[发明专利]诊断纳米传感器及其在医学中的用途

说明书

发明领域

本发明一般涉及生物传感器技术，并且具体涉及基于金属纳米岛、半导体 纳米岛和磁性纳米岛有序阵列的用于医学、生物学、生物化学、化学和环境学 应用的新颖多功能生物传感器。

发明背景

纳米科学和工程已经显示用于制造新颖生物传感器的巨大前景，其中所述 的新颖生物传感器比平面传感器结构响应更快和灵敏度更高，原因在于其小尺 度以及与生物试剂和化学试剂的接触表面明显增加及有力结合。此类生物传感 器具有在医学、在生物及生物化学研究及对环境监测和保护以及在食品工业中 的重要应用。

在最近数年来，纳米粒子技术已经用来构建检测从空气内污染物至血液及 其它样品内存在的特定DNA区段在内的各种分析物的化学传感器和生物传感 器。

如例如US 2005/0142030中所述，封装的金属纳米粒子可以用不同类型的 配体进行官能化，以生产利用金属纳米粒子电学特性变化和因此可充当用于气 相的电子鼻或用于液相的电子舌的化学传感器。

此外，WO 2004/086044公开了若进行按合适尺寸制造及官能化，银纳米 粒子或金纳米粒子可以以一种方式或另一种方式充当纳米传感器。然而，为了 充分利用小尺度粒子的物理特征如局域化表面等离子体共振(LSPR)谱学作 为检测方法，这些粒子需要具有均匀的尺寸和物理特征和/或需要以几何学上 均匀地在基材上组织。

如以上提到的文献中所述的金属纳米粒子的另一个限制是它们由湿化学 合成法生产。这种类型的生产不能精确控制粒子的尺寸及形状并且不允许粒子 在基材上的均匀固定。

最近，已经提出利用纳米管如单壁碳纳米管或多壁碳纳米管的化学传感器 和生物传感器。此类传感器使用常规半导体制造技术制造，以便在固体表面上 产生非水平定向或水平定向的纳米管或纳米线，如WO 2005/031299或WO 2005/093831中所述。然而，常规半导体制造技术不象光刻技术那样允许以几 何方式在固体表面上组织纳米结构。

作为纳米结构表面产生技术的光刻法存在多种类型。一种类型的光刻法是 电子束光刻法并且例如在FR 2 860 872内已经用来在二维表面上或对该二维 表面产生圆形或椭圆形“图案”分布。本项技术的明显缺点是成本非常高。

如US 2005/0157445中所述的纳米粒子在纳米管或纳米线上的电沉积产生 小型化的电子装置，但是需要导电元件。

发明简述

本发明的主要目的是提出基于金属纳米岛、半导体纳米岛和磁性纳米岛以 及纳米岛阵列的新颖多功能生物传感器技术，提供用于医学诊断目的、生物和 生物化学研究及环境监测和保护以及食品工业中的新纳米传感器。纳米粒子表 面可以用因其特异性而选择性地与其它分子相互作用的生物有机相互作用的 材料加以官能化。通过化学地控制纳米粒子表面，可以使纳米粒子“程序化” 以识别并选择性结合分子、其它纳米粒子(半导体)或具有合适模式的基材表 面如细胞外膜。

尤其，本发明的目的是提供基于贵金属纳米岛的通过在纳米岛上共振激发 传导电子的集体振荡(collective oscillation)(即所谓表面等离子体共振)的纳 米传感器。该现象可以与受体和其靶间的结合事件偶联。这些纳米传感器的高 度改良的导电性转化为前所未有的灵敏度并且这种导电性使得设计用于检测 事关国土安全、食品安全、环境质量和公共健康的病原体和毒素的新型感受装 置成为可能。贵金属纳米岛的使用导致生物有机相互作用的材料(interactive material)与其靶物质间结合事件的信号转导增加和纳米生物传感器在检测下 限和动态范围(dynamic range)方面的灵敏度增加。

本发明克服现有技术的如下限制：

-如电子束光刻法和电沉积中的高生产成本；

-如常规半导体制造技术中纳米粒子、纳米管或纳米线在基材上不均匀的 分布/固定；

-因湿化学合成法所产生粒子的不均匀尺寸和形状。

本发明提供以六角几何形状分布的表面约束性贵金属纳米三角形，并且这 种六角几何形状的尺度可以通过纳米球光刻法(NSL)而变化。