具有親疏水結構的傳感器及其應用的製作方法

2023-04-29 19:09:21

具有親疏水結構的傳感器及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明屬於傳感器，特別涉及用於檢測超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的具有親疏水結構的傳感器及其應用。本發明的傳感器是由疏水性基底及疏水性基底上的親水性檢測區域構成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料構成，所述的親水性檢測區域是由親水性的材料構成。本發明的具有親疏水結構的傳感器可以用於對含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物進行檢測。本發明利用傳感器表面的浸潤性差異和蒸發乾燥的方法，實現了對含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物的富集，提高了檢測區域中的待檢測物樣品的濃度，從而實現了對待檢測物的高靈敏的檢測。
【專利說明】具有親疏水結構的傳感器及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於傳感器，特別涉及用於檢測超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的具有親疏水結構的傳感器及其應用。
【背景技術】
[0002]目前，超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的檢測，通常是將樣品溶液直接滴加在傳感器的檢測區域，或是將傳感器整體浸泡於樣品溶液中，在傳感器的檢測區域會發生物理或化學變化，並轉化為可讀出的信號，實現對待檢測物的檢測。
[0003]上述方法的缺陷是，檢測方法需要含有待檢測物的樣品溶液的劑量較大，對較為稀有的待檢測物樣品不適用，並且檢測方法的適用範圍較窄，不能實現對超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的檢測。只有當溶液的濃度較高，恰好滿足檢測方法的適用範圍時，才能夠實現對超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的準確有效的檢測。

【發明內容】

[0004]本發明的目的之一在於提供用於檢測超低濃度的樣品溶液中的待檢測物的具有親疏水結構的傳感器。
[0005]本發明的目的之二在於提供具有親疏水結構的傳感器的應用。
[0006]本發明的具有親疏水結構的傳感器是由疏水性基底及疏水性基底上的親水性檢測區域構成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料構成，所述的親水性檢測區域是由親水性的材料構成。
[0007]所述的親水性檢測區域可以通過溶液滴加法、噴墨列印法或物理氣相沉積法，使親水性的材料沉積在疏水性基底的表面，由此在疏水性基底的表面構築出親水性檢測區域。
[0008]所述的疏水性的材料選自聚二甲基矽氧烷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和白炭黑中的一種或幾種。
[0009]所述的親水性的材料選自親水性的金屬、光子晶體和納米顆粒中的一種或幾種。
[0010]所述的親水性的金屬選自金、銀、銅和鋁中的一種或幾種。
[0011]所述的光子晶體選自由二氧化矽微球(直徑為200nm?300nm)組裝成的光子晶體、由聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的微球(直徑為ISOnm?300nm)組裝成的光子晶體、二氧化矽反蛋白石光子晶體(禁帶位置為400?800nm)、二氧化鈦反蛋白石光子晶體(禁帶位置為400?800nm)、由聚丙烯醯胺構成的反蛋白石結構的光子晶體(禁帶位置為400?800nm)和由聚丙烯醯胺-丙烯酸嵌段共聚物構成的反蛋白石結構的光子晶體(禁帶位置為400?800nm)中的一種或幾種。
[0012]所述的納米顆粒選自單一化學組成的或是具有核殼結構的金納米顆粒、銀納米顆粒和量子點顆粒中的一種或幾種。
[0013]本發明的具有親疏水結構的傳感器可以用於對含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物進行檢測，其是將含有待檢測物的樣品溶液直接滴加於表面具有浸潤性差異的傳感器的表面，待含有待檢測物的樣品溶液乾燥後，含有待檢測物的樣品溶液中的待檢測物富集於傳感器表面上的親水性檢測區域，通過利用傳統的螢光光譜法、比色法、拉曼光譜法或伏安曲線法等手段，對親水性檢測區域中的待檢測物所發出的螢光光譜、透射光譜、反射光譜或電流強度等物理化學信號進行檢測，實現對待檢測物的高靈敏的檢測。
[0014]所述的含有待檢測物的樣品溶液的使用量是以大小為10 μ m?Imm的親水性檢測區域使用0.1?10 μ L的含有待檢測物的樣品溶液。
[0015]本發明的具有親疏水結構的傳感器可以檢測出含有待檢測物的樣品溶液的濃度為I X 10_16mol/L中的待檢測物，甚至能夠檢測出更低濃度的含有待檢測物的樣品溶液中的待檢測物。
[0016]本發明的優勢在於:利用傳感器表面的浸潤性差異和蒸發乾燥的方法，實現了對含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物的富集，提高了檢測區域中的待檢測物樣品的濃度，從而實現了對待檢測物的高靈敏的檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1.本發明的傳感器的俯視的結構示意圖。
[0018]圖2.本發明的傳感器的側視的結構示意圖。
[0019]圖3.本發明的傳感器實現富集含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物的工作原理圖。
[0020]圖4.本發明實施例1的具有親疏水結構的傳感器檢測出的含有羅丹明6G的濃度為lX10_15mol/L的水溶液中的羅丹明6G得到的螢光光譜圖。
[0021]圖5.本發明實施例2的具有親疏水結構的傳感器檢測出的含有古柯鹼的濃度為IX 10_15mOl/L的水溶液中的古柯鹼得到的螢光光譜圖。
[0022]附圖標記
[0023]1.疏水性基底 2.親水性檢測區域
[0024]3.含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液 4.待檢測物
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖，對本發明的傳感器實現對含有超低濃度的待檢測物的樣品溶液中的待檢測物進行檢測的技術方案做進一步的說明。
[0026]實施例1
[0027]請參見圖1、2，具有親疏水結構的傳感器是由作為疏水性基底I的聚二甲基矽氧烷基底及聚二甲基矽氧烷基底上的作為親水性檢測區域2的由親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球(直徑為215nm)組裝成的親水性的光子晶體點構成；其是將親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球(直徑為215nm)與水配製得到質量分數為10%的水溶液，然後通過噴墨列印法，列印在聚二甲基矽氧烷基底的表面，使親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球材料沉積在聚二甲基矽氧烷基底的表面，待液滴乾燥後，親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球自組裝成為親水性的光子晶體點，由此在聚二甲基矽氧烷基底的表面構築出由親水性的光子晶體點構成的親水性檢測區域。
[0028]利用上面得到的具有親疏水結構的傳感器對含有羅丹明6G的水溶液中的羅丹明6G進行檢測:
[0029]將含有羅丹明6G的水溶液直接滴加於所述的傳感器的表面，所述的含有羅丹明6G的水溶液的使用量是以大小為200 μ m的親水性檢測區域使用0.5 μ L的含有羅丹明6G的水溶液；隨著由親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的微球組裝成的親水性的光子晶體點上的水溶液的蒸發，羅丹明6G被不斷濃縮，並匯聚到親水性的檢測區域中；待含有羅丹明6G的水溶液乾燥後，含有羅丹明6G的水溶液中的羅丹明6G富集於傳感器表面上的親水性檢測區域中，通過螢光光譜法，對親水性檢測區域中的羅丹明6G所發出的螢光光譜信號進行檢測，實現了對羅丹明6G的高靈敏的檢測。如圖4所示的具有親疏水結構的傳感器檢測出的含有羅丹明6G的濃度為I X 10_15mol/L的水溶液中的羅丹明6G得到的螢光光譜圖。
[0030]實施例2
[0031]具有親疏水結構的傳感器的結構與實施例1相同，只是由作為疏水性基底的聚苯乙烯及白炭黑複合基底(質量比為1:0.4)，及聚苯乙烯及白炭黑複合基底上的作為親水性檢測區域的由親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球(直徑為215nm)組裝成的親水性的光子晶體點構成；其是將親水性的聚(苯乙烯_甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球(直徑為215nm)與水配製得到質量分數為10%的水溶液，然後通過噴墨列印法，列印在聚苯乙烯及白炭黑複合基底的表面，使親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球材料沉積在聚苯乙烯及白炭黑複合基底的表面，待液滴乾燥後，親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球自組裝成為親水性的光子晶體點，由此在聚苯乙烯及白炭黑複合基底的表面構築出由光子晶體點構成的親水性檢測區域。
[0032]利用上面得到的具有親疏水結構的傳感器對含有古柯鹼的水溶液中的古柯鹼進行檢測:
[0033]先將可特異性捕獲古柯鹼分子的DNA鏈(5』 -NH2 (CH2) 3GGGAGTCAAGAACGAA_3』)化學修飾在由親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的納米微球組裝成的親水性的光子晶體的表面，然後將含有具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈(5，-R6G-TTCGTTCTTCAATGAAGTGGGACGACA-3』)和古柯鹼的水溶液直接滴加於所述的傳感器的表面，所述的含有具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈和古柯鹼的水溶液的使用量是以大小為200 μ m的親水性檢測區域使用
0.5 μ L的含有古柯鹼和具有羅丹明6G修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈的水溶液，其中水溶液中的具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈的濃度為lX10_6mol/L;隨著由親水性的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的微球組裝成的親水性的光子晶體點上的水溶液的蒸發，古柯鹼和具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈被不斷濃縮，並匯聚到親水性的檢測區域中；待含有古柯鹼和具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈的水溶液乾燥後，含有具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈和古柯鹼的水溶液中的古柯鹼富集於傳感器表面上的親水性檢測區域中，並被修飾在光子晶體表面的可特異性捕獲古柯鹼分子的DNA鏈和具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈捕獲，用水衝洗去未捕獲古柯鹼分子的具有羅丹明6G螢光基團修飾的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA鏈後，通過螢光光譜法，對親水性檢測區域中捕獲了古柯鹼分子的可以特異性識別古柯鹼分子的DNA上面連接的羅丹明6G螢光基團所發出的螢光光譜信號進行檢測，實現了對古柯鹼的高靈敏的檢測。如圖5所示的具有親疏水結構的傳感器檢測出的含有古柯鹼的濃度為lX10_15mOl/L的水溶液中的古柯鹼得到的螢光光譜圖。
[0034]實施例3
[0035]具有親疏水結構的傳感器的結構與實施例1相同，只是由作為疏水性基底的聚四氟乙烯，及聚四氟乙烯上的作為親水性檢測區域的金構成；其是用掩膜板將聚四氟乙烯基底的部分表面遮蓋住，然後通過物理氣相沉積將金沉積在疏水性基底上，由此在聚四氟乙烯基底的表面構築出由親水性的金構成的親水性檢測區域。
[0036]利用上面得到的具有親疏水結構的傳感器對含有羅丹明6G的水溶液中的羅丹明6G進行檢測:
[0037]將含有羅丹明6G的水溶液直接滴加於所述的傳感器的表面，所述的含有羅丹明6G的水溶液的使用量是以大小為10 μ m的親水性檢測區域使用0.5 μ L的含有羅丹明6G的水溶液；隨著由親水性的金上的水溶液的蒸發，羅丹明6G被不斷濃縮，並匯聚到親水性的檢測區域中；待含有羅丹明6G的水溶液乾燥後，含有羅丹明6G的水溶液中的羅丹明6G富集於傳感器表面上的親水性檢測區域中，通過表面增強拉曼光譜法，對親水性檢測區域中的羅丹明6G所發出的拉曼光譜信號進行檢測，實現了對羅丹明6G的高靈敏的檢測。
【權利要求】
1.一種具有親疏水結構的傳感器，其特徵是:所述的傳感器是由疏水性基底及疏水性基底上的親水性檢測區域構成；所述的疏水性基底是由疏水性的材料構成，所述的親水性檢測區域是由親水性的材料構成。
2.根據權利要求1所述的具有親疏水結構的傳感器，其特徵是:所述的疏水性的材料選自聚二甲基矽氧烷、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和白炭黑中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的具有親疏水結構的傳感器，其特徵是:所述的親水性的材料選自親水性的金屬、光子晶體、納米顆粒中的一種或幾種。
4.根據權利要求3所述的具有親疏水結構的傳感器，其特徵是:所述的親水性的金屬選自金、銀、銅和鋁中的一種或幾種； 所述的光子晶體選自由二氧化矽微球組裝成的光子晶體、由聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的微球組裝成的光子晶體、二氧化矽反蛋白石光子晶體、二氧化鈦反蛋白石光子晶體、由聚丙烯醯胺構成的反蛋白石結構的光子晶體和由聚丙烯醯胺-丙烯酸嵌段共聚物構成的反蛋白石結構的光子晶體中的一種或幾種； 所述的納米顆粒選自單一化學組成的或是具有核殼結構的金納米顆粒、銀納米顆粒、量子點顆粒中的一種或幾種。
5.根據權利要求4所述的具有親疏水結構的傳感器，其特徵是:所述的二氧化矽微球的直徑為200n m~300nm，所述的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)核殼結構的微球的直徑為180nm~300nm,所述的二氧化娃反蛋白石光子晶體的禁帶位置為400~800nm,所述的二氧化鈦反蛋白石光子晶體的禁帶位置為400~800nm，所述的由聚丙烯醯胺構成的反蛋白石結構的光子晶體的禁帶位置為400~800nm，所述的由聚丙烯醯胺-丙烯酸嵌段共聚物構成的反蛋白石結構的光子晶體的禁帶位置為400~800nm。
6.一種權利要求1~5任意一項所述的具有親疏水結構的傳感器的應用，其特徵是:所述的具有親疏水結構的傳感器用於對含有待檢測物的樣品溶液中的待檢測物進行檢測。
7.根據權利要求6所述的應用，其特徵是:所述的用於對含有待檢測物的樣品溶液中的待檢測物進行檢測，是將含有待檢測物的樣品溶液直接滴加於表面具有浸潤性差異的傳感器的表面，待含有待檢測物的樣品溶液乾燥後，含有待檢測物的樣品溶液中的待檢測物富集於傳感器表面上的親水性檢測區域，通過螢光光譜法、比色法、拉曼光譜法或伏安曲線法，對親水性檢測區域中的待檢測物所發出的螢光光譜、透射光譜、反射光譜或電流強度信號進行檢測，實現對待檢測物的檢測。
8.根據權利要求7所述的應用，其特徵是:所述的含有待檢測物的樣品溶液的使用量是以大小為?ο μ m~Imm的親水性檢測區域使用0.1~10 μ L的含有待檢測物的樣品溶液。
【文檔編號】G01N1/40GK103940659SQ201410116948
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】侯覺, 李明珠, 宋延林 申請人:中國科學院化學研究所