一种固定化纳米线及其包含装置和制备方法

专利名称：一种固定化纳米线及其包含装置和制备方法
技术领域：
本发明涉及一种固定化纳米线、包含固定化纳米线的装置、以及固定化纳米 线的制备方法。
背景技术：
目前，已经公开了越来越多的固定化纳米线方案(例如美国专利6248674、 6720240;欧洲专利申请EP1725189;美国专利申请US2006255481等等)。然而， 在固定化纳米线大规模应用之前，尚有一些急需解决的问题，例如固定化纳米线 的稳定性、应用的适应性、以及抗污染性等等。

发明内容
本发明的目的是提高固定化纳米线制备和使用的牢靠性(Robiist)，确切地说
本发明的目的在于提高固定化纳米线的稳定性、固定化纳米线的应用适应性和 固定化纳米线的抗污染性；特别涉及到提高纳米线和载体结合的稳定性、纳米线
本身结构的稳定性，固定化纳米线表面改性的易行性，以及固定化纳米线抗油污 的能力。
本发明的目的主要是通过在纳米线或固定化纳米线上引入具有上述功能的 包被来实现的。
于是，本发明包括三个方面
第一个方面是提供一种固定化纳米线，其至少包含载体、载体上固定的纳米
线、和所述纳米线上的包被或/和所述载体上的包被。
第二个方面是提供一种包含本发明固定化纳米线的装置。
第三个方面是提供一种本发明固定化纳米线的制备方法，至少包括l).制备
所述纳米线；2).利用所述包被材料包被所制备的纳米线或/和固定有所述纳米线
的所述载体表面。
下面给出本发明内容的详细描述
如前面"发明内容"部分所述，本发明第一方面，提供一种固定化纳米线，其 至少包含载体、载体上固定的纳米线、和所述纳米线上的包被或/和所述载体上 的包被,其中所述包被为单层或多层。本发明中，术语"纳米结构"，是指三维结构 中至少一维(例如粒径、管径、线径、等等)为纳米尺寸(优选300nm以下)的结构；
术语"纳米线(nanowire )"是指至少两维(例如横截面)为纳米尺寸(优选300nm以 下)、且此两维分别小于第三维(例如与横截面垂直的长度)的纳米结构；术语"载 体"是指具有固定功能(例如使纳米线固定化)的固体，例如有或无衬底的玻片或其 它基片；术语"固定化纳米线(immobmzed nanowire)"是指至少包含载体和载体上 固定的纳米线的一种组成。
本发明的固定化纳米线，其结构特征为纳米线或/和载体上有包被。本发明 中，术语"包被固定化纳米线"，即特指本发明的固定化纳米线。包被包括加固层 或具有加固作用的功能层。加固作用包括提高固定化纳米线的稳定性，例如纳米 线和载体的结合稳定性、纳米线本身的结构稳定性、等等。稳定性包括化学稳定 性和机械稳定性。化学稳定性包括耐酸或/和耐碱性。机械稳定性包括抗冲击性。 其中所述包被，还可具有比未包被纳米线更高的应用适应性(例如表面改性易行 性、等等)。其中所述包被，还可具有比未包被纳米线更高的抗污染性(例如抗油
污能力)。基于本发明的包被固定化纳米线，也可以进行功能化处理(例如掺杂、 活化、等等)，从而制备其它固定化纳米线衍生物。
本发明的固定化纳米线，其为单层包被固定化纳米线或多层包被固定化纳米 线。例如单层包被固定化纳米线，包括一层包被一种交联材料的包被固定化纳 米线和一层包被多种交联材料的包被固定化纳米线；多层包被固定化纳米线，包 括多层包被一种交联材料的包被固定化纳米线和多层包被多种交联材料的包被 固定化纳米线。其中,除交联材料外，包被中还可含其它功能添加剂。
本发明的固定化纳米线的一项方案，其中包被纳米线的半高处直径小于100nm、优选小于55nm，所述包被纳米线包含所述纳米线和所述包被。本发明 中，术语"包被纳米线"是指包含纳米线和其上的包被的结构。本发明的一项方案，
其中所述包被纳米线上的所述包被的平均厚度小于100nm(例如l-99nm)、优选小 于10nm(例如l-9nm)。本发明的一项方案，至少在部分所述载体上所述包被纳米 线的分布密度大于50根/pm2、优选大于100根4im2。
本发明的固定化纳米线的一项方案，所述固定化纳米线具有下述一种或多种 特征A).至少在部分所述载体上所述纳米线的分布密度大于50根/pm2、优选大 于80根/|11112; B).所述纳米线的半高处直径小于100nm、优选小于50nm;和C). 所述纳米线的高度大于0.5pm、优选大于1.0pm。根据包被纳米线大小、功能要 求、等等，包被纳米线的分布密度有不同优选的上限。根据包被纳米线大小、功 能要求、等等，包被纳米线的长度有不同优选的上限。根据包被纳米线粗细、长 度、功能要求、包被纳米线分布密度要求、等等，包被厚度有不同优选的上限。
本发明的固定化纳米线的一项方案，其中所述载体上的所述包被的平均厚度 小于l，OOOnm、优选小于100nm。
本发明的固定化纳米线的一项方案，其中所述纳米线含无机材料，或/和 所述包被含有机材料。另一项方案，其中所述有机材料含交联有机分子。
本发明的固定化纳米线的一项方案，其中所述包被包括有机膜。本发明的固 定化纳米线的一项方案，其中所述有机膜包括有机涂料膜，例如含交联分子的有 机涂料膜。此方案基于本发明实施例中出乎意料的结果。通常的看法是，有效覆 盖表面的有机涂料膜的厚度应当是微米级，不适于覆盖固定化纳米线的表面。然
而，本发明实施例中，有机涂料膜的厚度可以小于10nm并能有效覆盖表面。对 此出乎意料的结果，可能的原因是由于固定化纳米线的超高比表面积，有利于
表面附着(例如通过湿润现象)，而不利于表面附着解除。因而，其上不必须较厚 的材料，便可形成牢靠的包被层。
本发明的固定化纳米线中，所述有机涂料、尤其是包被纳米线所含有机涂料，包括任何不含粒径大于lOOnm的颗粒、且可在上述纳米线或/和载休上，形成厚 度小于100nm的完全膜或不完全膜的有机物。另一项方案，其中所述有机涂料 包括至少下述一种疏水涂料、疏油涂料、疏水疏油涂料。其中所述疏水涂料的
表面接触角大于60度。另一项方案，其中所述疏水涂料的表面接触角大于80度。 另一项方案，其中所述疏水涂料的表面接触角大于120度。另一项方案，其中所
述涂料包括至少下述一种有机硅涂料、含氟涂料、聚碳酸树脂、等等。本发明 的固定化纳米线的一项方案，其中所述有机硅包括下述之一种或多种二甲基硅
氧烷、甲基丙烯酸3-(甲基甲硅烷)、含(甲基丙烯酸酰氧)丙基终端的二甲基硅氧 烷。
本发明的固定化纳米线的一项方案，所述固定化纳米线上的表面静态水接触
角大于40度。另一项方案，所述固定化纳米线的表面静态水接触角大于45度。 另一项方案，所述固定化纳米线的表面静态水接触角大于50度。所述固定化纳 米线至少包含载体、载体上固定的纳米线、和所述纳米线和所述载体上的高疏水 材料包被。所述高疏水材料，在平面表面上的表面静态水接触角大于80度、优选 大于120度。本发明术语"表面静态水接触角"，简称表面接触角，是指静态水
在表面的接触角。长时间以来，用一滴液体在固体物质平面表面的接触角e作为
特定固定湿润的量化测试，这一点是被广为认可的。如果液体完全分散在表面上
形成膜，接触角e为o、如果物质表面上的液珠存在一定角度，该表面被认为是
不湿润的。芯片中最常用的固相载体基片材料为玻璃，其表面静态水接触角约为
45度。而在固定化纳米线上,其表面并非平面表面。可能由入湿润等物理化学现 象的存在，相同材料的表面静态水接触角，在平面物体(例如玻片)上比在固定化 纳米线上要小得多。
本发明的固定化纳米线的一项方案，其中所述包被包括高分子吸附层。本发 明的固定化纳米线的一项方案，其中所述高分子包括离子交换高分子。本发明的 固定化纳米线的一项方案，其中所述包被包括有机分子交联层。
本发明的固定化纳米线的一项方案，所述固定化纳米线包括活化固定化纳米
线。本发明中，术语"活化固定化纳米线"，是指这样一种活化载体，其含本发明 的包被固定化纳米线，且含有其本身(例如有机涂料膜本身)具有的、或/和通过对 包被固定化纳米线进行活化处体理获得的活化结构；术语"活化结构"是指人为引 入载体表面上的、且可有效结合功能试剂的结构。活化结构包括附着活化结构(例 如有机涂料层)和化学活化结构(例如在所述高分子吸附层或高分子交联层上引入 的活化基团)。术语"活化基团"是指用以提供与功能试剂结合的基团(例如氨基、 醛基、羧基、环氧基、氨基肼、羧甲基、磺酸丙基、巯乙基批啶基、硫醇基、等 等)的基团或复合基团(例如氨基酸、氨基酸衍生物、合成肽基、合成肽衍生物基)。 活化结构还可含偶联基团。本发明中，活化固定化纳米线术语"偶联基团"是指结 合(例如硅烷偶联剂与纳米结构表面上羟基反应的共价键合)于固定化纳米线的包 被上、用以固定活化基团的基团。本发明的固定化纳米线的一项方案，活化固定 化纳米线包括分析芯片片基或传感器片基。
如前面"发明内容"部分所述，本发明第二方面，提供一种包含本发明上述同 定化纳米线的纳米装置。本发明中，术语"装置"是指具有特定功能的用品，例如 含有功能试剂的仪器；术语"纳米装置"，是指包含本发明上述固定化纳米线的 装置。本发明的纳米装置，包括包含本发明的固定化纳米线的分析或分离装置、 给药装置、化学反应装置、电子装置、半导体装置、光学装置、信息装置、等等。
一种本发明的分析或分离装置，包含功能化固定化纳米线。本发明中，术语 "分析"，是指在体外或体内进行的定性或/和定量分析；术语"分离"是指一种或多 种组分从样品其它组分的分离；术语"功能化固定化纳米线"，是指固定有生物探 针的本发明的固定化纳米线；术语"生物探针"，是指赋予所述固定化纳米线以生 物活性(例如与生物目标物反应的活性)的试剂，例如抗原、抗体、配体、配 体指数增强系统进化技术筛选的适配分子、多肽、多糖、共酶、辅因子、抗生素、 类固醇、病毒、细胞等。本发明中，术语"多肽"相当于英语中的"polypeptide"， 包括天然或合成蛋白质、蛋白质片断、合成肽、等等，免疫检测中通常的目标物 和检测中通用的配基、例如抗原、抗体、等等都属于多肽。本发明的分析或分离
装置的例子有分析芯片、酶标板、传感器、等等。
本发明中，术语"分析芯片"简称为"芯片"，包括但不限于英语中的Biochip、 Microarray、 Bioarray，是指定性和/或定量分析中的一种检测装置，其反应器中 微量功能试剂同样品中的目标分子发生反应的结果可以以可寻址的方式进行识 别；术语"纳米分析芯片"(简称纳米芯片)，是指这样一种分析芯片，其中至少一 个反应器为纳米反应器，纳米反应器中至少有一个纳米探针点。纳米探针点包含 功能化纳米结构区，具有功能化纳米结构(例如功能试剂/活化纳米线)。在纳米反 应器中，可以是全部探针点都是纳米探针点，也可以是部分探针点是纳米探针点。 纳米分析芯片上，可以是仅仅纳米探针点具有纳米结构、而其它区域不具有纳米 结构(例如在活化常规片基上固定功能化纳米粒子形成者)，也可以是纳米探针点 和至少部分其它区域都具有纳米结构(例如在活化纳米凸体片基上固定功能化纳 米粒子形成者)。本发明当然适于各种芯片，例如单反应池芯片、多反应池芯片、 流动芯片、非流动芯片、等等。
另一项方案，本发明的纳米结构试剂盒还含纳米标记物。另一项方案，本发 明的所述装置中含下述生物探针组合抗原和抗体。另一项方案，其中所述抗体 包括乙肝病毒表面抗体。另一项方案，其中所述抗原包括丙肝病毒抗原或/和艾 滋病病毒抗原。
如前面"发明内容"部分所述，本发明第三方面，提供一种本发明上述固定化 纳米线的制备方法，至少包括1).制备所述纳米线；和2).利用所述包被材料 包被所制备的纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面。
本发明的制备方法的一项方案，其中所述包被至少包括下述之一种或多种步 骤
(1).将所述涂料包被至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面；
(2) .将所述有机分子吸附至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面；
(3) .将所述有机分子吸附至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面， 再对所述高分子进行交联。
本发明的制备方法的一项方案，所述包被中涂料的重量/体积浓度小于万分之一。本发明的制备方法的一项方案，所述包被中涂料的重量/体积浓度小于十 万分之一。本发明的制备方法的一项方案，所述包被中涂料的重量/体积浓度小 于五十万分之一。
以下实施例，对本发明进行更详细的描述。
实施例
以下实施例中，所用固定化纳米线包括任何固定化纳米线(例如空心或实心 纳米线、纳米锥、纳米管、等等)，尤其是含无机材料纳米线的固定化纳米线。
其中，所述无机材料的例子有金属(例如金、铁镍合金、Ge)，非金属(例如硅)， 无机氧化物(例如无机硅)，IV族半导体，III至V族化合物半导体、碳化硅、等等。 其中，所述载体为任何可固定住纳米线的固相物质，例如有或无衬底的玻片、硅 片、陶瓷、金属氧化物、金属、其它聚合物材料及它们的复合物。以下实施例中， 用作例子的固定化纳米线，主要是购自美国Immima公司的固定化纳米线，其具 有以下特征纳米线粗细在50-100nm之间，纳米线长度0.4-3.5pm之间，无机硅 纳米线在载体上的平均分布密度约50-100纳米线4uV之间。为节约用量，根据实 验条件将其切割至最小化的尺寸使用。
实施例l:有机薄膜包被固定化纳米线的制备
本发明的第一种固定化纳米线，为有机薄膜包被固定化纳米线。可成膜的有 机物可用于本实施例中，通过选用适当的成膜方法，制备出本发明的包被固定化 纳米线，达到本发明的目的。所述可成膜的有机物，包括任何不含粒径大于100nm 的颗粒、且可在上述纳米线或/和载体上，形成厚度小于100nm的完全膜或不完 全膜的有机物。本实施例中，有机薄膜优选含有机薄膜，更优选含交联分子的有 机涂料膜。本实施例中，所用涂料可形成的涂料，按其防污染性质可为下述之一 种疏水涂料、疏油涂料、疏水疏油涂料。所述有机涂料的例子，包括有机硅涂 料、含氟涂料、聚碳酸树脂、等等。为了使所制备的包被固定化纳米线具有特殊 性能，所用涂料中还可加入不影响上述成膜条件的添加剂，例如粒径小于100nm 的添加剂。本实施例中，用作有机涂料例子的涂料，为元素有机漆、优选透明或
半透明的元素有机漆。所用元素有机漆，含有机硅，例如含有机硅的縮合共聚物 或/和接枝共聚物的高分子疏水涂料。更具体而言，所用涂料分别为聚丙烯酸脂
涂料、有机硅树脂A、有机硅树脂B、有机硅树脂GRT-350。按供货方(晨光化工
设计院有机硅中心)的说明有机硅树脂A为基于二甲基硅氧烷和甲基丙烯酸 3-(甲基甲硅烷基)共聚物的硅氧垸接枝共聚物涂料；有机硅树脂B为基于含(甲基
丙烯酸酰氧)丙基终端的二甲基硅氧垸和甲基丙烯酸类单体的硅氧烷接枝共聚物
涂料；有机硅树脂GRT-350为以有机硅单体(硅氧烷醇类)为主要原料经水解缩合 制得的有机硅树脂。其中，有机硅树脂的平均分子量都大于10,000、甚至大于 30,000。所用涂料的表面接触角都大于60度，大于80度(例如聚丙烯酸脂涂料、 有机硅树脂A、有机硅树脂B)，甚至大于110度(有机硅树脂GRT-350)。
本实施例中一种制备方法，其至少包括将洁净涂料溶液用其溶剂，例如乙 醇，稀释至重量/体积比浓度十万分之一至百万分之一间，在3，000rpm/min条件 下离心取上清液。然后，将上清液与固定化纳米线接触并进行包被，再对包被物 进行固化。其中，包被条件包括温度在10-3(TC之间，时间在0.5-15小时之间； 固化条件包括温度在40-8(TC之间，时间在3-15小时之间。通过调节这些反应 条件范围，可获得所需的优化条件。
通过调节上清液液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳 米线中有机薄膜的覆盖位置和面积。从而，附着在纳米线上的包被，可以附着在 载体上、或/和全部或部分纳米线上；可以附着在整条纳米线上，也可以附着在 纳米线的一部分(例如顶部、底部或中部)上。当纳米线为中空纳米线时，包被可 在纳米线之外表面或/和内表面。
实施例2:髙分子吸附层包被固定化纳米线的制备
本发明的第二种包被固定化纳米线，为高分子吸附层包被固定化纳米线。可 被纳米线或/和载体吸附的高分子，可用于本实施例中，通过选用适当的吸附方 法，制备出本发明的包被固定化纳米线，达到本发明的目的。所述高分子，包括
任何可在上述纳米线或/和载体上，形成厚度小于100nm的完全或不完全吸附层
者。本实施例中，所用高分子优选含吸附基团的高分子吸附剂。所述吸附基团， 包括离子基团、亲和基团、疏水或/和疏油基团、等等。为了使所制备的包被固 定化纳米线具有特殊性能，所用高分子中还可加入不影响上述成层条件的其它功 能基团，例如控制导电性的基团。具体的吸附基团，可根据要包被的纳米线或/ 和载体的吸附性质，根据已知的吸附原理来选择。离子基团的例子有二乙氨基 乙基、二乙基一(2 —羟丙基)氨乙基、羧甲基、磺酸丙基、巯乙基吡啶基、硅 氧烷基、硫醇基。
本实施例中，用作例子的高分子吸附剂包括聚离子型有机物(例如聚赖氨
酸)、离子型衍生高聚物(例如DEAE —葡聚糖、QAE —纤维素、DEAE —琼脂 糖)、高分子表面活性剂(例如聚乙烯吡咯垸酮)、蛋白质(例如白蛋白)、等等。 这些高分子吸附剂，基本上是从市场购得，只有DEAE —葡聚糖、和DEAE —琼 脂糖是按己知方法自制的(参考发明人之一的文章)。其中，高分子吸附剂的平均 分子量都大于5,000、多数大于30，000、个别甚至大于60,000。
本实施例中一种制备方法，其至少包括将重量/体积比浓度l/10，000至 1/100,000之间的高分子吸附剂溶液，在3，000rpm/min条件下离心取上清液。然后， 将上清液与固定化纳米线接触并进行包被，再干燥。其中，包被条件包括温度 在10-3(TC之间，时间在0.5-10小时之间；干燥条件包括温度在20-4(TC之间， 时间在3-10小时之间。通过调节这些反应条件范围，可获得所需的优化条件。
通过调节上清液液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳米 线中高分子吸附层的覆盖位置和面积。从而，附着在纳米线上的包被，可以附着 在载体上、或/和全部或部分纳米线上；可以附着在整条纳米线上，也可以附着 在纳米线的一部分(例如顶部、底部或中部)上。当纳米线为中空纳米线时，包被 可在纳米线之外表面或/和内表面。
实施例3:交联有机分子层包被固定化纳米线的制备
本发明的第三种固定化纳米线，为交联有机分子层包被固定化纳米线。有机 分子可用于本实施例中，通过选用适当的吸附方法和交联方法，制备出本发明的 包被固定化纳米线，达到本发明的目的。所述有机分子，包括任何可在上述纳米
线或/和载体上，形成厚度小于100nm的完全或不完全吸附层、且进行交联反应 者。本实施例中，所用有机分子优选含吸附基团的有机分子吸附剂。所述吸附基 团，与实施例2中的高分子吸附剂上的吸附基团相类似。为了使所制备的包被固 定化纳米线具有特殊性能，所用有机分子中还可加入不影响上述成层条件的其它 功能基团，例如控制导电性的基团。具体的吸附基团，可根据要包被的纳米线或 /和载体的吸附性质，根据己知的吸附原理来选择。交联剂和交联反应条件的选 择，根据有机分子己知的交联反应进行。有机分子，可以是小分子单体(例如各 种氨基酸)，也可以是上述实施例2中的高分子吸附剂。
本实施例中，用作例子的吸附剂包括DEAE—葡聚糖和DEAE—琼脂糖。实 施例2中其它所述高分子吸附剂，也可按照已知的交联反应进行交联，制备本发 明的交联有机分子层包被固定化纳米线。本实施例中，所用交联剂可以是任何可 以使上述有机分子进行交联反应的化学试剂。本实施例中，所用交联剂为环氧氯 丙烷。本实施例中一种制备方法，其至少包括将实施例2制备的已干燥DEAE 一葡聚糖和DEAE —琼脂糖吸附层包被固定化纳米线，分别用环氧氯丙烷进行交 联(参考Coated Silica Supports For High-Performance Affinity Chromatography Of Protein, Journal Of Chromatography, 476， (1989) 195-203，)。被吸附的氨基 酸的交联，可参考公知的氨基酸交联方法进行。
通过调节有机分子溶液液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制交联有机 分子层包被固定化纳米线中交联有机分子层的位置和面积。从而，附着在纳米线 上的包被，可以附着在全部纳米线上，也可以附着在部分纳米线上；可以附着在 整条纳米线上，也可以附着在纳米线的一部分(例如顶部、底部或中部)上。当纳 米线为中空纳米线时，包被可在纳米线之外表面或/和内表面。
实施例4: 一层包被多种交联材料的包被固定化纳米线的制备 本发明的第四种固定化纳米线，为一层包被多种材料的包被固定化纳米线。 其中，包被包含多种交联结构。多种交联结构的引入，有时可改进包被质量。本
实施例中，用以形成交联结构的包被材料，与上述实施例1至3中所用包被材料
同，它们互相兼容。本实施例中的一个例子，形成交联结构的包被材料选用实施 例l所用的不同涂料。本实施例中的另一个例子，形成交联结构的包被材料选用
一种实施例1所用涂料和一种实施例3所用有机分子。本实施例中一种制备方法 为将用于形成交联结构的多种包被物(例如不同涂料)的混合溶液，与固定化纳 米线上需要包被的部位接触，并进行包被反应和交联反应(例如实施例1的制备 方法)。同上述实施例1至3相同，本实施例中，通过调节包被物溶液液位或/和 进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳米线中包被的位置和面积。
实施例5:多层包被一种交联材料的包被固定化纳米线的制备
本发明的第五种固定化纳米线，为多层包被一种材料的包被固定化纳米线。 其中， 一层以上的多层包被仅包含一种交联结构。多层包被，有时可改进包被质 量。本实施例中，用以形成交联结构的包被材料，与上述实施例1至3中所用包 被材料同。本实施例中的一个例子，形成交联结构的包被材料选用实施例1所用 的涂料(例如有机硅树脂GRT-350)。本实施例中一种制备方法为将用于形成交 联结构的包被物(例如涂料)溶液，与固定化纳米线上需要包被的部位接触，并进 行包被反应和交联反应(例如实施例1的制备方法)。然后，再重复一次或多次上 述接触、包被反应和交联反应。同上述实施例1至3相同，本实施例中，通过调 节包被物溶液液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳米线中包 被的位置和面积。
实施例6:多层包被多种交联材料的包被固定化纳米线的制备
本发明的第六种固定化纳米线，为多层包被多种交联材料的包被固定化纳
米线。其与实施例5中制备的多层包被一种材料的包被固定化纳米线的区别，在 于这里的多层包被是分别使用多种形成交联结构的包被材料形成。本实施例中， 用以形成交联结构的包被材料，与上述实施例5中所用包被材料同。本实施例中 的一个例子，形成交联结构的包被材料选用实施例1所用的不同涂料。本实施例 中一种制备方法为将用于形成第一层包被交联结构的第一种包被物(例如有机 硅树脂A)溶液，与固定化纳米线上需要包被的部位接触，并进行包被反应和交 联反应(例如实施例1的制备方法)。然后，再用用以形成第二层包被交联结构的
第二种包被物(例如有机硅树脂GRT-350)溶液，重复一次或多次上述接触、包被 反应和交联反应。同上述实施例1至3相同，本实施例中，通过调节包被物溶液 液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳米线中包被的位置和面 积。
实施例7:掺有其它功能材料的包被固定化纳米线的制备
本发明的第七种固定化纳米线，为掺有其它功能材料的包被固定化纳米 线。其中，包被包含交联结构和至少一种其它功能材料。后一种材料，往住具有 不同于形成包被的其它功能。其它功能材料的例子有增加包被表面反应活性的 活化剂、改变电导性的试剂、改变光透性的试剂、等等。本实施例中，用以形成 交联结构的包被材料，与上述实施例l-3中所用包被材料同，其还应当与其它功 能材料兼容。
本发明的掺有其它功能材料的包被固定化纳米线，可以是单层包被、也可以 是多层包被。多层包被中，其它功能材料可掺在部分层上、也可掺在全部层上。 掺在部分层上时，其它功能材料可掺在任选的部分层上(例如外层或内层)。
本实施例中的一个例子，形成交联结构的包被材料选用实施例1所用涂料， 其它功能材料为用作活化剂的氨基酸。本实施例中一种制备方法为将用于形成 交联结构的包被物(例如有机涂料)与优化浓度的其它功能材料(例如活化剂氨基 酸)的混合液，与固定化纳米线上需要包被的部位接触，并进行包被反应和交联 反应(例如实施例1的制备方法)。同上述实施例1至3相同，本实施例中，通过调节包被物溶液液位或/和进行局部保护(例如预涂)，可控制包被固定化纳米线中 包被的位置和面积。
实施例8:包被固定化纳米线的基本性质
未包被的固定化纳米线，被用作性质研究中的对照物。
本发明实施例制备的固定化纳米线，其几何性质的测定，利用SPA—300HV 型扫描探针显微镜及分析软件测定。以上实施例制备的含包被纳米线的固定化纳 米线的几何性质为至少在部分所述载体上包被纳米线的分布密度在50-100纳米 包被纳米线的半高处直径小于120nm，部分小于60nm;包被纳米线的高 度在0.8-3.1^m;包被在所述包被纳米线的半高处的厚度小于100nm、多数小于 10nm、个别小于5nm。以上实施例制备的含包被载体的固定化纳米线的几何性质 为纳米线的分布密度在50-100纳米线 m 纳米线粗细在50-100nm之间；纳米 线长度0.4-3.5pm之间；包被在所述载体上的厚度小于l,OOOnm、多数小于100nm、 个别小于15nm。
本发明实施例制备的固定化纳米线、尤其是含包被纳米线的固定化纳米线， 其上的表面静态水接触角的测定，参考公知的平面固体物质表面的表面静态水接 触角的测定方法进行。测定在固定有纳米线的区域上进行。表面静态水接触角结 果是对照物小于30度，含疏水包被纳米线的固定化纳米线大于40度、个别大 于45度、更有个别大于50度、甚至个别大于55度。
本发明实施例制备的固定化纳米线，其化学稳定性的测定，利用强酸或强碱 来测定。例如，将待检测固定化纳米线放入98%硫酸中浸泡IO小时，对照物可 观察到、而本发明实施例制备的固定化纳米线(尤其是以有机涂料为包被表面的 单层或多层固定化纳米线)观察不到肉眼可见的纳米结构破坏。此外，众所周知， 某些无机化合物(例如氧化硅)即使在pH9-12之间或pH3-5之间也是不稳定的，
而耐酸、碱(例如耐酸、碱涂料、交联聚多糖)包被将提高其稳定性。
本发明实施例制备的固定化纳米线，其机械稳定性的测定，利用超声波发射
仪(例如超声波清洗器)进行。检测时，将对照物和本发明实施例制备的包被固定 化纳米线，放于加有水的杯子中。在优选的超声强度下，对照物在超声45分钟 时可观察到纳米结构破坏。而本发明实施例制备的包被固定化纳米线，即使在超 声1小时后，仍观察不到类似纳米结构破坏。尤其是本发明实施例制备的有机薄 膜包被固定化纳米线，即使在超声2小时后，仍观察不到类似纳米结构破坏。从 而，本发明实施例制备的包被固定化纳米线，显示了很高的机械稳定性，包括纳 米线与载体之间结合的加固强度，和纳米线本身加强了的抗冲击强度。
此外，众所周知，高疏水或双高(高疏油和高疏水)表面的引入，有利于表面 抗污染性的提高。还有，由于表面包被的引入，可更有效地引入不同的功能层，
例如绝缘层、导电层、半导体层(例如可以进行掺杂Doping)、活化层、等等， 大大方便多方面的应用。以下实施例11中，将以表面包被是活化层为例，说明 本发明实施例制备的固定化纳米线的应用。
实施例9活化固定化纳米线的制备例子
本实施例制备的活化固定化纳米线，可用作分析芯片活化片基、酶标 多孔板活化片基、生物传感器活化片基、等等。本发明实施例制备的部分包被固 定化纳米线(例如有机硅树脂膜包被固定化纳米线)，可用作活化载体，直接固定 生物探针。本发明实施例制备的离子交换或表面活性剂高分子吸附层包被固定化 纳米线，也可用作活化载体，直接固定生物探针。本发明实施例制备的有机分子 交联层包被固定化纳米线，可先对有机分子交联层作活化处理，然后固定生物探 针。本实施例中，有机分子交联层的活化处理，应用相关有机分子交联层(例如 聚多糖交联层)的已知活化技术(例如聚多糖层析凝胶的活化技术)进行(参考 Coated Silica Supports For High-Performance Affinity Chromatography Of Protein, Journal Of Chromatography, 476， (1989)195-203)。本实施例制备的活化固定化纳 米线，在实施例10中将被用作分析装置反应器的活化载体。
实施例10纳米装置的制备例子
本实施例中制备的纳米装置，为含本发明包被固定化纳米线的装置。装置可 以是任何含本发明包被固定化纳米线的装置，例如电子装置、光学装置、记忆装 置、化学装置、分析装置、纯化装置、等等。本实施例中，用作例子的装置为分 析装置。
本实施例中，纳米装置的制备方法，原则上与相应非纳米结构装置(例如分 析芯片、酶标反应器、传感器、等等)的制备方法，并无本质不同。都是通过点 样，来将探针固定在活化载体上。例如，分析芯片的制备中，包括用适当的现有
手工或机械点样方法，将每种探针点3个样在活化载体上。其中，固定化反应条 件如下功能试剂浓度0.1-2mg/ml;功能化纳米粒子浓度(w/v)0.01-3。/。；缓冲液 pH5.0-9.5;反应温度20-37。C;反应时间0.5-72小时。通过调节这些参数可获得 所需的优化条件。必要时还包括纳米结构装置的钝化。常用钝化剂包括蛋白质和 氨基酸。同样的反应条件，还可用以制备含功能化定向纳米结构载体的纳米酶标 反应器、生物传感器、等等。此外，高疏水或双高(高疏油和高疏水)涂料包被固 定化纳米线，与未包被固定化纳米线比较，其上探针溶剂点在固定化纳米线上时， 有更小的湿润现象，可在纳米线上固定更高密度的探针，有利于提高灵敏度。
本实施例中，所用生物探针包括多肽、抗原、抗体、及其它功能试剂。其
中所用合成多肽包括EBV—VCA—P18抗原(简称EBV抗原；自制，制备方法 参考Tranchand—Bunel， D.， Auriault， C.， Diesis， E.， Gras—Masse， H. (1998) Detection of human antibodies using "convergent" combinatorial peptide libraries or "mixotopes" designed form a nonvariable antigen: Application to the EBV viral capsid antigen pi8， J. Peptide Res. 52， 1998， 495 — 508);所用抗原包括丙肝病 毒抗原(HCVAg)，艾滋病病毒抗原(HIVAg)，梅毒抗原(均为北京大学人民 医院肝病研究所提供)；所用抗体包括抗乙肝病毒表面抗体(HBs Ab，北京大学 人民医院肝病研究所提供)；所用其它功能试剂包括蛋白质A(上海生物制品研 究所)。本实施例的方法也适于其它生物探针，例如药物、多糖、维生素、抗生素、生物素、亲和素、功能有机物、单链或多链DNA、 RNA、以及病毒、细
胞或它们的组成。
本实施例中，多种类功能化反应器所含至少二种功能试剂，可以是下列之--
的组合核酸和多肽、细胞和多肽、抗原和抗体、等等。其制备方法，包括将探 针抗原和探针抗体固定在上述活化载体上。固定化反应条件如前所述。其中所用 探针抗原和探针抗体组合包括A.包含乙肝病毒表面抗体和丙肝病毒抗原；B. 包含乙肝病毒表面抗体、丙肝病毒抗原、和艾滋病毒抗原；C.包含乙肝病毒表面 抗体、丙肝病毒抗原、艾滋病毒抗原、和肿瘤标记物抗原。此外，该组成配套的 标记物，不应与任何探针或目标物发生非特异的抗原-抗体反应。优选的标记物 为以下标记物组合之一A、特异性标记抗体和特异性标记抗原；B、不同结构 特异性标记抗抗体；C、种属特异性标记抗抗体和特异性标记抗体或/和特异性标 记抗原；D、结构特异性标记抗抗体和特异性标记抗体或/和特异性标记抗原；E、
基于上述组合的各种衍生组合。
实施例11本发明实施例制备的装置的应用例子
本发明实施例10制备的装置，可以按公知的相应装置或试剂盒的应用方法
去应用。例如，非流动芯片测试方法如下将适当稀释的测试样品3-5^tl分别加 入相应芯片的反应池中，37t:反应30分钟后用洗涤液冲洗，再加入3-5pl适当浓 度的标记物，在37'C反应30分钟后用洗涤液冲洗，然后干燥再进行扫描。扫描 仪为共聚焦激光扫描仪(Afymetrix公司GMS418芯片扫描仪)，扫描激发光波 长532 nm，发射光波长570nm，激光强度/增益为35/50至55/70，读取的信号经 处理软件UAGUARII)处理，然后取平均值后得到结果。
本实施例中，样品分别为HCV抗体阳性血清，HIV,+2抗体阳性人血清， HBsAg阳性血清，EBV抗体阳性血清，梅毒抗体阳性血清，和阴性血清(HCV 抗体、HIV,+2抗体、HBs Ag和梅毒抗体都为阴性的血清)。所有的样品均经使 用经典的ELISA方法在血清IO倍稀释反应条件下预先检测。本实施例中，芯片
测试时使用的标记物为常规标记物，例如罗丹明标记二抗、罗丹明标记对应抗
原、罗丹明标记对应抗体、罗丹明标记对应抗原和对应抗体。本实施例中，阳性 样品的可测最低限度，通过阳性样品稀释至判定阴、阳性的临界浓度来表示。
本实施例中，所用含本发明的包被固定化纳米线的芯片选自实施例io(简 称制备芯片)，所用对照芯片为以未包被固定化纳米线为活性载体、使用与实施
例10相同的制备方法制备的芯片(简称对照芯片)。
本实施例中，制备芯片与固定可相同探针的对照芯片比较1).在优选的功
能试剂浓度(例如点样时功能试剂浓度0.1 -0.2mg/ml)T ，使用相同阳性样品时在 相同扫描条件下的平均信号读数高100%以上。2).在优选的功能试剂浓度(例如 点样时功能试剂浓度0.1-1.0mg/ml)下，可检出的阳性样品最低浓度分别要低2倍 以上。尤其是，在以优选的多层包被固定化纳米线为活性载体的芯片，具有较高 的。这说明，本发明的装置，除了具有实施例9所述稳定性等优点之外，还可具 有明显改进的功能、例如更高的反应灵敏度。
权利要求
1、一种固定化纳米线，其至少包含载体、载体上固定的纳米线、和所述纳米线上的包被或/和所述载体上的包被，其中所述包被为单层或多层。
2、 按照权利要求1所述的固定化纳米线，其中包被纳米线的半高处直径小 于100nm，所述包被纳米线包含所述纳米线和所述包被。
3、 按照权利要求2所述的固定化纳米线，其中所述包被纳米线上至少部分 所述包被的平均厚度小于100nm、优选小于10nm。
4、 按照权利要求1或2所述的固定化纳米线，其具有下述一种或多种特征:A) 至少在部分所述载体上所述纳米线的分布密度大于50根/iim2;B) 所述纳米线的半高处直径小于100nm; Q所述纳米线的高度大于0.5pm。
5、 按照权利要求1所述的固定化纳米线，其中所述载体上的所述包被的平 均厚度小于l，OOOnm、优选小于100nm。
6、 按照权利要求l、 2或5所述的固定化纳米线，其中所述固定化纳米线 上的表面静态水接触角大于40度。
7、 按照权利要求l、 2或5所述的固定化纳米线，其中所述纳米线含无 机材料，或/和所述包被含有机材料。
8、 按照权利要求7所述的固定化纳米线，其中所述有机材料含交联有机分子。
9、 按照权利要求7或8所述的固定化纳米线，其中所述包被包括有机膜。
10、 按照权利要求9所述的固定化纳米线，其中所述有机膜包括有机涂料膜。
11、 按照权利要求7所述的固定化纳米线，其中所述包被包括高分子吸附层。
12、 按照权利要求7或8所述的固定化纳米线，其中所述包被包括有机分子 交联层。
13、 一种包含有权利要求1一12之一所述的固定化纳米线的装置。
14、 一种制备权利要求1一12之一所述的固定化纳米线的制备方法，至少包括1) 制备所述纳米线；2) 利用所述包被材料包被1)所制备的纳米线或/和固定有所述纳米线的所 述载体表面。
15、 按照权利要求14所述的制备方法，其中所述包被至少包括下述之一种或多种步骤(1) 将所述涂料包被至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面；(2) 将所述高分子吸附至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面；(3) 将所述有机分子吸附至所述纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表 面，再对所述有机分子进行交联。
全文摘要
本发明公开了一种固定化纳米线及其包含装置和制备方法，涉及提供一种固定化纳米线，其至少包含载体、载体上固定的纳米线、和所述纳米线上的包被或/和所述载体上的包被，其中所述包被为单层或多层；涉及提供一种包含本发明固定化纳米线的装置，以及提供一种制备本发明固定化纳米线的方法，至少包括1)制备所述纳米线；2)利用所述包被材料包被所制备的纳米线或/和固定有所述纳米线的所述载体表面。本发明的突出优点是包被固定化纳米线比之未包被固定化纳米线，具有更高的牢靠性(Robust)，例如更高的稳定性、应用适应性、或/和抗污染性。本发明的纳米装置，除了具有更高的牢靠性，而且还可以有更好的性能，例如更高的灵敏度。
文档编号B82B1/00GK101195473SQ200610022448
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者王建霞, 邹方霖, 陈春生 申请人:成都夸常医学工业有限公司