专利名称：一种聚合物纳米阵列电化学生物传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学与材料科学以及传感测试技术，特别提供了一种聚合物纳米阵列电化学生物传感器。
背景技术：
关于电化学生物传感器的相关技术状况简介如下 1、导电聚合物在电化学生物传感器中已经有了较为广泛和深入的应用。1986年，Foulds和Lowe将葡萄糖氧化酶(GOD)包埋在吡咯聚合物中，并以此构建了酶传感器，揭开了导电聚合物构建生物传感器的序幕。随后，许多学者相继将不同的酶、辅酶、抗体、核酸及其衍生物甚至细胞和组织等生物物质固定于不同的导电聚合物中，形成各种新型的生物传感器。导电聚合物生物传感器的主要特点是响应性能强，制作过程简单可控。长期以来有关电化学传感器的研究主要围绕着酶传感器。近年来，利用导电聚合物为基质材料的生物传感器来研究核酸及其衍生物的报道呈上升趋势。虽然电化学生物传感器具有检测速度快的特点，但是灵敏度只在pmol/L的水平上，这还不能满足分子诊断等实际应用的要求。
随着分子生物学技术的快速发展和人类基因组计划的完成，对于核酸分子检测的意义越来越为重要。目前通用的检测方法多依赖于聚合酶链扩增技术(polymerase chain reaction，PCR)。PCR方法比较昂贵而且检测过程长，在扩增过程中还容易引入错配，并且检测灵敏度也有限定。如何进行快速、准确、灵敏、以及环境友好的进行检测一直是基础研究和应用研究关注的课题。
由导电聚合物制备的传感器具有响应快、检出限低、线性范围宽等优点。聚苯胺传感器已经应用于气体监测上。在生物分子的检测上有葡萄糖传感器和尿酸酶传感器等。在现有的导电高分子生物传感器中，导电高分子多以颗粒聚合膜的形式存在。这是一种非定向的纤维状态，影响了导电高分子生物传感器的灵敏度。
导电聚合物电化学生物传感器一般由三部分组成支持电极(提供机械结构以及传导电信号)，附着在支持电极上的导电聚合膜(用于固定生物传感元件)，和固定在导电聚合膜上的生物传感元件(用于特异性地识别待检测物质并与之发生反应)。导电聚合膜的厚度、形态、孔隙度都直接影响生物传感器的检测性质。
现在有些研究中，在生物传感器上使聚合物以微管阵列的形式存在，因而具有较高比表面积，这样就大大增加了被探测物质(通常只有大约10-10M或者更低的浓度)与电极之间的接触，因而也具有较高的灵敏度，但是该灵敏度仍旧较低，不能满足实际应用的需要。
2、纳米技术在生物传感器中的应用 针对普通电化学生物传感器存在的选择性差、灵敏度低，稳定性差等缺点，纳米技术以及纳米材料提供了较好的解决办法。各种金属纳米颗粒、纳米线以及纳米管都可用于改善电化学电极的表面特性，提高生物传感器的灵敏度与稳定性。纳米金粒子已经被用于高灵敏的核酸检测中。Mirkin等利用纳米金标记的寡核苷酸显著地改变了杂交核酸双链的解链特性。这种方法与银颗粒的催化增强效应结合后，可以使检测灵敏度高于传统的荧光检测灵敏度的100倍。他们还将该方法派生出结合纳米金颗粒的电子检测方段。Wang等发展了一种基于电活性的微球核酸及其衍生物检测方法。金与铜的合金纳米颗粒也被用于高灵敏度的核酸检测。另外，纳米碳管涂层、阵列、复合材料都已用于核酸检测。纳米碳管作为探针的固定媒介和杂交信号的转换媒介，极大提高了核酸生物传感器的灵敏度。硼掺杂的硅半导体纳米线也用于实时的高灵敏度生物检测方法。由于硅纳米线在生物检测过程中，表面电荷的变化而引起的硅纳米线质子化与去质子化引起的导电率随pH值变化，且在较大的范围内表现出较好的线性关系。
3、聚合物纳米材料在生物传感器中的应用 使用聚合物纳米材料作为生物传感器敏感元件，同样可以极大地增加传感器与被检测物质的接触，提高电极表面积，进而提高生物传感器的灵敏度。这使它在环境监测、细菌探测、糖尿病葡萄糖检测以及各种生物大分子检测中极大地提高了传感器的灵敏度(几个数量级)，为更好地保护环境、早期疑难疾病的高精度检测提供了可能，因此成为聚合物纳米材料研究最多的方面之一。
目前利用导电聚合物纳米材料作为修饰传感电极的传感元件，多是纳米颗粒薄膜或者非定向的聚合物纳米纤维阵列。这种聚合物纳米材料的生物传感器灵敏度远低于纳米金或纳米碳管的生物传感器，不能满足实际检测的需要。
因此，人们期望获得一种技术效果更好的利用导电聚合物纳米材料的电化学生物传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果更好的聚合物纳米阵列电化学生物传感器。其包含有以下三部分支持电极、固定在支持电极上的聚合物、连接在聚合物上的生物传感元件；其特征在于所述的聚合物形态为排列整齐、具有方向性的纳米纤维阵列或纳米管阵列。
本发明所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器中，如上所述的支持电极上的聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列是以构建在支持电极上的氧化铝纳米孔阵列为模板合成的。所谓的“合成”具体结果可以是以下多种纳米管可以是单层或多层的；纳米管具体可以由高分子单链构成或由高分子多链构成；所述的纳米纤维阵列或纳米管阵列的形态可以通过控制聚合时间来控制。
所述的支持电极所用的材质具体包括以下几种之一或其组合石墨、金、铂、汞等。
本发明中，所述的构建在电极上的纳米孔阵列氧化铝模板的形成过程是首先在支持电极上沉积一层铝膜，然后对这层铝膜进行阳极氧化以制备具有纳米孔阵列的氧化铝模板； 所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体可以是以下方法中的一种磁控溅射、化学沉积、电化学沉积。
本发明所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，具体而言通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列时应用下述方法之一引发聚合应用化学方法引发聚合、应用电化学方法引发聚合； 其中应用化学方法通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管的具体方法优选包括以下两种 其一，采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的单体具体为以下几种之一或其组合苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为以下几种之一或其组合(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2； 其二，采用单体与引发剂同时掺杂酸共同聚合形成导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的单体具体为以下几种之一或其组合苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为以下几种之一或其组合(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的掺杂酸具体为无机酸或有机酸，其中 无机酸包括以下三者之一或其组合盐酸、硫酸、高氯酸；有机酸包括以下三者之一或其组合草酸、柠檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、对甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)。
另外的，应用电化学方法通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列的具体方法优选包括以下两种 其一，使用单体在一定电压下聚合形成非导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的电压范围是-0.2～+1V(所述的电压范围优选是0～0.8V)； 其二，首先配制酸性电解液；然后向酸性电解液中加入单体，搅拌均匀；之后再用恒电位法、恒电流法、循环伏安扫描法、线性扫描电位法共4种方法中的任意一种，在一定的电压下聚合形成导电聚合物；其中 所述的酸性电解液为无机酸电解液或/和有机酸电解液，无机酸具体可以为以下几种之一或其组合盐酸、硫酸、高氯酸；有机酸具体为以下几种之一或其组合草酸、柠檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、对甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)； 以上所述的单体具体为以下几种之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的一定的电压具体范围是-0.2V～1V(所述的电压范围优选是0～0.8V)。
本发明通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列的同时，采用包埋法将生物传感元件包埋在聚合物中，然后固定在支持电极上。
在如上所述的基础上，本发明在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物纳米纤维阵列或聚合物纳米管阵列之后，需要去除氧化铝模板，具体为以下方法之一化学溶解、机械打磨、溅射剥离；其中使用化学溶解的方法在支持电极上去除氧化铝模板时所使用的化学试剂优选可以是以下几种之一硫酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾。
针对本发明所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，在支持电极上构建聚合物纳米纤维阵列或聚合物纳米管阵列并将纳米多孔氧化铝模板去除以后，所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用方法具体为以下四大类之一 其一，采用手臂连接分子将生物物质连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上并进行相关的检测； 优选的手臂连接分子包括以下三大类硅烷；乙基-(3-二甲基丙级)碳二亚胺盐酸盐(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropy-1)-carbodiimide，EDAC；戊二醛C5H8O2； 其二，采用生物物质本身所具有的如下基团之一种或其组合将生物物质直接以共价连接方式连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上巯基(-SH)、羟基(-OH)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)、氨基(-NH2)、亚氨基(-NH-)；磷酸及相关基团(具体包括-PO4、-HPO4、-H2PO4)；硫酸及相关基团(具体包括-SO3、-SO4、-HSO3、-HSO4)； 其三，采用抗生物素蛋白-生物素系统(Avidin-biotin)将生物物质连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上； 其四，采用抗体-抗原耦联系统将生物传感元件固定在聚合物纳米阵列上。
本发明一种如上所述的电化学生物传感器，其可以用于对下述对象的检测核酸及其衍生物、蛋白质、酶、化学小分子、气体等。
本发明实际涉及设计研究人员应用自己创造的一种实用的方法制备由高度定向的聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列修饰的电极。该方法利用构建于电极上的纳米多孔阵列氧化铝模板作为辅助，在电极上合成高度定向的聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列并用于高灵敏度的生物检测中。
在合成聚合物一维纳米材料(包括纳米纤维阵列与纳米管阵列)的所有可能的方法中，模板方法具有特殊优势。模板方法合成聚合物一维纳米材料具有形态均一、长径比可控以及导电率比非模板方法高等优点，因而可广泛用于纳米器件制备中。
实验证明我们的方法可以很方便地用于构建聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列生物传感器。运用聚合物一维纳米材料纳米阵列修饰的电极作为生物传感电极，利用电化学方法检测不同浓度被检测物引起的电化学曲线的改变，进而可以确定被检测物的浓度，比如检测核酸或者极大影响糖尿病患者健康的葡萄糖浓度。用聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列修饰生物传感器电极制备的生物传感器，可以大大提高核酸及其衍生物传感器或者葡萄糖生物传感器等的稳定性与灵敏度。
所以，利用聚合物阵列纳米纤维或者纳米管阵列高的比表面积与高的电子传递效率来提高聚苯胺生物传感器的灵敏度，可能发展一种基于聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列的高灵敏度的生物检测方法。这种方法与纳米碳管阵列相比不需要复杂的纯化、末端开口等工艺。与纳米金生物传感器相比，该方法不需要经过催化增强。运用聚合物纳米纤维阵列或者纳米管阵列修饰碳电极(GCE)或者高定向裂解石墨电极(HOPGE)，利用由平面多吡啶配体(2，2-联吡啶)配位的过渡金属如钴的配合物或者带刚性大平面的芳香环化合物，如道诺霉素等作为指示剂，采用电化学方法进行检测。这种电化学生物传感器有简便快捷的优势，是可能大规模商业化的生物传感器之一。
相对于现有技术而言，本发明的工艺简单、检测灵敏度高，使用效果好；其具有巨大的经济和社会价值。
具体实施例方式 下面通过实施例1～9说明本发明所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的结构、制作过程以及应用。
实施例1 一种聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其包含有以下三部分支持电极、固定连接在支持电极上的聚合物、固定连接在聚合物上的生物传感元件；其特征在于所述的聚合物形态为排列具有方向性的阵列纳米纤维或纳米管。所述的支持电极所用的材质为石墨，电极为高定向裂解石墨电极(HOPGE)。
所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器中，如上所述的支持电极上的聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管是以构建在电极上的纳米多孔氧化铝为模板合成的。所谓的“合成”具体是纳米管可以是单层或多层的；纳米管具体可以由单链构成或由多链构成；所述的阵列纳米纤维或阵列纳米管的形态可以通过控制聚合时间来具体控制。
所述的构建在电极上的纳米多孔氧化铝模板的形成过程是首先在支持电极上沉积一层厚度为2-3微米的高纯铝膜，然后对在支持电极上沉积的铝膜进行阳极氧化以便于构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板；所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体是磁控溅射。
所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，具体而言通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列时应用化学方法引发聚合，具体方法是 采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为苯胺(aniline)；所述的引发剂具体为(NH4)2S2O8。
在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物阵列纳米纤维或聚合物纳米管之后，需要去除氧化铝模板，具体采用化学溶解的方法，所使用的化学试剂是硫酸。
实施例2 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 1)所述的支持电极所用的材质为金； 2)所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体是化学沉积； 3)在所述的支持电极上通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在其上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列时应用化学方法引发聚合，具体方法是采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为吡咯(pyrrole)；所述的引发剂具体为I2； 4)在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物阵列纳米纤维或聚合物纳米管之后，需要去除氧化铝模板，具体采用化学溶解的方法，所使用的化学试剂是盐酸或氢氧化钠或氢氧化钾。
实施例3 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 1)所述的支持电极具体为炭电极(GCE)； 2)所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体是电化学沉积； 3)应用化学方法引发聚合，具体方法是采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为噻吩(thiophene)；所述的引发剂具体为CH2(C10H6SO3Na)2； 4)在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物阵列纳米纤维或聚合物纳米管之后，需要去除氧化铝模板，具体为机械打磨的方法。
实施例4 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 1)所述的支持电极的材质具体为铂； 2)应用化学方法引发聚合，采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为CH2(C10H6SO3Na)2； 3)在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物阵列纳米纤维或聚合物纳米管之后，需要去除氧化铝模板，具体为溅射剥离的方法。
实施例5 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 应用化学方法引发聚合，采用单体与引发剂同时掺杂酸共同聚合形成导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为以下四者之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为以下三者之一(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的掺杂酸具体为以下三种无机酸之一盐酸、硫酸、高氯酸。
实施例6 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 应用化学方法引发聚合，采用单体与引发剂同时掺杂酸共同聚合形成导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为以下四者之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为以下三者之一(NH4)2S2O8、I2、CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的掺杂酸具体为以下三种有机酸之一草酸、柠檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、对甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)。
实施例7 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 在所述的支持电极上应用电化学方法通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在其上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列的具体方法是使用单体在一定电压下聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的电压范围是-0.2～+1V。所述的单体具体为以下几种之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)；所述的引发剂具体为以下几种之一(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2。
实施例8 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 在所述的支持电极上应用电化学方法通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在其上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列的具体方法是 首先配制酸性电解液；然后向酸性电解液中加入单体，搅拌均匀；之后再用恒电位法、恒电流法、循环伏安扫描法、线性扫描电位法共4种方法中的任意一种，在一定的电压下聚合形成导电聚合物；所述的电压范围具体是0～0.8V。
其中所述的酸性电解液为无机酸电解液或有机酸电解液，无机酸具体为盐酸、硫酸、高氯酸；有机酸具体为草酸、柠檬酸(citric acid，C6H8O7·H2O)、对甲苯磺酸(C7H8O3S·H2O)；所述的单体具体为以下几种之一苯胺(aniline)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、乙炔(acetylene)。
实施例9 本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处在于 1)所述的支持电极为以下材质的某种组合石墨、金、铂、汞； 2)所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体是化学沉积； 3)在所述的支持电极上通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在其上构建聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列时应用化学方法引发聚合，具体方法是采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管；所述的单体具体为吡咯(pyrrole)；所述的引发剂具体为I2； 4)在支持电极上沉积铝膜后，构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板，然后通过氧化铝模板形成聚合物阵列纳米纤维或聚合物纳米管之后，需要去除氧化铝模板，具体采用化学溶解的方法，所使用的化学试剂是盐酸或氢氧化钠或氢氧化钾。
下面通过实施例10～13说明应用实施例1～9其中之一所述的聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用过程 实施例10 针对本发明所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，在支持电极上布列聚合物阵列纳米纤维阵列或聚合物纳米管阵列并将纳米多孔氧化铝模板去除以后，所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用方法具体为 采用手臂连接分子将生物物质连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上并进行相关的检测；所述的手臂连接分子具体为以下三大类之一 硅烷；戊二醛C5H8O2；乙基-(3-二甲基丙级)碳二亚胺盐酸盐(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropy-1)-carbodiimide，EDAC。
所述的电化学生物传感器用于对下述对象的检测核酸及其衍生物。
实施例11 本实施例与实施例9内容基本相同，其不同之处在于 所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用方法具体为 采用如下基团之一种或其组合将生物物质直接以共价连接方式连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上巯基(-SH)、羟基(-OH)、羧基(-COOH)、醛基(-CHO)、氨基(-NH2)； 所述的电化学生物传感器用于对下述对象的检测蛋白质。
实施例12 本实施例与实施例9内容基本相同，其不同之处在于 所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用方法具体为采用抗生物素蛋白-生物素系统(Avidin-biotin)将生物物质连接到聚合物阵列纳米纤维或阵列纳米管阵列上。
所述的电化学生物传感器用于对下述对象的检测酶或化学小分子或气体等。运用聚合物阵列纳米纤维或者纳米管阵列修饰炭电极(GCE)或者高定向裂解石墨电极(HOPGE)，利用由平面多吡啶配体(2，2-联吡啶)配位的过渡金属如钴的配合物或者带刚性大平面的芳香环化合物，如道诺霉素等作为指示剂，采用电化学方法进行检测。
实施例13 本实施例与实施例9内容基本相同，其不同之处在于 所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器的使用方法具体为采用抗体-抗原耦联系统将生物传感元件固定在聚合物纳米阵列上。
权利要求
1、一种聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其包含以下三部分支持电极、组合在支持电极上的聚合物、连接在聚合物上的生物传感元件；其特征在于所述的聚合物形态为排列具有方向性的纳米纤维阵列或纳米管阵列。
2、按照权利要求1所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于所述的支持电极所用的材质具体包括以下几种之一或其组合石墨、金、铂、汞。
3、按照权利要求1所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于所述的支持电极上的聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列是以构建在电极上的氧化铝纳米孔阵列为模板合成；
所述的构建在电极上的纳米孔阵列氧化铝模板的形成过程是首先在支持电极上沉积一层铝膜，然后对该铝膜进行阳极氧化以构建具有纳米孔阵列的氧化铝模板；
所述在支持电极上沉积铝膜的方法具体是以下方法中的一种磁控溅射、化学沉积、电化学沉积。
4、按照权利要求3所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于通过具有纳米孔阵列的氧化铝模板在所述的支持电极上构建聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列时利用下述方法之一引发聚合应用化学方法引发聚合或应用电化学方法引发聚合。
5、按照权利要求4所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于应用化学方法引发聚合的具体方法包括以下两种
采用单体与引发剂共同聚合形成非导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的单体具体为以下几种之一或其组合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；所述的引发剂具体为以下几种之一或其组合CH2(C10H6SO3Na)2、(NH4)2S2O8、I2；
采用单体与引发剂同时掺杂酸共同聚合形成导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的单体具体为以下几种之一或其组合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；所述的引发剂具体为以下几种之一或其组合(NH4)2S2O8；I2；CH2(C10H6SO3Na)2；所使用的掺杂酸具体为无机酸或有机酸，其中无机酸包括以下三者之一或其组合盐酸、硫酸、高氯酸；有机酸包括以下三者之一或其组合草酸、柠檬酸、对甲苯磺酸。
6、按照权利要求4所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于应用电化学方法引发聚合的具体方法包括以下两种
1)使用单体在一定电压下聚合形成非导电聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列；所述的电压范围是-0.2～+1V；
2)首先配制酸性电解液；然后向酸性电解液中加入单体，搅拌均匀；之后再用恒电位法、恒电流法、循环伏安扫描法、线性扫描电位法共4种方法中的任意一种，在一定的电压下聚合形成导电聚合物；
其中所述的酸性电解液为无机酸电解液或有机酸电解液，无机酸具体为盐酸、硫酸、高氯酸三者之一或其组合；有机酸具体为草酸、柠檬酸、对甲苯磺酸三者之一或其组合；
所述的单体具体为以下几种之一或其组合苯胺、吡咯、噻吩、乙炔；
所述的一定的电压具体范围是-0.2V～1V。
7、按照权利要求1～6之一所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于通过纳米孔阵列氧化铝模板形成聚合物纳米纤维阵列或聚合物纳米管阵列之后，需要去除氧化铝模板，具体为以下方法之一化学溶解、机械打磨、溅射剥离。
8、按照权利要求7所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于所述的生物传感元件，具体为以下的一种或几种的组合能够与变性的核酸片断特异性结合的单链寡核苷酸或单链核酸片段、能够与底物特异性结合的酶或能够与酶特异性结合的底物、能够与受体特异性结合的配体或能够与配体特异性结合的受体、能够与抗体特异性结合的抗原或能够与抗原特异性结合的抗体、能够特异性识别化学分子或蛋白质分子的双链核酸片段、能够特异性识别核酸片段的蛋白质分子。
9、按照权利要求7所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其特征在于将生物传感元件连接在支持电极上的聚合物纳米纤维阵列或聚合物纳米管阵列的方法，具体为以下的一种或几种的组合
1)利用生物传感分子自身的功能团与电极上特有的功能团发生化学反应，将生物传感元件共价地连接在电极的表面；生物传感分子上的功能团具体为以下的一种或几种的组合巯基、羟基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亚氨基；电极上特有的功能团具体为以下的一种或几种的组合巯基、羟基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亚氨基；
2)利用手臂连接分子将生物传感元件连接到聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列上；手臂连接分子的两组功能团具体为以下的一种或几种的组合巯基、羟基、羧基、醛基、重氮基、偶氮基、氨基、亚氨基；磷酸及相关基团；硫酸及相关基团；所述磷酸及相关基团具体为-PO4、-HPO4、-H2PO4；所述硫酸及相关基团具体为-SO3、-SO4、-HSO3、-HSO4；
3)利用抗生物素蛋白-生物素特异性识别方法将生物传感元件连接到聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列上；
4)利用抗体-抗原特异性识别方法将生物传感元件连接到聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列上；
5)利用溶胶-凝胶方法将生物传感元件包埋在聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列表面上的多空膜中；
6)利用疏水特性将生物传感元件吸附在聚合物纳米纤维阵列或纳米管阵列的表面上。
10、按照权利要求1所述聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其用于对下述对象的检测核酸或核酸片段、各类蛋白质分子、酶或酶的底物、抗体或抗原、受体或配体、有机分子、以及气体分子。
全文摘要
一种聚合物纳米阵列电化学生物传感器，其包含以下三部分支持电极、组合在支持电极上的聚合物、连接在聚合物上的生物传感元件；其特征在于所述的聚合物形态为排列具有方向性的纳米纤维阵列或纳米管阵列。相对于现行的电化学生物传感技术而言，本发明具有工艺简单和检测灵敏度高的特点。本发明将具有巨大的应用前景，能够产生可观的经济效益和社会效益。
文档编号G01N27/327GK101354373SQ20071001228
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月27日 优先权日2007年7月27日
发明者常海欣, 关一夫, 莹 袁, 石南林 申请人:中国医科大学, 中国科学院金属研究所