一種光波導(dǎo)傳感芯片、其制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)傳感芯片的制備方法、由該方法制備的光波導(dǎo)傳感芯片及 其用途，特別是涉及一種以金膜為基底的介孔二氧化硅納米柱陣列結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)傳感芯片 的制備方法，以及該芯片在小分子和重金屬離子檢測(cè)方面的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)生物傳感器具有檢測(cè)靈敏度高、動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍大、檢測(cè)下限低等優(yōu)點(diǎn)，在許多 領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括在生物醫(yī)藥研宄、環(huán)境監(jiān)控，醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。在光學(xué)生物傳感器中， 基于檢測(cè)折射率變化的光學(xué)生物傳感器應(yīng)用較為廣泛。其中，表面等離子體共振傳感器是 非標(biāo)記光學(xué)生物傳感器中研宄和應(yīng)用最為廣泛的一種，對(duì)其表面介質(zhì)折射率變化靈敏度很 高，但消逝波的穿透深度只有l(wèi)〇〇nm左右，限制了其在生物大分子檢測(cè)方面的應(yīng)用。光波導(dǎo) 傳感器在表面等離子體傳感器三層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上添加波導(dǎo)層，形成玻璃、金屬層、波導(dǎo)層和介 質(zhì)層四層結(jié)構(gòu)。光波導(dǎo)傳感器利用消逝波在波導(dǎo)層內(nèi)部發(fā)生全反射時(shí)激發(fā)光波導(dǎo)模式。光 波導(dǎo)模式表現(xiàn)出的反射率角度譜半高寬窄，同時(shí)二維或者三維納米結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)層具有更廣 闊的吸附表面積，大大提高了生物分子的檢測(cè)靈敏度，使得光波導(dǎo)傳感器在生物分子特異 性結(jié)合檢測(cè)方面應(yīng)用較為廣泛。
[0003] 目前發(fā)展比較成熟的應(yīng)用于光波導(dǎo)傳感器的納米結(jié)構(gòu)薄膜材料主要有多孔陽(yáng)極 氧化鋁薄膜、多孔二氧化鈦薄膜、介孔二氧化硅薄膜、水凝膠薄膜以及一些以陽(yáng)極氧化鋁為 模板填充不同材料制作的納米柱（管）陣列薄膜等，然而以往制備的應(yīng)用于光波導(dǎo)傳感器 的納米結(jié)構(gòu)薄膜材料都有一定的缺陷，例如氧化鋁酸堿穩(wěn)定性差，介孔二氧化硅孔徑太小 應(yīng)用受限，以及目前制備納米柱陣列薄膜方法復(fù)雜、花費(fèi)高、難合成等。在我們之前的發(fā)明 中，通過(guò)循環(huán)溶膠凝膠操作在陽(yáng)極氧化鋁表面一層一層的吸附二氧化硅來(lái)形成的二氧化硅 納米管陣列薄膜，制備過(guò)程復(fù)雜，不易于大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種光波導(dǎo)傳感芯片的制備方 法、由該方法制備的光波導(dǎo)傳感芯片及其用途。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一種光波導(dǎo)傳感芯片的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將金膜基底浸入巰基硅烷的有機(jī)溶液中處理；
[0008] (2)將經(jīng)步驟（1)處理后的金膜基底用酸溶液處理；
[0009] (3)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁薄膜粘貼于經(jīng)步驟（2)處理后的金膜表面；
[0010] (4)將經(jīng)步驟（3)得到的粘貼于金膜表面的多孔的氧化鋁膜浸入十六烷基三甲基 溴化銨（CTAB)、水、乙醇、濃氨水和正硅酸乙酯（TE0S)的混合溶液中，靜置一段時(shí)間；
[0011] (5)將經(jīng)步驟⑷得到的產(chǎn)品用酸性有機(jī)溶液處理以去除步驟⑷中的方法所制 作出的產(chǎn)品中的CTAB，步驟（5)為優(yōu)選的而非必需的；
[0012] (6)將經(jīng)前一步驟處理后的產(chǎn)品用酸溶液處理以去除多孔的氧化鋁膜。
[0013] 進(jìn)一步地：
[0014] 在步驟（1)中，所述金膜為通過(guò)磁控濺射或蒸發(fā)鍍膜的方法在玻璃基底表面鍍一 層厚度為40-50nm的金層，優(yōu)選為40-45nm〇
[0015] 在步驟（1)中，所述的巰基硅烷的有機(jī)溶液為（3-巰基丙基）三甲氧基硅烷的有 機(jī)溶液，該溶液的濃度為l-20mmol/L，優(yōu)選為15-20mmol/L ;有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙 酮，優(yōu)選溶劑為乙醇；金膜在溶液中浸泡的時(shí)間為3h以上，優(yōu)選為5-10h。
[0016] 在步驟⑵中，所述酸溶液為0. lmol/L的HC1水溶液；金膜基底在溶液中浸泡時(shí) 間為l-10h，優(yōu)選為2-5h。
[0017] 在步驟（3)中，將多孔的陽(yáng)極氧化鋁薄膜和經(jīng)步驟（2)所得的金膜基底浸漬于丙 酮與水的混合溶液中，丙酮與水的體積比可為1: (1-2)，優(yōu)選為1:1 ;
[0018] 待多孔的氧化鋁薄膜覆蓋到金膜基底上后，先常溫下干燥12_48h，優(yōu)選為 24-30h，再在真空干燥箱中100-130°C下干燥20min，優(yōu)選溫度為110-120°C。
[0019] 在步驟⑷中，所用的混合溶液中，乙醇：水：濃氨水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% ) :TE0S 的體積比為（15-17) : (33-35) : (0? 005-0. 01) :0? 04,優(yōu)選體積比為 15:35:0. 005:0. 04,每 50mL混合溶液中添加（0. 08-0. 12) g的CTAB，優(yōu)選為0. 08g ;靜置溫度為60-70°C，優(yōu)選為 63-65°C，靜置時(shí)間為3-72h，優(yōu)選為72h ;優(yōu)選將經(jīng)混合溶液浸泡后的樣品在100°C下干燥 6-24h，更優(yōu)選為8-12h。
[0020] 在步驟（5)中，所用的酸性有機(jī)溶液為HC1有機(jī)溶液，HC1的濃度為0. 05-0. 5mol/ L，優(yōu)選濃度為0. lmol/L，有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙酮，優(yōu)選為乙醇，優(yōu)選加以攪拌，優(yōu)選 攪拌速度為50-200r/min，更優(yōu)選為100r/min，攪拌時(shí)間為10-30min，優(yōu)選為lOmin ;
[0021] 優(yōu)選地，步驟（5)重復(fù)至少三次。
[0022] 在步驟（6)中，所用的酸溶液為磷酸溶液，溶液中磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-15%，優(yōu)選 為10-12%，浸泡處理12-48h，優(yōu)選為20-24h。
[0023] -種光波導(dǎo)傳感芯片，是根據(jù)所述的方法制備的基于納米柱陣列薄膜的光波導(dǎo)傳 感芯片。
[0024] -種光波導(dǎo)傳感芯片的用途，將所述的方法制備的基于納米柱陣列薄膜的光波導(dǎo) 傳感芯片應(yīng)用于非標(biāo)記光學(xué)生物檢測(cè)或重金屬離子檢測(cè)。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：
[0026] 本發(fā)明提供了一種新的基于介孔二氧化硅納米柱陣列結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)傳感芯片的 制備方法，以及其在重金屬離子檢測(cè)方面中的應(yīng)用。在本發(fā)明中，將金膜基底浸入巰基硅烷 的乙醇溶液處理，再用酸溶液處理，可以在金膜表面修飾羥基使金膜表面親水，然后將多孔 的氧化鋁薄膜粘貼于親水的金膜表面，使金膜表面親水的目的是增強(qiáng)氧化鋁薄膜與金膜的 連接。再將粘貼于金膜表面的多孔氧化鋁膜浸入St6ber溶液中得到介孔二氧化硅納米柱， 然后優(yōu)選用酸性的乙醇溶液通過(guò)溶劑萃取法除去介孔二氧化硅內(nèi)的表面活性劑，最后將得 到的以金膜為基底的氧化鋁孔-二氧化硅納米柱的混合結(jié)構(gòu)薄膜浸泡于酸溶液中得到介 孔二氧化硅納米柱陣列結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)傳感芯片。本發(fā)明提供的方法易于在基底上制備三維 結(jié)構(gòu)的納米柱（管）陣列，并且柱（管）的尺寸可控，可用作于光波導(dǎo)傳感芯片進(jìn)行高靈敏 度、非標(biāo)記檢測(cè)。本發(fā)明提供的方法易于在各種基底上制備納米柱陣列，并且柱（管）的 尺寸精確可控，可應(yīng)用于光波導(dǎo)傳感芯片進(jìn)行非標(biāo)記光學(xué)生物檢測(cè)或重金屬離子檢測(cè)，檢 測(cè)靈敏度高。通過(guò)本發(fā)明的方法制備介孔二氧化硅納米柱陣列薄膜，可控性高、制備工藝簡(jiǎn) 單、易于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的介孔二氧化硅納米柱陣列結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)傳感芯片界 面的掃描電子顯微鏡圖（SEM)，1為介孔二氧化硅蓋子層，2為介孔二氧化硅納米柱陣列層， 3為金層，4為玻璃基底；
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中使用的多孔的氧化鋁薄膜的表面掃描電子顯微鏡圖 (SEM)；
[0029] 圖3是按照實(shí)施例1的方法制備的介孔二氧化硅納米柱陣列薄膜的光波導(dǎo)傳感芯 片按照應(yīng)用例1和應(yīng)用例2的方法檢測(cè)Pb 2+的動(dòng)力學(xué)曲線圖，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為反射 率值。圖中，5表示應(yīng)用例1對(duì)應(yīng)的曲線，6表示應(yīng)用例2對(duì)應(yīng)的曲線，7、8、9、10、11、12、13 分別代表通入傳感器表面的的Pb(N0 3)2溶液的濃度為0. 1、0. 2、0. 5、1、2、10、100 yM