一种实现纳米线生物传感器表面修饰的方法与流程

本发明涉及生物传感器，具体涉及一种实现纳米线生物传感器表面修饰的方法。

背景技术：

集成电路自发明以来，通过不断缩小其特征尺寸，同时集成其他微机械系统元件，能够有效地提高芯片性能。而近年来，微纳技术与生物技术的结合引起了学术界与工业界的广泛关注。微型生物传感器是一种以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、细胞等)作为敏感基元，将生物信息转换成电信号，以实现对环境中的生物信号进行监测的元件。纳米线拥有很高的表面积体积比，满足生物传感对于灵敏度的要求，因此被视为最有发展潜力生物传感器件之一。

目前业界对纳米线表面进行修饰的方法，主要采用溶液滴定的方法修饰表面。如进行蛋白修饰，具体是将混合有APTES、交联剂(如戊二醇)和蛋白质的溶液滴定至纳米线带有羟基的二氧化硅表面，溶液中的APTES作为中间受体，与纳米线表面的羟基发生偶联反应，形成共价键，同时露出APTES一端的氨基，在戊二醇等交联剂的作用下，蛋白质的羧基端再与APTES的氨基端发生脱水缩合，形成肽键，至此达到对纳米线表面进行蛋白修饰的目的。这种方法具有较低的偶联效率，待修饰生物分子在纳米线表面的富集度不够，同时APTES是有机大分子，以此作为中间受体会增加待修饰分子与纳米线表面的德拜长度，无法满足生物传感对高灵敏度、高信号强度的要求。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种基于等离子体处理，在纳米线生物传感器表面引入氨基的修饰方法。该方法能够满足生物传感对高灵敏度、高信号强度的要求。

本发明的技术方案如下：

一种实现纳米线生物传感器表面修饰的方法，包括以下步骤：

1.去除纳米线生物传感器待修饰表面的自然氧化层和有机沾污，露出纳米线的氢键；

2.对纳米线生物传感器待修饰表面进行氨气或氮氢混合气体的等离子体处理，纳米线表面被修饰上氨基(-NH₂)；

3.将混合有交联剂和待修饰生物分子的溶液滴定至纳米线生物传感器待修饰表面，生物分子在交联剂的作用下与纳米线的氨基形成共价键，完成对纳米线生物传感器表面的生物修饰。

进一步地，步骤1中所述的纳米线可以采用硅、锗等半导体材料进行制备，也可以用石墨烯等二维材料进行制备；

进一步地，步骤1中去除表面有机沾污的方法可以是有机清洗、浓硫酸清洗、发烟硝酸清洗、氨水和双氧水混合清洗等；

进一步地，步骤1中去除表面氧化层的方法可以是盐酸清洗、氢氟酸清洗等；

进一步地，步骤2中用于等离子处理的气体可以是氨气，也可以是氮气和氢气的混合气体；

进一步地，步骤2中等离子处理过程如下：将氨气或者氮氢混合气体注入到等离子反应腔中，氨气或者氮氢混合气体分解成为氮离子和氢离子，氮离子与氢离子结合生成氨基基团(-NH₂)，取代纳米线待修饰表面的氢离子；等离子反应腔可以是感应耦合等离子体(ICP)腔，也可以是其它任何可以产生等离子体的腔体；

进一步地，步骤2中所述的等离子体处理中气体流量为5-100sccm，气压为8-200mTorr，用于产生等离子体的功率为20-1500W，等离子体处理时间为5s-60min，处理温度为室温；

进一步地，步骤3中所述的交联剂可以是戊二醇、SMCC(琥珀酰亚胺基4-(N-马来酰亚胺甲基)环己烷-1-羧化物)、EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)/NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)等能使纳米线表面的氨基端和待修饰分子的羧基端发生脱水反应的有机试剂。

本发明的优点和积极效果如下：

a)相比采用APTES溶液滴定的方法引入氨基，本发明提出的等离子体处理方法能够在纳米线生物传感器待修饰表面形成更均匀、更高密度的氨基基团，使得后续待修饰分子的修饰密度也大大提高；

b)相比采用APTES这类有机大分子作为中间受体，用等离子体直接在纳米线生物传感器表面引入氨基，能够减小待修饰分子进行生物传感的德拜长度，大大提高生物传感的灵敏度和信号强度；

c)工艺简单，成本代价小。

附图说明

图1-4是本发明提出的一种实现纳米线生物传感器表面修饰的方法的流程示意图，其中：

图1去除沾污和自然氧化层；

图2采用等离子体处理，在纳米线生物传感器待修饰表面引入氨基基团；

图3滴定交联剂和蛋白质的混合溶液至纳米线生物传感器待修饰表面；

图4蛋白质的羧基在交联剂作用下与氨基发生脱水反应，形成肽键，完成蛋白质修饰；

图5为图1～图4的图例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

根据下列步骤可以在纳米线生物传感器表面实现蛋白质的修饰，生物传感器衬底采用氧化硅，纳米线为单晶硅：

1)对单晶硅纳米线表面利用发烟硝酸洗去有机沾污，再用氢氟酸洗去自然氧化层，露出纳米线表面的氢键。如图1所示；

2)将待修饰的纳米线生物传感器基片放入感应耦合等离子体(ICP)腔，再对腔内通入氨气，氨气流量为12sccm，气压为10mTorr，用于产生等离子体的功率为500W，等离子体处理时间为2min，处理温度为室温，纳米线表面被修饰上氨基(-NH₂)，如图2所示；

3)将混合有戊二醇和蛋白质的溶液滴定至纳米线待修饰表面，如图3所示；

4)蛋白质分子的羧基端(-COOH)在戊二醇的交联作用下，与单晶硅纳米线表面的氨基产生脱水反应，形成肽键结合，完成蛋白质对单晶硅纳米线表面的修饰，如图4所示；

最终在硅基纳米线表面上实现高密度、高均匀性的蛋白质分子修饰。

本发明实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。