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使用纳米软刻蚀技术加工的导电聚合物纳米线生物传感器

使用纳米软刻蚀技术加工的导电聚合物纳米线生物传感器

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作者：王启坤天津大学

学位级别：硕士

纳米和生物技术的交叉研究正在成为当今最活跃的前沿学科领域。涵盖生物、化学、物理以及工程等诸多学科的纳米技术将在医学、生命科学等领域的研究中产生革命性的进步。如创造新的分析工具直接、灵敏和快速的检测生物化学物质相互作用... 详细信息

纳米和生物技术的交叉研究正在成为当今最活跃的前沿学科领域。涵盖生物、化学、物理以及工程等诸多学科的纳米技术将在医学、生命科学等领域的研究中产生革命性的进步。如创造新的分析工具直接、灵敏和快速的检测生物化学物质相互作用;实现疾病早期诊断和新药物的发现和筛查。其中,基于一维纳米结构的生化传感器由于其独特的物理化学性质,高表体比,以及低功耗、超高灵敏度、快速响应的优势已成为纳米传感器研究的热点。传统的纳米线器件制造方法包括:“自上而下”和“自下而上”两种类型。“自下而上”的方法使用化学法生长的纳米线,通过自组装等手段制备功能化的器件;“自上而下”的方法使用经典的纳米制造技术(例如光刻法、电子束曝光等)直接制造纳米结构。“自下而上”的方法的缺点是无法控制自组装过程中产生的缺陷,而“自上至下”的方法限制于使用昂贵的加工设备以及依赖特殊的材料。本文提出了一种基于纳米软刻蚀技术的阵列化导电聚合物纳米线生物传感器的制造方法。通过软刻蚀技术制造具有纳米沟道图案的印章,在沟道图案表面覆盖Si/Si O基底形成纳米通道;纳米通道两端滴加导电聚合物溶液,利用毛细力使导电聚合物溶液灌满通道,干燥后形成阵列化纳米线。再经过金属电极沉积,形成电阻型电学传感器件。在纳米线沉积过程中,通过在导电聚合物溶液中掺杂高分子生物素材料(biotin-derivatized poly(L-lysine)-grafted oligo-ethylene glycol),实现特异性的链霉亲和素检测。后利用链霉亲和素与含有生物素的其它标志物结合,可将多种标记生物素的特异性抗体与其结合。本传感器可以广泛应用于多种生物标志物的检测。相比以上介绍的传统纳米线器件制造方法,基于纳米软刻蚀技术的纳米线制造方法具有便于阵列化大批量生产、制造成本低廉、重复性高、生物兼容性高等优点。本文选择前列腺癌标志物作为蛋白分子代表,在器件上修饰前列腺癌特异性抗体(anti-PSA/biotin)实现器件对极低浓度的前列腺癌标志物特异性检测(检测极限为10 pg/ml)。选择大肠杆菌O157:H7作为菌类代表,在器件上修饰大肠杆菌O157:H7特异性抗体(***/biotin)实现器件对低浓度大肠杆菌的定性定量检测(检测极限为10 CFU/m L)。实验结果表明基于本文所提出的软刻蚀方法制备的阵列化导电聚合物纳米线生物传感器可适用于纳米尺度到微米尺度的生物分子免疫检测,在癌症早期检查和食品安全领域都有很大意义和广阔应用前景。

关键词：纳米软刻蚀技术生物传感器纳米线前列腺癌标志物大肠杆菌导电聚合物链霉亲和素生物素

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