、固定在支持電極上的聚合物、連接在聚合物上的生物傳感元件；其特征在于所述的聚合物形態(tài)為排列整齊、具有方向性的納米纖維陣列或納米管陣列。
本發(fā)明所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器中，如上所述的支持電極上的聚合物納米纖維陣列或納米管陣列是以構(gòu)建在支持電極上的氧化鋁納米孔陣列為模板合成的。所謂的“合成”具體結(jié)果可以是以下多種納米管可以是單層或多層的；納米管具體可以由高分子單鏈構(gòu)成或由高分子多鏈構(gòu)成；所述的納米纖維陣列或納米管陣列的形態(tài)可以通過控制聚合時間來控制。
所述的支持電極所用的材質(zhì)具體包括以下幾種之一或其組合石墨、金、鉑、汞等。
本發(fā)明中，所述的構(gòu)建在電極上的納米孔陣列氧化鋁模板的形成過程是首先在支持電極上沉積一層鋁膜，然后對這層鋁膜進(jìn)行陽極氧化以制備具有納米孔陣列的氧化鋁模板； 所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體可以是以下方法中的一種磁控濺射、化學(xué)沉積、電化學(xué)沉積。
本發(fā)明所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，具體而言通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或納米管陣列時應(yīng)用下述方法之一引發(fā)聚合應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合、應(yīng)用電化學(xué)方法引發(fā)聚合； 其中應(yīng)用化學(xué)方法通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管的具體方法優(yōu)選包括以下兩種 其一，采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的單體具體為以下幾種之一或其組合苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為以下幾種之一或其組合(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2； 其二，采用單體與引發(fā)劑同時摻雜酸共同聚合形成導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的單體具體為以下幾種之一或其組合苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為以下幾種之一或其組合(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的摻雜酸具體為無機(jī)酸或有機(jī)酸，其中 無機(jī)酸包括以下三者之一或其組合鹽酸、硫酸、高氯酸；有機(jī)酸包括以下三者之一或其組合草酸、檸檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、對甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)。
另外的，應(yīng)用電化學(xué)方法通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或納米管陣列的具體方法優(yōu)選包括以下兩種 其一，使用單體在一定電壓下聚合形成非導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的電壓范圍是-0.2～+1V(所述的電壓范圍優(yōu)選是0～0.8V)； 其二，首先配制酸性電解液；然后向酸性電解液中加入單體，攪拌均勻；之后再用恒電位法、恒電流法、循環(huán)伏安掃描法、線性掃描電位法共4種方法中的任意一種，在一定的電壓下聚合形成導(dǎo)電聚合物；其中 所述的酸性電解液為無機(jī)酸電解液或/和有機(jī)酸電解液，無機(jī)酸具體可以為以下幾種之一或其組合鹽酸、硫酸、高氯酸；有機(jī)酸具體為以下幾種之一或其組合草酸、檸檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、對甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)； 以上所述的單體具體為以下幾種之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的一定的電壓具體范圍是-0.2V～1V(所述的電壓范圍優(yōu)選是0～0.8V)。
本發(fā)明通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或納米管陣列的同時，采用包埋法將生物傳感元件包埋在聚合物中，然后固定在支持電極上。
在如上所述的基礎(chǔ)上，本發(fā)明在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物納米纖維陣列或聚合物納米管陣列之后，需要去除氧化鋁模板，具體為以下方法之一化學(xué)溶解、機(jī)械打磨、濺射剝離；其中使用化學(xué)溶解的方法在支持電極上去除氧化鋁模板時所使用的化學(xué)試劑優(yōu)選可以是以下幾種之一硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀。
針對本發(fā)明所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，在支持電極上構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或聚合物納米管陣列并將納米多孔氧化鋁模板去除以后，所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用方法具體為以下四大類之一 其一，采用手臂連接分子將生物物質(zhì)連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上并進(jìn)行相關(guān)的檢測； 優(yōu)選的手臂連接分子包括以下三大類硅烷；乙基-(3-二甲基丙級)碳二亞胺鹽酸鹽(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropy-1)-carbodiimide，EDAC；戊二醛C5H8O2； 其二，采用生物物質(zhì)本身所具有的如下基團(tuán)之一種或其組合將生物物質(zhì)直接以共價連接方式連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上巰基(-SH)、羥基(-OH)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)、氨基(-NH2)、亞氨基(-NH-)；磷酸及相關(guān)基團(tuán)(具體包括-PO4、-HPO4、-H2PO4)；硫酸及相關(guān)基團(tuán)(具體包括-SO3、-SO4、-HSO3、-HSO4)； 其三，采用抗生物素蛋白-生物素系統(tǒng)(Avidin-biotin)將生物物質(zhì)連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上； 其四，采用抗體-抗原耦聯(lián)系統(tǒng)將生物傳感元件固定在聚合物納米陣列上。
本發(fā)明一種如上所述的電化學(xué)生物傳感器，其可以用于對下述對象的檢測核酸及其衍生物、蛋白質(zhì)、酶、化學(xué)小分子、氣體等。
本發(fā)明實(shí)際涉及設(shè)計研究人員應(yīng)用自己創(chuàng)造的一種實(shí)用的方法制備由高度定向的聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列修飾的電極。該方法利用構(gòu)建于電極上的納米多孔陣列氧化鋁模板作為輔助，在電極上合成高度定向的聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列并用于高靈敏度的生物檢測中。
在合成聚合物一維納米材料(包括納米纖維陣列與納米管陣列)的所有可能的方法中，模板方法具有特殊優(yōu)勢。模板方法合成聚合物一維納米材料具有形態(tài)均一、長徑比可控以及導(dǎo)電率比非模板方法高等優(yōu)點(diǎn)，因而可廣泛用于納米器件制備中。
實(shí)驗(yàn)證明我們的方法可以很方便地用于構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列生物傳感器。運(yùn)用聚合物一維納米材料納米陣列修飾的電極作為生物傳感電極，利用電化學(xué)方法檢測不同濃度被檢測物引起的電化學(xué)曲線的改變，進(jìn)而可以確定被檢測物的濃度，比如檢測核酸或者極大影響糖尿病患者健康的葡萄糖濃度。用聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列修飾生物傳感器電極制備的生物傳感器，可以大大提高核酸及其衍生物傳感器或者葡萄糖生物傳感器等的穩(wěn)定性與靈敏度。
所以，利用聚合物陣列納米纖維或者納米管陣列高的比表面積與高的電子傳遞效率來提高聚苯胺生物傳感器的靈敏度，可能發(fā)展一種基于聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列的高靈敏度的生物檢測方法。這種方法與納米碳管陣列相比不需要復(fù)雜的純化、末端開口等工藝。與納米金生物傳感器相比，該方法不需要經(jīng)過催化增強(qiáng)。運(yùn)用聚合物納米纖維陣列或者納米管陣列修飾碳電極(GCE)或者高定向裂解石墨電極(HOPGE)，利用由平面多吡啶配體(2，2-聯(lián)吡啶)配位的過渡金屬如鈷的配合物或者帶剛性大平面的芳香環(huán)化合物，如道諾霉素等作為指示劑，采用電化學(xué)方法進(jìn)行檢測。這種電化學(xué)生物傳感器有簡便快捷的優(yōu)勢，是可能大規(guī)模商業(yè)化的生物傳感器之一。
相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的工藝簡單、檢測靈敏度高，使用效果好；其具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會價值。

具體實(shí)施例方式 下面通過實(shí)施例1～9說明本發(fā)明所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的結(jié)構(gòu)、制作過程以及應(yīng)用。
實(shí)施例1 一種聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其包含有以下三部分支持電極、固定連接在支持電極上的聚合物、固定連接在聚合物上的生物傳感元件；其特征在于所述的聚合物形態(tài)為排列具有方向性的陣列納米纖維或納米管。所述的支持電極所用的材質(zhì)為石墨，電極為高定向裂解石墨電極(HOPGE)。
所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器中，如上所述的支持電極上的聚合物陣列納米纖維或陣列納米管是以構(gòu)建在電極上的納米多孔氧化鋁為模板合成的。所謂的“合成”具體是納米管可以是單層或多層的；納米管具體可以由單鏈構(gòu)成或由多鏈構(gòu)成；所述的陣列納米纖維或陣列納米管的形態(tài)可以通過控制聚合時間來具體控制。
所述的構(gòu)建在電極上的納米多孔氧化鋁模板的形成過程是首先在支持電極上沉積一層厚度為2-3微米的高純鋁膜，然后對在支持電極上沉積的鋁膜進(jìn)行陽極氧化以便于構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板；所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體是磁控濺射。
所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，具體而言通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列時應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，具體方法是 采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為苯胺(aniline)；所述的引發(fā)劑具體為(NH4)2S2O8。
在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物陣列納米纖維或聚合物納米管之后，需要去除氧化鋁模板，具體采用化學(xué)溶解的方法，所使用的化學(xué)試劑是硫酸。
實(shí)施例2 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 1)所述的支持電極所用的材質(zhì)為金； 2)所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體是化學(xué)沉積； 3)在所述的支持電極上通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在其上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列時應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，具體方法是采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為吡咯(pyrrole)；所述的引發(fā)劑具體為I2； 4)在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物陣列納米纖維或聚合物納米管之后，需要去除氧化鋁模板，具體采用化學(xué)溶解的方法，所使用的化學(xué)試劑是鹽酸或氫氧化鈉或氫氧化鉀。
實(shí)施例3 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 1)所述的支持電極具體為炭電極(GCE)； 2)所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體是電化學(xué)沉積； 3)應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，具體方法是采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為噻吩(thiophene)；所述的引發(fā)劑具體為CH2(C10H6SO3Na)2； 4)在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物陣列納米纖維或聚合物納米管之后，需要去除氧化鋁模板，具體為機(jī)械打磨的方法。
實(shí)施例4 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 1)所述的支持電極的材質(zhì)具體為鉑； 2)應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為CH2(C10H6SO3Na)2； 3)在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物陣列納米纖維或聚合物納米管之后，需要去除氧化鋁模板，具體為濺射剝離的方法。
實(shí)施例5 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，采用單體與引發(fā)劑同時摻雜酸共同聚合形成導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為以下四者之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為以下三者之一(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的摻雜酸具體為以下三種無機(jī)酸之一鹽酸、硫酸、高氯酸。
實(shí)施例6 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，采用單體與引發(fā)劑同時摻雜酸共同聚合形成導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為以下四者之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為以下三者之一(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的摻雜酸具體為以下三種有機(jī)酸之一草酸、檸檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、對甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)。
實(shí)施例7 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 在所述的支持電極上應(yīng)用電化學(xué)方法通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在其上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列的具體方法是使用單體在一定電壓下聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的電壓范圍是-0.2～+1V。所述的單體具體為以下幾種之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引發(fā)劑具體為以下幾種之一(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2。
實(shí)施例8 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 在所述的支持電極上應(yīng)用電化學(xué)方法通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在其上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列的具體方法是 首先配制酸性電解液；然后向酸性電解液中加入單體，攪拌均勻；之后再用恒電位法、恒電流法、循環(huán)伏安掃描法、線性掃描電位法共4種方法中的任意一種，在一定的電壓下聚合形成導(dǎo)電聚合物；所述的電壓范圍具體是0～0.8V。
其中所述的酸性電解液為無機(jī)酸電解液或有機(jī)酸電解液，無機(jī)酸具體為鹽酸、硫酸、高氯酸；有機(jī)酸具體為草酸、檸檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、對甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)；所述的單體具體為以下幾種之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)。
實(shí)施例9 本實(shí)施例與實(shí)施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 1)所述的支持電極為以下材質(zhì)的某種組合石墨、金、鉑、汞； 2)所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體是化學(xué)沉積； 3)在所述的支持電極上通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在其上構(gòu)建聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列時應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合，具體方法是采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物陣列納米纖維或陣列納米管；所述的單體具體為吡咯(pyrrole)；所述的引發(fā)劑具體為I2； 4)在支持電極上沉積鋁膜后，構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板，然后通過氧化鋁模板形成聚合物陣列納米纖維或聚合物納米管之后，需要去除氧化鋁模板，具體采用化學(xué)溶解的方法，所使用的化學(xué)試劑是鹽酸或氫氧化鈉或氫氧化鉀。
下面通過實(shí)施例10～13說明應(yīng)用實(shí)施例1～9其中之一所述的聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用過程 實(shí)施例10 針對本發(fā)明所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，在支持電極上布列聚合物陣列納米纖維陣列或聚合物納米管陣列并將納米多孔氧化鋁模板去除以后，所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用方法具體為 采用手臂連接分子將生物物質(zhì)連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上并進(jìn)行相關(guān)的檢測；所述的手臂連接分子具體為以下三大類之一 硅烷；戊二醛C5H8O2；乙基-(3-二甲基丙級)碳二亞胺鹽酸鹽(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropy-1)-carbodiimide，EDAC。
所述的電化學(xué)生物傳感器用于對下述對象的檢測核酸及其衍生物。
實(shí)施例11 本實(shí)施例與實(shí)施例9內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用方法具體為 采用如下基團(tuán)之一種或其組合將生物物質(zhì)直接以共價連接方式連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上巰基(-SH)、羥基(-OH)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)、氨基(-NH2)； 所述的電化學(xué)生物傳感器用于對下述對象的檢測蛋白質(zhì)。
實(shí)施例12 本實(shí)施例與實(shí)施例9內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用方法具體為采用抗生物素蛋白-生物素系統(tǒng)(Avidin-biotin)將生物物質(zhì)連接到聚合物陣列納米纖維或陣列納米管陣列上。
所述的電化學(xué)生物傳感器用于對下述對象的檢測酶或化學(xué)小分子或氣體等。運(yùn)用聚合物陣列納米纖維或者納米管陣列修飾炭電極(GCE)或者高定向裂解石墨電極(HOPGE)，利用由平面多吡啶配體(2，2-聯(lián)吡啶)配位的過渡金屬如鈷的配合物或者帶剛性大平面的芳香環(huán)化合物，如道諾霉素等作為指示劑，采用電化學(xué)方法進(jìn)行檢測。
實(shí)施例13 本實(shí)施例與實(shí)施例9內(nèi)容基本相同，其不同之處在于 所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器的使用方法具體為采用抗體-抗原耦聯(lián)系統(tǒng)將生物傳感元件固定在聚合物納米陣列上。
權(quán)利要求
1、一種聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其包含以下三部分支持電極、組合在支持電極上的聚合物、連接在聚合物上的生物傳感元件；其特征在于所述的聚合物形態(tài)為排列具有方向性的納米纖維陣列或納米管陣列。
2、按照權(quán)利要求1所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于所述的支持電極所用的材質(zhì)具體包括以下幾種之一或其組合石墨、金、鉑、汞。
3、按照權(quán)利要求1所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于所述的支持電極上的聚合物納米纖維陣列或納米管陣列是以構(gòu)建在電極上的氧化鋁納米孔陣列為模板合成；
所述的構(gòu)建在電極上的納米孔陣列氧化鋁模板的形成過程是首先在支持電極上沉積一層鋁膜，然后對該鋁膜進(jìn)行陽極氧化以構(gòu)建具有納米孔陣列的氧化鋁模板；
所述在支持電極上沉積鋁膜的方法具體是以下方法中的一種磁控濺射、化學(xué)沉積、電化學(xué)沉積。
4、按照權(quán)利要求3所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于通過具有納米孔陣列的氧化鋁模板在所述的支持電極上構(gòu)建聚合物納米纖維陣列或納米管陣列時利用下述方法之一引發(fā)聚合應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合或應(yīng)用電化學(xué)方法引發(fā)聚合。
5、按照權(quán)利要求4所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于應(yīng)用化學(xué)方法引發(fā)聚合的具體方法包括以下兩種
采用單體與引發(fā)劑共同聚合形成非導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的單體具體為以下幾種之一或其組合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；所述的引發(fā)劑具體為以下幾種之一或其組合CH2(C10H6SO3Na)2、(NH4)2S2O8、I2；
采用單體與引發(fā)劑同時摻雜酸共同聚合形成導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的單體具體為以下幾種之一或其組合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；所述的引發(fā)劑具體為以下幾種之一或其組合(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的摻雜酸具體為無機(jī)酸或有機(jī)酸，其中無機(jī)酸包括以下三者之一或其組合鹽酸、硫酸、高氯酸；有機(jī)酸包括以下三者之一或其組合草酸、檸檬酸、對甲苯磺酸。
6、按照權(quán)利要求4所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于應(yīng)用電化學(xué)方法引發(fā)聚合的具體方法包括以下兩種
1)使用單體在一定電壓下聚合形成非導(dǎo)電聚合物納米纖維陣列或納米管陣列；所述的電壓范圍是-0.2～+1V；
2)首先配制酸性電解液；然后向酸性電解液中加入單體，攪拌均勻；之后再用恒電位法、恒電流法、循環(huán)伏安掃描法、線性掃描電位法共4種方法中的任意一種，在一定的電壓下聚合形成導(dǎo)電聚合物；
其中所述的酸性電解液為無機(jī)酸電解液或有機(jī)酸電解液，無機(jī)酸具體為鹽酸、硫酸、高氯酸三者之一或其組合；有機(jī)酸具體為草酸、檸檬酸、對甲苯磺酸三者之一或其組合；
所述的單體具體為以下幾種之一或其組合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；
所述的一定的電壓具體范圍是-0.2V～1V。
7、按照權(quán)利要求1～6之一所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于通過納米孔陣列氧化鋁模板形成聚合物納米纖維陣列或聚合物納米管陣列之后，需要去除氧化鋁模板，具體為以下方法之一化學(xué)溶解、機(jī)械打磨、濺射剝離。
8、按照權(quán)利要求7所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于所述的生物傳感元件，具體為以下的一種或幾種的組合能夠與變性的核酸片斷特異性結(jié)合的單鏈寡核苷酸或單鏈核酸片段、能夠與底物特異性結(jié)合的酶或能夠與酶特異性結(jié)合的底物、能夠與受體特異性結(jié)合的配體或能夠與配體特異性結(jié)合的受體、能夠與抗體特異性結(jié)合的抗原或能夠與抗原特異性結(jié)合的抗體、能夠特異性識別化學(xué)分子或蛋白質(zhì)分子的雙鏈核酸片段、能夠特異性識別核酸片段的蛋白質(zhì)分子。
9、按照權(quán)利要求7所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其特征在于將生物傳感元件連接在支持電極上的聚合物納米纖維陣列或聚合物納米管陣列的方法，具體為以下的一種或幾種的組合
1)利用生物傳感分子自身的功能團(tuán)與電極上特有的功能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將生物傳感元件共價地連接在電極的表面；生物傳感分子上的功能團(tuán)具體為以下的一種或幾種的組合巰基、羥基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亞氨基；電極上特有的功能團(tuán)具體為以下的一種或幾種的組合巰基、羥基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亞氨基；
2)利用手臂連接分子將生物傳感元件連接到聚合物納米纖維陣列或納米管陣列上；手臂連接分子的兩組功能團(tuán)具體為以下的一種或幾種的組合巰基、羥基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亞氨基；磷酸及相關(guān)基團(tuán)；硫酸及相關(guān)基團(tuán)；所述磷酸及相關(guān)基團(tuán)具體為-PO4、-HPO4、-H2PO4；所述硫酸及相關(guān)基團(tuán)具體為-SO3、-SO4、-HSO3、-HSO4；
3)利用抗生物素蛋白-生物素特異性識別方法將生物傳感元件連接到聚合物納米纖維陣列或納米管陣列上；
4)利用抗體-抗原特異性識別方法將生物傳感元件連接到聚合物納米纖維陣列或納米管陣列上；
5)利用溶膠-凝膠方法將生物傳感元件包埋在聚合物納米纖維陣列或納米管陣列表面上的多空膜中；
6)利用疏水特性將生物傳感元件吸附在聚合物納米纖維陣列或納米管陣列的表面上。
10、按照權(quán)利要求1所述聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其用于對下述對象的檢測核酸或核酸片段、各類蛋白質(zhì)分子、酶或酶的底物、抗體或抗原、受體或配體、有機(jī)分子、以及氣體分子。
全文摘要
一種聚合物納米陣列電化學(xué)生物傳感器，其包含以下三部分支持電極、組合在支持電極上的聚合物、連接在聚合物上的生物傳感元件；其特征在于所述的聚合物形態(tài)為排列具有方向性的納米纖維陣列或納米管陣列。相對于現(xiàn)行的電化學(xué)生物傳感技術(shù)而言，本發(fā)明具有工藝簡單和檢測靈敏度高的特點(diǎn)。本發(fā)明將具有巨大的應(yīng)用前景，能夠產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
文檔編號G01N27/327GK101354373SQ20071001228
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者常海欣, 關(guān)一夫, 瑩 袁, 石南林 申請人:中國醫(yī)科大學(xué), 中國科學(xué)院金屬研究所