[发明专利]空心纳米针-石墨烯复合材料传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种空心纳米针‑石墨烯复合材料传感器，其包括：聚碳酸酯膜、位于所述聚碳酸酯膜一面的空心纳米针、以及位于所述聚碳酸酯膜另一面的杂化石墨烯复合电极。本发明的传感器具有良好的生物相容性、灵敏度高，能够有效检测活细胞内的生物分子。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种空心纳米针-石墨烯复合材料传感器及其在检测细胞内物质方面的应用。

背景技术

从环境安全监测到人类疾病诊断与治疗，生物检测技术已广阔应用于人类生活。尤其是人类疾病诊断领域，主要包括：人类基因检测，疾病检测与治疗以及药物传输等。其中，疾病检测中细胞层次检测为科学研究者的关注点，因此，如何实时准确的检测细胞内物质成为目前科学研究待解决的问题。

复合材料综合了各组成材料的优势，弥补了单个材料的不足，大大拓宽了复合材料的应用领域，成为科研领域新的热点。尤其是对纳米复合材料的研究，更是从纳米结构上大大提高了纳米复合材料各项性能，广泛应用于生物、材料、物理、化学等各个研究领域。其中，纳米复合材料在生物检测中的应用，利用了纳米复合材料优异的灵敏性、良好的重复性、环境友好性等优势，使生物检测更加便捷化、安全化、人性化，进而简化并增加了生物检测的途径方法。其中，复合材料电极用于检测细胞内物质，由于其检测方式简便、迅速、重复性高，成为了很多科学研究者优选方式。

但大多纳米复合材料只能监测细胞分泌出来的分子，或者被消化的细胞提取液，并不能检测活细胞内的生物分子。因此，如何利用纳米复合材料实时检测细胞内物质，同时不损伤细胞成为现在科研热点。

目前，细胞内检测多为将细胞溶解掉，提取溶解后的细胞液，检测细胞液内目标物质；或在细胞培养液内加入某种促分泌物质以促使培养细胞分泌目标物质，从而完成细胞外检测。细胞检测途径包括：电化学检测，荧光检测，拉曼检测等。以上检测方式多为一次性检测，且存在损坏细胞，检测精度等不足，难以做到在不破坏细胞正常生理功能和活性前提上，原位检测细胞内物质，还缺乏一种能够无创地提取细胞内物质，且能实现原位进行鉴定与分析的一体式装置。

空心纳米针可以研究许多生物系统的功能，从细胞、生物体液、到组织和生物体。目前，空心纳米针主要应用于细胞内药物释放以及细胞内物质提取与传输。与传统的探针相比，空心纳米针应用于细胞具有更低的毒性和干扰，可以非常有效地感知细胞内的环境。因此，可以与细胞进行长期、可逆相互作用：除了细胞内检测DNA、RNA、蛋白分子及其他生物分子，还可以对细胞定性诊断以及通过空心纳米针向细胞内传递药物等。且空心纳米针为纳米级尺寸，便于组装成大规模、有序阵列，进而监测大细胞群的生物功能。

石墨烯具有非常好的生物相容性，一直以来，石墨烯基纳米复合材料在医学领域(如：在生物检测、基因/药物传输、生物成像、靶向药物治疗、生物传感以及癌症治疗等)的应用引起了巨大关注。

发明内容

本发明的一个目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种具有良好的生物相容性、灵敏度高、能够有效检测活细胞内的生物分子的空心纳米针-石墨烯复合材料传感器。

本发明的又一个目的是提供一种能够有效检测活细胞内的生物分子的方法。

为了实现以上发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种空心纳米针-石墨烯复合材料传感器，其包括：聚碳酸酯膜、位于所述聚碳酸酯膜一面的空心纳米针、以及位于所述聚碳酸酯膜另一面的杂化石墨烯复合电极。

优选地，所述聚碳酸酯膜具有均匀纳米孔径。更优选地，所述孔径大小为

优选地，所述空心纳米针为氧化铝空心纳米针。

本发明还提供了制备所述空心纳米针-石墨烯复合材料传感器的方法，其包括以下步骤：

(1)利用原子层沉积法与等离子体刻蚀法结合制备一面为氧化铝空心纳米针的聚碳酸酯膜；