专利名称：Dna纳米光纤的制备、硅烷化和表征的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微纳米光纤生物传感器的核心敏感元件的制备和表征技术及其实 现的技术路线，该技术应用于环境监测、生物医学和临床检验设备制造等领域。
技术背景纳米光纤作为传感器的媒质或敏感元件，与检测元件共同构成纳米光纤类传感器， 如纳米光纤生物传感器，能应用于生物体内或细胞内的无创或微创伤、实时和远程的 —在线医学诊断、在线质量监控和环境检测。例如，纳米光纤DNA生物传感器能快速、 '有效地检测特殊基因序列和点突变，由于光纤具有较强的抗电磁干扰能力和光学信号， 测量时不需要额外的参比装置等特点[Mara Dolores Marazuela, Mara Cmz More加-bondi. Fiber-optic biosensors - an overview. 2002, (372): 664-682]。另夕卜，纳米光纤DNA生物传 感器不仅具有特异性很强的分子识别功能，而且还具有操作简便、分析速度快和选择 性强，易于排除杂交过程中非特异性吸附的干扰等许多优点。它是DNA生物传感器中 很有潜力、极具有发展前途的一种，具有重要的研究价值和诱人的应用前景。该技术 灵敏度高、分析操作简便、快速，为分子生物学研究提供"T一种新的方法，在基础医 学、临床医学和预防医学各个领域具有十分广泛的应用前景[张国军，周宜幵，庞代文, 任恕.光纤DNA传感器.国外医学分子生物学分册.2000， 22(6): 337-341]。纳米光纤DNA传感器敏感部分的尺寸大小和细胞以及生物大分子的尺寸相当，同 时光信号的传播速度快，能够快速反映所作用组织的微小变化，因此它能与这些对象 相互作用从而快速反映和探测到细胞和生物大分子的状态和变化以及相关生物组织的 各种变化情况。由于纳米光纤DNA生物传感器的探针的尺寸很小，对单个活细胞可进 行微创或无创监测[Cullum BM, Vo-Dinh T. The development of optic&l nanosensor for biological measurements. Tends in biotechnobgy 2000， ({8): 388-393; Vo-Dinh T， Cullum BM, Stokes DL. Nanosensors and biochips: frontiers in biomolecular diagnostics. Sensors and Actuators B， 2001， (74):2-ll; Uttam chandani D, Mculloch S, Optical nanosensors towards the development of intracellular monitoring. Advanced Drug Delivery Reviews,31996， (21): 239-247],可测量细胞的瞬态、突发性变化，能够实时检测和诊断生物组织 和病灶组织等各种复杂生命活动和过程的改变，使基因治疗、基因诊断和远程医疗等 现代生物医疗技术变为可能。因此它在生命科学研究和医疗研究中有重大的实用价值， 它是现代分析生物技术和医疗检测设备的重要发展方向。这将有利于纳米光纤DNA生 物传感器应用到细胞核基因的检测，有利于遗传疾病的早期诊断，这会促进生物学、 预防医学和基础医学等的发展。纳米光纤(EWA)生物传感器的制备常需要对光纤进行表面修饰，Zeng等人[J. zeng， A. Almadidy, J. Watterson, et al. Sensors and Actuators B: Chemical, 2003， 90: 68-75]证实 硅垸化修饰优于其它表面改性方法，才能在光纤中间或端面耦合活性生物分子(如 DNA，蛋白质和组织等)才能构成纳米光纤生物传感器。硅烷化是纳米光纤与生物分 子耦合的桥链反应，使纳米光纤构成生物敏感元件，成为纳米光纤生物传感器的核心 部分，因此，硅垸化直接关系到纳米光纤传感器的性能。山于纳米光纤细而长，常规 的表面分析方法难以直接地检测纳米光纤表面微结构成分及表面分子的定向分布，Li 等人[Z Li, B Rajendran, TI Kamins， et al. Appi. Phys. A: Mater. Sci. & Proc" 2005, 80 (6): 1257-1263]借助在玻璃表面进行相关实验，通过表面技术I'HJ接表征微纳光纤的硅烷化 反应，表明在光纤表面耦合上了双功能基的硅烷化活性分子。综上所述，现有技术存在以下不足1. 不能检测纳米光纤生物活性分子或硅烷化分子的定向分布及键合量；2. 不能检测纳米光纤不同微区的表面成分，说明纳米光纤表面活性分子或硅烷化 分子键合的均一性。
发明内容
'本发明的目的在于为纳米光纤生物传感器通信研制提供一种检测或表征纳米光纤 的耦合活性分子或双功能试剂等的方法，其特点是有利于传感器的研制，定性、定量 地表征传感器载体的修饰情况，优化传感器的性能。本发明的目的是由以下技术措施來实现的上述在纳米光纤表面键合上活性基团的表征方法，其特征是所述方法是按照以 下工艺分7个步骤(1)硅烷化试剂的配制(2) 表面预处理液的配制取双氧水2() 40重量份，加入20 120重量份浓硫酸，搅拌溶解成均匀溶液，冷却后备用。(3) 蚀刻液的配制取氢氟酸30 70重量份，氟化铵5 20重量份，水20 80重量份，搅拌，混合均匀，备用o(4) 纳米光纤的制备长度约为6 15cm的光纤，分别浸入不同浓度氢氟酸溶液中，分别蚀刻，在显微镜 下观察光纤的腐蚀情况，直至有良好的锥形尖端出现时将其取出。在用蒸馏水洗涤至 无氢氟酸、并去掉保护层，烘干备用。(5) 纳米光纤的预处理与表面改性 纳米光纤经表面预处理溶液作用后，用蒸馏水洗涤，烘干。将前处理好的光纤放入到硅烷溶液中，在80。C， pHK3.5下反应2-3小时后，取出光纤，用蒸馏水洗涤，真空 IO(TC过夜烘干备用。(6) 纳米光纤的表面表征经硅烷化的纳米光纤，在其表面镀上一层金膜，用扫描电镜和能谱分析仪检测纳 米光纤表面的微结构成分。本发明中所用的扫描电镜由Fi本HITACHI公司生产和能谱分析仪由HORIBA公 司生产。鉴于光纤作为生物传感器的基质，具有其它载体不可比拟的优势和独特的光学特 性，受到广泛的关注和研究。通过对改性的纳米光纤的表面微结构成分分析或荧光强 度的测定，可以达到对纳米光纤进行可控的表面修饰，从而大大提高纳米光纤生物传 感的检测灵敏度和其应用范畴。本发明具有以下优点(1) 直接地表征纳米光纤表面的微结构成分，操作简单(2) 能直接检测纳米光纤各微区的结构成分，对各微区的成分分析，可以判断 硅烷分子在纳米光纤表面分布的均匀性；(3) 结合光纤的组成成分，可推断硅烷试剂与纳米光纤表面羟基的结合方式。 本发明能够满足以下应用要求-(1)表征硅烷化纳米光纤与活性生物分子的相互作用，以提高纳米光纤生物传感器的灵敏度；(2) 应用于硅纳米线等生物传感器研制的检测。
图1本发明实施例1的表征结果，纳米光纤微结构成分的扫描电镜和能谱分析图。 图2本发明实施例2的表征结果，纳米光纤微结构成分的扫描电镜和能谱分析图。
具体实施方式
下面通过实施对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对 本发明进行进一步说明，而不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练 人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。实施例h(1) 硅垸化试剂的配制取硅垸化试剂3重量份，加入36重量份的双蒸水，调节pH为3.5;(2) 蚀刻液的配制取氢氟酸45重量份，氟化铵10重量份，水45重量份，搅拌，混合均勾，备用。(3) 表面预处理液的配制取双氧水30重量份，加入50重量份浓硫酸，搅拌溶解成均匀溶液，冷却后备用。(4) 纳米光纤的制备长度约为10cm的光纤，浸入蚀刻液中进行蚀刻，在显微镜下观察光纤的腐蚀情况， 直至有良好的锥形尖端出现时将其取出。在用蒸馏水洗涤至无氢氟酸、并去掉保护层， 烘干备用。(5) 纳米光纤的预处理与表面改性 纳米光纤经表面预处理溶液作用后，用蒸馏水洗涤，烘干。将前处理好的光纤放入到l份重量的3-氨基丙基-三乙氧基硅垸溶液中，在8(TC, pH-3.5下反应3小时后，取出 光纤，用蒸馏水洗涤，真空100。C10 12小时烘干备用。(6) 纳米光纤的表面表征 用扫描电镜和能谱分析仪表征纳米光纤，其结果如表1及附图所示。表1纳米光纤微结构成分元 素c0MgSiClGe总量重量(％)13.7457.320.127.830.180.82100原子(％)19.9462.430.07i7.270.090.2100实施例2:(1) 硅烷化试剂的配制取硅垸化试剂10重量份，加入90重量份的双蒸水，调节pH为3.5;(2) 蚀刻液的配制取氢氟酸45重量份，氟化铵10重量份，水45重量份，搅拌，混合均匀，备用。(3) 表面预处理液的配制取双氧水30重量份，加入50重量份浓硫酸，搅拌溶解成均匀溶液，冷却后备用。(4) 纳米光纤的制备长度约为10cm的光纤，浸入蚀刻液中进行蚀刻，在显微镜下观察光纤的腐蚀情况， 直至有良好的锥形尖端出现时将其取出。在用蒸馏水洗涤至无氢氟酸、并去掉保护层, 烘干备用。。)纳米光纤的预处理与表面改性 纳米光纤经表面预处理溶液作用后，用蒸馏水洗涤，烘干。将前处理好的光纤放入 到10份重量的3-氨基丙基-三乙氧基硅烷溶液中，在8(TC， pH-3.5下反应3小时后，取出 光纤，用蒸馏水洗涤，真空10(TC10 12小时烘干备用。 (6)纳米光纤的表面表征 用扫描电镜和能谱分析仪表征纳米光纤，其结果如表2及附图所示。表2纳米光纤微结构成分元 素c0MgSiGe总量重量(％)20.8253.2125.51-1.00100原子<%)28.4456.03-15.30-0.23100
权利要求
1.纳米光纤的表面修饰，选用适宜的光纤，将其浸入其一定配比的蚀刻液中，蚀刻一段时间后，显微镜观察光纤腐蚀，去掉保护层，即可得到纳米光纤。将其放在硅烷溶液中，其中各组分重量百分比组成计为水溶性硅烷剂 10～30份水30～120份
2. 如权利要求1所述的硅烷化纳米光纤的表征方法，其特征在于该方法包括以下 步骤(1) 蚀刻液的配制取30 70重量份氢氟酸，加入5 20重量份0.1 0.6 mol/L的氟化铵溶液和20~80 重量份的水，混匀即可；(2) 纳米光纤的制备取长度约为6~13cm的光纤，分别浸入氢氟酸溶液中进行蚀刻，在显微镜下观察光 纤的腐蚀情况，直至有良好的锥形尖端出现时将其取出。在用蒸馏水洗涤至无氢氟酸、 去掉保护层，烘干；(3) 纳米光纤的后处理与表面修饰， 纳米光纤经表面预处理溶液作用后，用蒸馏水洗涤，烘干。将前处理好的光纤放入到硅垸溶液中，在60 90'C， ？11=2~4.5条件下反应1~5小时后，取出光纤，用蒸馏水洗 涤，真空10 12小时烘干备用；(4) 纳米光纤的表征经硅烷化的纳米光纤，在其表面镀上一层金膜，用扫描电镜和能谱分析仪检测纳米 光纤表面的微结构成分。
全文摘要
本发明公开了一种DNA纳米光纤的制备、硅烷化及表征硅烷化处理的纳米光纤表面微结构成分的方法，能直接地表观光纤头部的共价接枝，其特点是将微米级的光纤在蚀刻液中蚀刻5小时，获得纳米光纤，然后将纳米光纤放入10重量份的硅烷溶液，在60～90℃，pH＝2～4.5条件下反应1～5小时后，取出光纤，用蒸馏水洗涤，真空90～100℃，10～12小时烘干；用此方法检测纳米光纤表面的微结构成分，结果表明，该方法可用于检测经硅烷化后光纤表面微结构成分，能直观地表征生物活性分子与经硅烷化的光纤的耦合。
文档编号G01N21/00GK101614649SQ200810044408
公开日2009年12月30日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者庞小峰, 王一明 申请人:电子科技大学