[发明专利]蛋白质修饰的GaN纳米线阵列及其制法和用途

说明书

技术领域：

本发明涉及GaN纳米线阵列，具体地说，是蛋白质修饰的GaN纳米线阵列及其制法和用途。

背景技术

氮化镓(GaN)纳米线同氧化锌(ZnO)、硅纳米线(Si)、碳纳米管(CNT)一样，是一种重要的一维半导体材料。在氮化镓晶体中，镓元素与氮元素之间形成强共价键，使其表现出可以与碳纳米管相媲美的的机械性能。GaN纳米线具有相对稳定的物理化学性质，它可以承受酸、碱、有机溶剂的侵蚀，有高度的热稳定性，可以承受900℃的高温。现有的技术已经可以熟练制备直径5～500nm，毫米级长度的纳米线。

GaN纳米线具有高度的生物兼容性能，可以在生物体内使用。作为一种一维纳米材料，它具有高的面积/体积比。未经处理的GaN纳米线表面没有官能团，不能用来嫁接有机单分子膜。GaN纳米线表面可以通过化学氧化例如硫酸/双氧水处理产生活性-OH官能团，但该技术所产生的-OH数量相对有限，因此寻找生成大量-OH的制备方法十分有意义。原子层沉积技术(ALD)属于真空化学气相沉积技术(CVD)，该项技术在产生致密氧化层的同时，能在其表面产生大量的-OH官能团，这部分的-OH就可以用来修饰有机单分子膜，进而嫁接生物分子。

生物分子表面含有众多的官能团，可以与有机分子上的活性官能团发生欧联反应，从而将生物分子嫁接在GaN纳米线表面上。直径处于100～500nm之间、间距处于200nm～20μm之间的直立GaN纳米线阵列对于生物分子的进出十分有利，从而提高嫁接或分离效率。聚乙二醇(PEG)具有高度的非特异性排斥生物分子能力，在PEG的末端固定生物分子，可避免生物分子的物理性吸附，从而大大提高生物分子的选择性。同时，相对于多孔的硅、铝等基生物传感器来说，由于GaN纳米线阵列直立，溶液在其表面的流动性更高，便于嫁接、分离生物分子。

GaN纳米线可以允许红外光谱穿过，其表面的官能团及有机修饰物包括生物分子可以吸收红外光，故利用红外光谱可监控GaN纳米线表面的化学反应。ALD沉积层的厚度通常在2～10纳米，微米级波长的红外光可以穿过ALD沉积层，故ALD沉积的GaN纳米线也可以用红外表征。

生物体内的某些痕量存在蛋白对生理功能起着极其重要的作用，提纯、识别、克隆它们具有重要的意义。由于GaN纳米线具有高比表面积，可作为嫁接高密度的生物分子的载体。当生物分子嫁接之后，就可以与与之相应的生物分子(例如抗体-抗原、受体-给体、酶-底物等)发生相互识别，然后通过一些检测手段，把这些生物分子的信息采集出来。由于生物分子的识别属可逆、可控的，该阵列可重复多次使用。通过生物分子的识别，可以将溶液中少量存在的生物分子捕获出来，实现浓缩分离目标生物分子的目的，避免了生化分离的高代价投入。

通常GaN纳米线阵列是一种垂直直立的纳米线，激光在其表面很容易发生干涉。当生物分子识别前后，其干涉条纹就会发生明显变化，采集其干涉数据，计算其光学厚度，可定量得到嫁接在其表面生物分子的嫁接密度。另外，若采用荧光标记的生物分子嫁接在纳米线的表面，其荧光强度就可以通过荧光扫描获得。利用荧光分析法，可定量得到荧光分子的数量，即可推导出生物分子的嫁接密度。

目前，有关GaN纳米线的专利主要集中在发光二极管和激光器方面。美国多项专利如6818061、7335262涉及GaN纳米线的制备。美国专利7421274，7420147，6949773，欧洲专利EP1145282A2，中国台湾专利TW569474涉及GaN纳米线在发光二极管方面的应用。中国专利200510048111涉及GaN纳米线的制备。中国专利200780016946涉及GaN纳米线的制备和在发光二极管和激光器方面的应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种蛋白质修饰的GaN纳米线阵列及其制法，以及将之用于蛋白质分子的分离、识别或检测。

本发明的技术方案如下：

一种蛋白质修饰的GaN纳米线阵列，它是以直立的GaN纳米线阵列作为基片，纳米线表面经化学氧化或等离子氧化产生Ga-OH官能团；或者经原子层沉积法在纳米线表面沉积SiO₂、TiO₂或Al₂O₃膜，其表面经水解具有-OH官能团，GaN纳米线表面的-OH官能团与SiCl₄反应形成-O-Si-Cl键，最后通过聚乙二醇分子与蛋白质分子连接形成蛋白质修饰的GaN纳米线阵列。