本發(fā)明涉及生物傳感器，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)納米線生物傳感器表面修飾的方法。

背景技術(shù)：

集成電路自發(fā)明以來(lái)，通過(guò)不斷縮小其特征尺寸，同時(shí)集成其他微機(jī)械系統(tǒng)元件，能夠有效地提高芯片性能。而近年來(lái)，微納技術(shù)與生物技術(shù)的結(jié)合引起了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。微型生物傳感器是一種以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為敏感基元，將生物信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中的生物信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的元件。納米線擁有很高的表面積體積比，滿(mǎn)足生物傳感對(duì)于靈敏度的要求，因此被視為最有發(fā)展?jié)摿ι飩鞲衅骷弧?/p>

目前業(yè)界對(duì)納米線表面進(jìn)行修飾的方法，主要采用溶液滴定的方法修飾表面。如進(jìn)行蛋白修飾，具體是將混合有APTES、交聯(lián)劑(如戊二醇)和蛋白質(zhì)的溶液滴定至納米線帶有羥基的二氧化硅表面，溶液中的APTES作為中間受體，與納米線表面的羥基發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，同時(shí)露出APTES一端的氨基，在戊二醇等交聯(lián)劑的作用下，蛋白質(zhì)的羧基端再與APTES的氨基端發(fā)生脫水縮合，形成肽鍵，至此達(dá)到對(duì)納米線表面進(jìn)行蛋白修飾的目的。這種方法具有較低的偶聯(lián)效率，待修飾生物分子在納米線表面的富集度不夠，同時(shí)APTES是有機(jī)大分子，以此作為中間受體會(huì)增加待修飾分子與納米線表面的德拜長(zhǎng)度，無(wú)法滿(mǎn)足生物傳感對(duì)高靈敏度、高信號(hào)強(qiáng)度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種基于等離子體處理，在納米線生物傳感器表面引入氨基的修飾方法。該方法能夠滿(mǎn)足生物傳感對(duì)高靈敏度、高信號(hào)強(qiáng)度的要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種實(shí)現(xiàn)納米線生物傳感器表面修飾的方法，包括以下步驟：

1.去除納米線生物傳感器待修飾表面的自然氧化層和有機(jī)沾污，露出納米線的氫鍵；

2.對(duì)納米線生物傳感器待修飾表面進(jìn)行氨氣或氮?dú)浠旌蠚怏w的等離子體處理，納米線表面被修飾上氨基(-NH₂)；

3.將混合有交聯(lián)劑和待修飾生物分子的溶液滴定至納米線生物傳感器待修飾表面，生物分子在交聯(lián)劑的作用下與納米線的氨基形成共價(jià)鍵，完成對(duì)納米線生物傳感器表面的生物修飾。

進(jìn)一步地，步驟1中所述的納米線可以采用硅、鍺等半導(dǎo)體材料進(jìn)行制備，也可以用石墨烯等二維材料進(jìn)行制備；

進(jìn)一步地，步驟1中去除表面有機(jī)沾污的方法可以是有機(jī)清洗、濃硫酸清洗、發(fā)煙硝酸清洗、氨水和雙氧水混合清洗等；

進(jìn)一步地，步驟1中去除表面氧化層的方法可以是鹽酸清洗、氫氟酸清洗等；

進(jìn)一步地，步驟2中用于等離子處理的氣體可以是氨氣，也可以是氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w；

進(jìn)一步地，步驟2中等離子處理過(guò)程如下：將氨氣或者氮?dú)浠旌蠚怏w注入到等離子反應(yīng)腔中，氨氣或者氮?dú)浠旌蠚怏w分解成為氮離子和氫離子，氮離子與氫離子結(jié)合生成氨基基團(tuán)(-NH₂)，取代納米線待修飾表面的氫離子；等離子反應(yīng)腔可以是感應(yīng)耦合等離子體(ICP)腔，也可以是其它任何可以產(chǎn)生等離子體的腔體；

進(jìn)一步地，步驟2中所述的等離子體處理中氣體流量為5-100sccm，氣壓為8-200mTorr，用于產(chǎn)生等離子體的功率為20-1500W，等離子體處理時(shí)間為5s-60min，處理溫度為室溫；

進(jìn)一步地，步驟3中所述的交聯(lián)劑可以是戊二醇、SMCC(琥珀酰亞胺基4-(N-馬來(lái)酰亞胺甲基)環(huán)己烷-1-羧化物)、EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽)/NHS(N-羥基琥珀酰亞胺)等能使納米線表面的氨基端和待修飾分子的羧基端發(fā)生脫水反應(yīng)的有機(jī)試劑。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下：

a)相比采用APTES溶液滴定的方法引入氨基，本發(fā)明提出的等離子體處理方法能夠在納米線生物傳感器待修飾表面形成更均勻、更高密度的氨基基團(tuán)，使得后續(xù)待修飾分子的修飾密度也大大提高；

b)相比采用APTES這類(lèi)有機(jī)大分子作為中間受體，用等離子體直接在納米線生物傳感器表面引入氨基，能夠減小待修飾分子進(jìn)行生物傳感的德拜長(zhǎng)度，大大提高生物傳感的靈敏度和信號(hào)強(qiáng)度；

c)工藝簡(jiǎn)單，成本代價(jià)小。

附圖說(shuō)明

圖1-4是本發(fā)明提出的一種實(shí)現(xiàn)納米線生物傳感器表面修飾的方法的流程示意圖，其中：

圖1去除沾污和自然氧化層；

圖2采用等離子體處理，在納米線生物傳感器待修飾表面引入氨基基團(tuán)；

圖3滴定交聯(lián)劑和蛋白質(zhì)的混合溶液至納米線生物傳感器待修飾表面；

圖4蛋白質(zhì)的羧基在交聯(lián)劑作用下與氨基發(fā)生脫水反應(yīng)，形成肽鍵，完成蛋白質(zhì)修飾；

圖5為圖1～圖4的圖例。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)下列步驟可以在納米線生物傳感器表面實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的修飾，生物傳感器襯底采用氧化硅，納米線為單晶硅：

1)對(duì)單晶硅納米線表面利用發(fā)煙硝酸洗去有機(jī)沾污，再用氫氟酸洗去自然氧化層，露出納米線表面的氫鍵。如圖1所示；

2)將待修飾的納米線生物傳感器基片放入感應(yīng)耦合等離子體(ICP)腔，再對(duì)腔內(nèi)通入氨氣，氨氣流量為12sccm，氣壓為10mTorr，用于產(chǎn)生等離子體的功率為500W，等離子體處理時(shí)間為2min，處理溫度為室溫，納米線表面被修飾上氨基(-NH₂)，如圖2所示；

3)將混合有戊二醇和蛋白質(zhì)的溶液滴定至納米線待修飾表面，如圖3所示；

4)蛋白質(zhì)分子的羧基端(-COOH)在戊二醇的交聯(lián)作用下，與單晶硅納米線表面的氨基產(chǎn)生脫水反應(yīng)，形成肽鍵結(jié)合，完成蛋白質(zhì)對(duì)單晶硅納米線表面的修飾，如圖4所示；

最終在硅基納米線表面上實(shí)現(xiàn)高密度、高均勻性的蛋白質(zhì)分子修飾。

本發(fā)明實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。