一种多孔硅的修饰方法及其作为生物传感器的用途
【专利摘要】本发明提供一种多孔硅的修饰方法，其包括如下步骤：⑴通过电化学刻蚀方法制备多孔硅，刻蚀液为氢氟酸：无水乙醇体积比为3:1；⑵将步骤⑴得到的多孔硅进行烷氧基硅烷修饰；⑶将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4-（二乙氨基）水杨醛反应，得到带有芳叔胺基团的多孔硅；⑷将步骤⑶得到的带有芳叔胺基团的多孔硅浸泡在离子交换水中，去除残存的有机物。
【专利说明】一种多孔硅的修饰方法及其作为生物传感器的用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种修饰制备稳定的多孔硅的方法，以及将其作为生物传感器，用在生物分子的检测。
【背景技术】
[0002]敏感稳定的非标记检测技术在生物检测，环境监控，药物开发和食品安全生产中具有重要的意义。这些非标检测技术中，基于多孔硅的傅里叶转换反射干涉光谱技术是一种简单，灵敏，有效的检测技术。当检测目标例如互补链DNA，抗体或配体等与多孔硅表面的相应生物分子反应，薄膜的有效折射率发生变化，从而可以敏感的检测这些目标分子。
[0003]CN101710118A公开了一种基于多孔娃三兀结构微腔的光学免疫检测方法，该方法采用基于计算机精确控制的电化学腐蚀方法制备多孔硅微腔，其中多孔硅微腔内上、下的Bragg结构由三种电流密度交替进行电化学腐蚀而形成，其特征在于对于不同条件制备的多孔硅微腔进行编码可以实现多元检测，如果是一元检测则不需要编码，使抗体或抗原在多孔硅三元结构微腔的孔洞里结合，多元检测中抗原或抗体的种类利用多孔硅微腔的编码进行标识，而通过生物反应前后的光谱峰位变化进行检测样品中相应的抗原或抗体浓度，所述检测方法包括以下步骤:1)抗原或抗体固定在多孔硅微腔的孔洞里，如果是需要编码的多元检测，那么一种编码的多孔硅微腔对应固定一种待测生物分子的特异性抗原或抗体，冲洗未结合的分子并封闭多孔硅微腔里的未结合生物分子的空白键位，记录测定固定有抗原或抗体的多孔硅微腔光谱；2)不同多孔硅微腔与不同浓度待测溶液发生反应，使抗原-抗体在多孔硅微腔的孔洞里特异性结合，反应后进行冲洗，记录多孔硅微腔光谱及编码确定种类和浓度。
[0004]CN102313717A公开了一种多孔硅微腔生物传感器的制备方法，包括以下步骤:步骤1:基于P型硅片制备多孔硅微腔薄膜样品；步骤2:制备多孔硅微腔薄膜阵列；步骤3:根据检测需求对传感通道进行相应生物化学修饰改性。步骤2进一步包括:步骤2.1:施加200mA/cm2的电流2秒，使多孔硅微腔结构从衬底剥离，制成多孔硅微传感器薄膜；步骤2.2:将制得的多孔硅微腔传感器薄膜浸泡于DMSO纯溶液中5小时进行湿法氧化；步骤
2.3:将氧化后的薄膜浸泡于足量DI水中10分钟，以去除残留的DMSO溶液；步骤2.4:在清洗干净的玻璃基板上滴加一系列聚乙烯醇缩甲醛溶液液滴，溶剂是1，2-二氯乙烷，然后将氧化后的多孔硅微腔薄膜迅速置于聚乙烯醇缩甲醛溶液上，待1，2-二氯乙烷蒸发后，聚乙烯醇缩甲醛就将多孔硅微腔薄膜牢牢粘于玻璃基底之上。该方法得到的多孔硅微腔生物传感器具有检测效率高、结构简单、检测精确等优点。
[0005]CN103499555A公开 了一种TiO2溶胶法修饰制备稳定的多孔硅方法，该方法是先制备稳定的TiO2溶胶，通过甩膜方法在新鲜刻蚀的多孔硅表面修饰一层TiO2溶胶，经过500°C煅烧固化，通过三次重复甩膜，煅烧后，在多孔硅表面修饰了一层纳米级TiO2薄膜。具体包括以下步骤:(I)通过电化学刻蚀方法制备多孔硅，刻蚀液为氢氟酸:无水乙醇体积比为3:1 ;(2)多孔硅的修饰:臭氧对步骤(1)得到的多孔硅表面进行羟基化修饰；(3)稳定TiO2溶胶的制备:通过钛酸四丁酯:无水乙醇:三乙醇胺体积比为5:30:1配置；(4)甩膜法制备TiO2溶胶法修饰制备稳定的多孔硅:100yL(3)配置的溶胶，通过甩膜仪以转速2000rpm, 10秒将溶胶覆盖在多孔硅表面，在500°C马弗炉中煅烧I小时，后重复以上过程3次，得到TiO2修饰的多孔硅。该方法得到在pH值在2-12范围内稳定的TiO2修饰多孔硅薄膜，检测灵敏度达到8210±170nm/折射率单位，能够进行实时在线非标记光学检测生物分子。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种多孔硅的修饰方法，以及将所得的多孔硅作为生物传感器的用途。
[0007]一种多孔硅的修饰方法，其包括如下步骤:
⑴通过电化学刻蚀方法制备多孔硅，刻蚀液为氢氟酸:无水乙醇体积比为3:1 ;优选地电流密度为600mA/cm2，蚀刻时间为20秒；
⑵将步骤⑴得到的多孔硅进行烷氧基硅烷修饰；
⑶将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛反应，得到带有芳叔胺基团的多孔硅；
⑷将步骤(3)得到的带有芳叔胺基团的多孔硅浸泡在离子交换水中，去除残存的有机物。 [0008]优选地，所述步骤⑵中多孔硅以质量比为1:20-1:40分散于有机溶剂中，超声处理l_2h，滴加烷氧基硅烷，90-100°C反应2-4h ;反应结束后过滤除去溶剂，用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，即得烷氧基硅烷修饰的多孔硅。
[0009]进一步优选地，所述有机溶剂为甲苯或二甲苯，烷氧基硅烷优选为Y-氨丙基二甲氧基硅烷或Y-氣丙基二乙氧基硅烷，其中，烷氧基硅烷与多孔娃的质量比为1:0.1-1:0.5。
[0010]对于步骤⑶，将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅分散到无水乙醇中，超声处理10-20min，加入4- (二乙氨基)水杨醛(CAS: 17754_90_4)，搅拌回流6_8h后倾出上层悬浮液，过滤除去溶剂后用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，得到带有芳叔胺基团的多孔硅。烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比为1:5-1:10。
[0011]将上述的经修饰的多孔硅用作生物传感器的用途。优选地，作为生物传感器用于光学非标记生物检测；进一步优选地，待测样品可以是各种可溶性受体分子。
[0012]本发明中通过对多孔硅进行修饰，得到了制备工艺简单，价格低廉的修饰多孔硅，检测灵敏度达到8400±100nm/折射率单位以上，能够进行实时在线非标记光学检测生物分子。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
⑴通过电化学刻蚀方法制备多孔硅，刻蚀液为氢氟酸:无水乙醇体积比为3:1 ;电流密度为600mA/cm2，蚀刻时间为20秒；
⑵将步骤⑴得到的多孔硅进行烷氧基硅烷修饰:多孔硅以质量比为1:20分散于甲苯中，超声处理lh，滴加Y-氨丙基三甲氧基硅烷，100°c反应2h;反应结束后过滤除去溶剂，用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，即得烷氧基硅烷修饰的多孔硅；Y-氨丙基三甲氧基硅烷与多孔硅的质量比为1:0.1 ;
⑶将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4-(二乙氨基)水杨醛反应，得到带有芳叔胺基团的多孔硅:将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅分散到无水乙醇中，超声处理lOmin，加入4- (二乙氨基)水杨醛(CAS: 17754_90_4)，搅拌回流6h后倾出上层悬浮液，过滤除去溶剂后用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，得到带有芳叔胺基团的多孔硅；烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比为1:5 ;
⑷将步骤(3)得到的带有芳叔胺基团的多孔硅浸泡在离子交换水中，去除残存的有机物。
[0014]制备的经修饰的多孔硅的稳定性检测:修饰的多孔硅片试样放入聚甲基丙烯酸甲酯制成的流式槽中，不同的PH值的磷酸盐缓冲液依次通过微流泵送入流式槽中，每次送入缓冲液前用PH7.4，0.01M磷酸盐缓冲液洗涤流式槽5分钟。光学反射干涉光谱通过Y型光纤拾取光学信号，实时监控薄膜光学厚度变化。结果发现经修饰的多孔硅的光学厚度在PH2-12范围变化的磷酸盐缓冲液中，变化很稳定。
[0015]灵敏度检测:将IOuL不同折射率的有机化合物滴在硅片的表面，检测光学厚度的变化，以折射率为横轴，光学厚度为纵轴绘制线性关系图，以折射率改变I个单位的光学厚度变化量为试样的 灵敏度。本发明实施例1中多孔硅的灵敏度为8600± IOOnm/折射率单位。
[0016]实施例2:
步骤⑵中的有机溶剂选用THF，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8450 ± IOOnm/折射率单位。
[0017]实施例3:
步骤⑵中的有机溶剂选用DMF，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8480 ± IOOnm/折射率单位。
[0018]实施例4:
步骤⑵中的有机溶剂选用二甲苯，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8630 ± IOOnm/折射率单位。
[0019]实施例5:
步骤⑵中的Y-氨丙基三甲氧基硅烷与多孔硅的质量比为1:0.5，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8690± IOOnm/折射率单位。
[0020]实施例6:
步骤⑵中的Y-氨丙基三甲氧基硅烷与多孔硅的质量比为1:1，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8460± IOOnm/折射率单位。
[0021]实施例7:
步骤⑵中的Y-氨丙基三甲氧基硅烷与多孔硅的质量比为1:2，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8410± IOOnm/折射率单位。
[0022]实施例8:
步骤⑶中烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比为1:10，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8650±100nm/折射率单位。
[0023]实施例9:
步骤⑶中烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比为1:2，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8450± IOOnm/折射率单位。
[0024]实施例10:
步骤⑶中烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比为1:15，其它同实施例1.所得的多孔硅的灵敏度达到8430± IOOnm/折射率单位。
[0025]对比例1:
未进行步骤⑶处理，其它同实施例1.结果发现多孔硅的稳定性较差，光学厚度在PH2-12范围变化的磷酸盐缓冲液中，变化很大。
[0026]对比例2:
未进行步骤⑵处理，其它同实施例1.结果发现多孔硅的稳定性较差，光学厚度在PH2-12范围变化的磷酸盐缓冲液中，变化很大。
[0027]通过实施例1 ，对比例1-2的比较可见，本发明的步骤⑵和⑶处理均对最终多孔硅的稳定性和灵敏度有重要影响。
[0028]通过实施例1-4的比较可见，步骤⑵中溶剂的选择均对最终多孔硅的灵敏度有重要影响。
[0029]通过实施例1，5_7的比较可见，步骤⑵中Y-氨丙基三甲氧基硅烷与多孔硅的质量比对最终多孔硅的灵敏度有重要影响。
[0030]通过实施例1,8-10的比较可见，步骤⑶步骤⑶中烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛的质量比对最终多孔硅的灵敏度有重要影响。
【权利要求】
1.一种多孔硅的修饰方法，其包括如下步骤: ⑴通过电化学刻蚀方法制备多孔硅，刻蚀液为氢氟酸:无水乙醇体积比为3:1 ;优选地电流密度为600mA/cm2，蚀刻时间为20秒； ⑵将步骤⑴得到的多孔硅进行烷氧基硅烷修饰； ⑶将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4- (二乙氨基)水杨醛反应，得到带有芳叔胺基团的多孔硅； ⑷将步骤(3)得到的带有芳叔胺基团的多孔硅浸泡在离子交换水中，去除残存的有机 物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤⑵中多孔硅以质量比为1:20-1:40分散于有机溶剂中，超声处理l_2h，滴加烷氧基硅烷，90-100°C反应2_4h ；反应结束后过滤除去溶剂，用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，即得烷氧基硅烷修饰的多孔硅。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:所述有机溶剂为甲苯或二甲苯。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:烷氧基硅烷与多孔硅的质量比为1:0.1-1:0.5。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:烷氧基硅烷优选为Y-氨丙基三甲氧基硅烷或Y-氛丙基二乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:对于步骤⑶，将步骤⑵得到的烷氧基硅烷修饰的多孔娃分散到无水乙醇中，超声处理10-20min,加入4- (二乙氨基)水杨醒(CAS: 17754-90-4)，搅拌回流6-8h后倾出上层悬浮液，过滤除去溶剂后用无水乙醇洗涤数次，真空干燥，得到带有芳叔胺基团的多孔硅。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:烷氧基硅烷修饰的多孔硅与4-(二乙氨基)水杨醛的质量比为1:5-1:10。
8.一种将权利要求1中经修饰的多孔硅用作生物传感器的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于:经修饰的多孔硅作为生物传感器用于光学非标记生物检测。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于:待测样品可以是各种可溶性受体分子。
【文档编号】G01N21/45GK103979543SQ201410192248
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】吕小毅, 莫家庆, 贾振红, 张富春, 李鹏 申请人:新疆大学