[发明专利]一种孔状生物传感器、制作及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物传感器，特别是一种连孔状结构的生物传感器，及该生物传感器制作方法和应用于生物医疗方面的检测方法。

背景技术

生物传感器利用生物活性物质的亲和性，如酶-底物、酶-辅基、抗原-抗体、激素-受体等的分子识別功能，可以有选择地检测待测物。由于生物活性物质具有专一识別功能，使得生物传感器具有较高的选择性，能直接用于复杂样品的检测。生物传感器已被广泛地应用于临床医学检测、工业过程控制、环境检测、化学物质安全性评价以及食品，制药等许多领域。

在生物传感器构建中，其关键技术之一就是如何将生物分子稳定、高活性地固定到换能器表面。納米材料，因其具有较大的表面积、高表面活性、強吸附力及高催化效率等优异特性，可在增加生物分子(酶、抗原或抗体等)的吸附量和稳定性的同時，提高生物分子(酶)的催化活性，提高传感器的反应灵敏度。氧化锌纳米材料，如氧化锌纳米梳，纳米线等已成功应用于生物传感器的构建(如尿酸，过氧化氢，葡萄糖传感器等)，因为氧化锌纳米材料有很好的生物兼容性，而且由于周围有利的微环境，它们能很好地保持生物分子的活性，并且能增強活性位点和电极之间的电子转移能力。

氧化锌具有较高的等电点，低等电点的生物分子(如葡萄糖氧化酶，尿酸酶等)可通过静电作用吸附在高等电点的氧化锌纳米材料表面，起到固定生物活性物质在电极表面的作用。基于氧化锌纳米材料的生物传感器显示出高灵敏度和快速反应的特点，但是测定的线性范围往往较小，限制了其应用范围，比如基于氧化锌纳米线的葡萄糖传感器测定的线性范围是0.01～3.45mM，但是正常的人体血糖含量却在3.5～6.1mM之间。而且随着时间的推移，吸附在氧化锌电极表面的生物分子的活性会降低，导致生物传感器的灵敏度下降，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的克服上述现有技术不足，提供一种具有连孔状结构的包裹层的生物传感器，并提供一种该生物传感器制作和应用方法。

本发明通过如下方案实现：

一种孔状生物传感器，依次具有基板、电极层、和聚合物薄膜层。基板电极传感区域聚合物薄膜被去除，暴露的基板电极区域与聚合物薄膜层边缘形成井状结构区阵列；呈连孔状结构的氧化锌包裹层填充在各井状结构区内；带负电的生物活性物质分子通过静电作用吸附在氧化锌孔状结构内。呈连孔状结构的包裹层内孔与孔之间的采用纳米级的狭窄瓶颈结构。生物活性物质为酶、抗原或抗体等，聚合物薄膜层为聚二甲基硅氧烷。

一种制作孔状生物传感器的方法，其特征在于：包括：

步骤一，基板电极制作；

步骤二，将聚合物薄膜材料粘附在基板，并把电极传感区域的聚合薄膜材料去除，使底部的电极区域暴露出来，暴露的基板电极区域与聚合薄膜材料边缘形成井状结构区阵列；

步骤三，将聚苯乙烯微纳米球状模板多层整齐分布在基板电极上，聚苯乙烯微纳米球体之间紧密相连，形成多孔相连状的模板结构；

步骤四，用电沉积的方法在暴露的电极上沉积氧化锌晶体，沉积的氧化锌填充了井状结构区内聚苯乙烯微纳米球体间的间隙；

步骤五，将聚苯乙烯微纳米球状模板用化学腐蚀的方法去除，得到连孔状结构氧化锌包裹层；

步骤六，使生物活性物质分子带上负电，在氧化锌包裹层的正电吸附作用和渗透原理，生物活性物质分子进入氧化锌包裹层的连孔状结构内。

作为优化，所述的步骤一，传统半导体工艺在基板上制备一层惰性金属或石墨电极阵列，然后用光刻技术在玻璃基板上腐蚀出电极阵列图案形成；

所述的步骤二，所述聚合物薄膜材料为聚二甲基硅氧烷；

所述的步骤三，将聚苯乙烯微球粉末与去离子水均匀混合得到亲水胶体，然后将聚苯乙烯粉末亲水胶体滴入井状结构区内，并经水分蒸发形成多孔相连状的模板结构；

所述的步骤五，将聚苯乙烯微纳米球被苯溶液溶解去除，基板电极取出后反复用去离子水冲洗。

另外，应用本发明的孔状生物传感器进行目标分析物检测时，先将孔状生物传感器浸入含有目标分析物的溶液中，然后采用三电极体系，以孔状生物传感器电极为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以白金Pt电极为辅助电极，检测孔状生物传感器电极表面发生氧化反应产生的电流信号以检测含有目标分析物溶液的浓度。

综上所述本发明具有如下显著特点和效果：