一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法
【專利摘要】本發明公開了一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，使用簡單化學沉積方法在聲波傳播波峰（波谷）進行納米級厚度自組裝圖形化修飾，在傳感器表面實現同一平面材料上生物分子的圖形化排布，提高傳感器敏感區單位面積分子的捕獲量。同時，在非波峰（波谷）區域進行疏水化修飾，減少樣本中其他分子的非特異性吸附，以此促進分子集中圖形化排布在傳感器振幅最大位置，將質量的增加集中在波峰（波谷）區域，增加單位面積內質量的增加，增強壓電薄膜的靈敏度，從而增強壓電薄膜傳感器的性能，實現對復雜樣本中生物分子的定量檢測，為建立高靈敏度、多通道、高通量的自動化生物分子定量檢測方法提供關鍵技術。
【專利說明】一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物分子檢測壓電薄膜傳感器領域，具體為一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法。
【背景技術】
[0002]目前，光學檢測方法已廣泛應用于體液環境中微量生物分子的檢測，但是仍存在一定的局限性。例如，對全血等成分復雜、透光性差的樣本進行檢測時，光學檢測方法不易獲得較好的結果。壓電薄膜傳感器是一種高靈敏度的質量傳感器，其檢測原理是將薄膜表面與待測分子與薄膜結合后質量增加引起諧振頻率的改變。對高粘度，不透光的復雜樣本檢測性能優于現有的光學檢測手段。
[0003]但壓電薄膜傳感器直接用于血清或全血等復雜樣品檢測時，樣品體系中大量的其他蛋白和可溶性成分會造成很大的背景干擾。常規解決方案在傳感器表面沉積蛋白A、鏈霉親和素和生物素等親和性蛋白，以此提高特異性抗體或生物分子的結合效率。但這些蛋白的涂布對傳感器表面是一種均一化的改性修飾，且涂層的厚度通常達到幾百納米以上，增加了薄膜自身的質量，削弱了器件的靈敏度和特異性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，以解決現有技術壓電薄膜傳感器沉積蛋白存在的質量增加、削弱器件靈敏度和特異性的問題。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
[0006]一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域沉積條帶狀金屬圖形，構成圖形化修飾區域，在金屬圖形上沉積條帶狀結構的自組裝單分子薄膜層，在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用疏水化試劑處理。
[0007]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述金屬圖形通過濺射或蒸發沉積在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域，金屬圖形的線寬d等于叉指換能器的電極寬度，金屬圖形的條形間距為駐波波長λ的1/η，η可取I, 2，3......。
[0008]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述金屬圖形沉積在壓電薄膜傳感器正面或者背面，且位于壓電薄膜的激勵電極和接收電極之間波形傳播的波峰或波谷區域，條帶狀金屬圖形呈周期狀條紋分布。
[0009]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述自組裝單分子薄膜層為納米級厚度，可由胱胺或者鏈烴硫醇等一端含巰基基團的分子在金屬層表面自組裝而成，薄膜末端氨基或羧基活化后與末端具有氨基的生物分子結合。
[0010]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:優選以一定比例混合、主碳鏈長度不同摻雜的烷烴硫醇分子在金屬圖形化學沉積構成具有一定粗糙度的自組裝單分子薄膜層，活化后與抗體或抗原、多肽、適配體或核酸生物分子結合，捕獲目標抗原或分子特異性檢測。
[0011]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:自組裝單分子薄膜層可結合的生物分子包括帶游離氨基或羧基的多肽、抗原或半抗原、抗體、適配體以及寡聚核苷酸。
[0012]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用含甲基，羧基，甲氧基，鹵素的硅烷或硅氧烷分子進行疏水處理，以此降低血清中其余蛋白及分子的吸附。
[0013]所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:圖形化修飾后的壓電薄膜傳感器適用于復雜生物樣品中特定生物組分的定量檢測。
[0014]本發明使用簡單化學沉積方法在壓電薄膜傳感器表面實現同一平面材料上對生物分子圖形化排布在聲波傳播波峰(波谷)。利用納米級厚度自組裝單分子層修飾，增加表面粗糙度，提高傳感器敏感區單位面積分子的捕獲量。同時，在非波峰(波谷)區域進行疏水化修飾，減少樣本中其他分子的非特異性吸附，以此增強薄膜傳感器的性能，實現對復雜樣本中生物分子的定量檢測。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0016](I)以化學沉積方法在同一平面壓電材料上實現對生物分子具有不同親和力的圖形化區域性生化物質涂布。
[0017](2)納米級厚度的自組裝單分子層質量更低，均一性良好，降低對壓電傳感器的影響，并增強傳感器表面的分子結合能力。
[0018](3)以一定比例配比的兩種不同長度的直鏈烷烴硫醇與波峰(波谷)區域進行自組裝，在壓電薄膜器件形成有一定粗糙度的自組裝單分子層。該結構充分利用空間排布，降低抗體結合的空間位阻，暴露更多抗體結合位點，增加抗體等生物分子的結合效率。
[0019](4)非波峰(波谷)區域采用進行疏水化處理，降低體系中非特異性吸附，以此提高壓電薄膜的特異性。
[0020](5)促進分子集中圖形化排布在傳感器振幅最大位置，將質量的增加集中在波峰(波谷)區域，增加單位面積內質量的增加，增強壓電薄膜的靈敏度。
[0021](6)易于與微磁珠結合進行檢測前分選，縮減反應步驟，能夠實現高靈敏度、多通道、高通量的快速自動化生物分子定量檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明壓電薄膜傳感器振動的波形圖。
[0023]圖2為本發明壓電薄膜傳感器整體結構側視圖，其中:
[0024]圖2a為整體結構側視圖。圖2b為金屬圖形部分放大示意圖。
[0025]圖3為本發明壓電薄膜傳感器自組裝單分子薄膜層結構仰視圖。
【具體實施方式】
[0026]一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域沉積條帶狀金屬圖形，構成圖形化修飾區域，在金屬圖形上沉積條帶狀結構的自組裝單分子薄膜層，在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用疏水化試劑處理。
[0027]金屬圖形通過濺射或蒸發沉積在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域，金屬圖形的線寬d等于叉指換能器的電極寬度，金屬圖形的條形間距為駐波波長λ的1/η，η可取1，2，3……。
[0028]金屬圖形沉積在壓電薄膜傳感器正面或者背面，且位于壓電薄膜的激勵電極和接收電極之間波形傳播的波峰或波谷區域，條帶狀金屬圖形呈周期狀條紋分布。
[0029]自組裝單分子薄膜層為納米級厚度，自組裝單分子薄膜層通過單分子層末端基團與生物分子結合。
[0030]自組裝單分子薄膜層可由胱胺或者鏈烴硫醇等一端含巰基的分子在金表面自組裝構成。薄膜層末端氨基或羧基經活化后與生物分子末端氨基基團結合。(氨基經戊二醛交聯后水解與生物分子的氨基結合；羧基經N-hydroxysuccinimide (NHS)的活化下與l_ethyl-3- (3-dimethylamino-propyl) carbodiimide (EDC)結合,然后與生物分子末端的氨基
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[0031]優選一定比例混合、主碳鏈長度不同摻雜的烷烴硫醇分子在金屬圖形化學沉積構成具有一定粗糙度的自組裝單分子薄膜層，活化后與抗體或抗原、多肽、適配體或核酸生物分子結合，捕獲目標抗原或分子特異性檢測。
[0032]自組裝單分子薄膜層可結合的生物分子包括帶游離氨基或羧基的多肽、抗原或半抗原、抗體、適配體以及寡聚核苷酸。
[0033]在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用含甲基，羧基，甲氧基，鹵素的硅烷或硅氧烷分子進行疏水處理，以此降低血清中其余蛋白及分子的吸附。
[0034]圖形化修飾后的壓電薄膜``傳感器適用于復雜生物樣品中特定生物組分的定量檢測。
[0035]本發明原理:
[0036]一定長度且兩端固定的壓電薄膜器件，由IDT(interdigital transducer)叉指電極激勵產生的聲波，與另一端反射回的聲波形成駐波。選擇適當長度的薄膜、叉指電極間距d以及交流激勵源的周期T，可以獲得固定波峰(波谷)位置的振動模式，如圖1所示。00指示的實線及虛線波形為叉指電極激勵下壓電薄膜振動的波形的兩個瞬時狀態，其中01為波峰(波谷)位置，即振幅最大的位點；02為過零點位置，即振幅最小的位點。由薄膜諧振頻率與質量之間的關系:
【權利要求】
1.一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域沉積條帶狀金屬圖形，構成圖形化修飾區域，在金屬圖形上沉積條帶狀結構的自組裝單分子薄膜層，在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用疏水化試劑處理。
2.根據權利要求1所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述金屬圖形通過濺射或蒸發沉積在壓電薄膜傳感器波形傳播的波峰或波谷區域，金屬圖形的線寬d等于叉指換能器的電極寬度，金屬圖形的條形間距為駐波波長λ的1/η，η可取1，2，3……。
3.根據權利要求1所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述金屬圖形沉積在壓電薄膜傳感器正面或者背面，且位于壓電薄膜的激勵電極和接收電極之間波形傳播的波峰或波谷區域，條帶狀金屬圖形呈周期狀條紋分布。
4.根據權利要求1所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述自組裝單分子薄膜層為納米級厚度，可由胱胺或者鏈烴硫醇等一端含巰基基團的分子在金屬層表面自組裝而成，薄膜末端氨基或羧基活化后與末端具有氨基的生物分子結合。
5.根據權利要求4所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:所述自組裝單分子圖形化薄膜層優選以一定比例混合、主碳鏈長度不同的烷烴硫醇分子在金屬圖形化學沉積構成具有一定粗糙度的自組裝單分子薄膜層，活化后與抗體或抗原、多肽、適配體或核酸生物分子結合，捕獲目標抗原或分子特異性檢測。
6.根據權利要求4所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:自組裝單分子薄膜層可結合的生物分子包括帶游離氨基或羧基的多肽、抗原或半抗原、抗體、適配體以及寡聚核苷酸。
7.根據權利要求1所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:在壓電薄膜傳感器波形傳播的非波峰或非波谷區域采用含甲基，羧基，甲氧基，鹵素的硅烷或硅氧烷分子進行處理，以此降低血清中其余蛋白及分子的吸附。
8.根據權利要求1所述的一種增強壓電薄膜傳感器性能的圖形化修飾方法，其特征在于:圖形化修飾后的壓電薄膜傳感器適用于復雜生物樣品中特定生物組分的定量檢測。
【文檔編號】G01N29/036GK103698396SQ201310713092
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月21日 優先權日:2013年12月21日
【發明者】張威, 周連群, 吳一輝 申請人:中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所