專利名稱：金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對(duì)生物樣品中多種蛋白質(zhì)和基因進(jìn)行檢測(cè)的領(lǐng)域，特別涉及金屬修飾 的光子晶體生物檢測(cè)薄膜及其制備方法，以及利用金屬修飾的光子晶體對(duì)生物物質(zhì)的檢測(cè) 用途。
背景技術(shù)：
生命科學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)分析化學(xué)提出了大量新的課題，目前集中在多肽、蛋白質(zhì)、 核酸等生物大分子分析，生物藥物分析，超痕量、超微量生物活性物質(zhì)分析，甚至微生物分 析等。因此，生物分析已成為現(xiàn)代分析化學(xué)發(fā)展的最重要的前沿領(lǐng)域之一。為了適應(yīng)這種 形勢(shì)的要求，眾多分析化學(xué)工作者正在不斷努力開發(fā)新的分析方法和技術(shù)。生物傳感器是 一種在多學(xué)科交叉背景下發(fā)展起來(lái)的新型分析儀器，目前生物傳感器使用的探測(cè)機(jī)制共有 電、光、熱、量4種，其中以光信號(hào)作為探測(cè)機(jī)制的稱為光學(xué)生物傳感器。光學(xué)生物傳感器因 具有快速、靈敏、準(zhǔn)確和高選擇性等特點(diǎn)而最為引人矚目。由于光學(xué)生物傳感器具有非破 壞性的操作模式、較高的信號(hào)產(chǎn)生與讀取速度，加上近年來(lái)光纖技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使光學(xué) 生物傳感器的測(cè)試方式和應(yīng)用領(lǐng)域都得到極大的擴(kuò)展，成為迄今應(yīng)用最為普遍的生物傳感 器，具有廣闊的發(fā)展前景。以熒光信號(hào)為讀出信號(hào)，是光學(xué)生物傳感器的一種最主要的信號(hào)采集形式。熒光 分析法作為一種分析方法，早在19世紀(jì)60年代就已出現(xiàn)。該方法具有許多突出優(yōu)點(diǎn)①選 擇性好；②具有多種測(cè)定參數(shù)(如熒光壽命、熒光各向異性、熒光量子產(chǎn)率、熒光激發(fā)波長(zhǎng)、 發(fā)射波長(zhǎng)等)；③靈敏度高；④具有多種檢測(cè)技術(shù)和方法(如同步熒光、導(dǎo)數(shù)熒光、熒光偏 振、熒光動(dòng)力學(xué)分析法、三維熒光光譜法及相分辨、時(shí)間分辨熒光分析法等)。故可以依據(jù)實(shí) 際測(cè)定條件的不同加以選擇，因而具有適用性強(qiáng)、選擇性好、線性范圍較寬的特點(diǎn)。然而，在實(shí)際過(guò)程中，由于樣品的特殊性，熒光技術(shù)已有的靈敏度仍然不能滿 足所有測(cè)定的需要。因此，希望能夠進(jìn)一步提高熒光檢測(cè)的靈敏度，使其應(yīng)用范圍更加 擴(kuò)大。用于提高熒光檢測(cè)靈敏度的方法有多種，例如利用新技術(shù)、新器件，進(jìn)一步提 高儀器的檢測(cè)靈敏度[CN 1602420A]；熒光放大分離[CN 101082583] ； [X. Gao, Y. Cui, R. M. Levenson, L. W. K. Chung, and S. Nie, Nat. Biotechnol. 22,969 (2004).]利用酶聯(lián) 免疫反應(yīng)、[R. M. Lequin, Clin. Chem. 51, 2415 (2005).]聚合酶鏈反應(yīng)、[R. K. Saiki, S. Scharf, F. Faloona, K. B. Mullis, G. T. Horn, H. A. Erlich, and N. Arnheim, Science 230, 1350 (1985) ·]多熒光發(fā)色團(tuán)探針[B. S. Gaylord, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99，10954 (2002).]等生物化學(xué)方法提高熒光信號(hào)的放大倍數(shù)。但以上述這些方法提高熒光技術(shù)的檢測(cè)靈敏度局限性很大，提高的程度受制于熒 光物種自身的量子產(chǎn)率、光解性以及背景熒光的干擾等。從改進(jìn)儀器方面考慮，要達(dá)到高靈 敏的測(cè)試要求，需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，最大限度地降低背景熒光，需要用到復(fù)雜的光學(xué)系 統(tǒng)，對(duì)檢測(cè)器的質(zhì)量要求也特別高，因此儀器價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要求嚴(yán)格，要將該方法推 廣應(yīng)用存在現(xiàn)實(shí)困難，嚴(yán)重制約了其實(shí)用化的步伐。因此，很有必要尋找新的提高熒光檢測(cè)
4靈敏度的途徑。指分布于金和銀等金屬表面或其溶膠附近的熒光物種的熒光發(fā)射強(qiáng)度能夠能夠 大大增強(qiáng)，并且已經(jīng)開始在DNA檢測(cè)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移免疫分析等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。光 子晶體是一種具有介電常數(shù)(或折射率)周期性的有序結(jié)構(gòu)，能夠限制、控制和調(diào)控光子。 光子晶體可以作為一種良好的光學(xué)腔，為控制光的發(fā)射和傳播提供了很好的理論設(shè)想和試 驗(yàn)依據(jù)，并且能夠提供高度有序的周期性結(jié)構(gòu)，近年來(lái)對(duì)光子晶體光學(xué)及結(jié)構(gòu)特性的研究， 使得它在光電器件和光學(xué)芯片等方面有著誘人的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能高、靈敏度高、成本低、快速、方便、易實(shí)現(xiàn)的 利用金屬粒子或金屬薄膜修飾的光子晶體提高生物檢測(cè)靈敏度的金屬修飾的光子晶體生 物檢測(cè)薄膜。本發(fā)明的再一目的在于提供一種金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜的制備方法。本發(fā)明的還一目的在于提供金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜對(duì)生物物質(zhì)進(jìn)行 檢測(cè)方面的用途。本發(fā)明是利用光子晶體和金屬表面增強(qiáng)的特性，配合熒光標(biāo)記生物功能物質(zhì)，利 用熒光標(biāo)記生物功能物質(zhì)對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的特異響應(yīng)性或特異親和性，目標(biāo)生物物質(zhì)與生 物功能物質(zhì)發(fā)生響應(yīng)，引起用熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)發(fā)光的改變，通過(guò)光子晶 體增強(qiáng)和金屬表面增強(qiáng)熒光標(biāo)記分子的熒光信號(hào)的讀出和對(duì)熒光信號(hào)的辨別，可以有效的 增強(qiáng)目標(biāo)生物物質(zhì)的檢測(cè)體系的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏生物檢測(cè)。本發(fā)明的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜是一種生長(zhǎng)在支撐基底上的薄膜，所 述的薄膜是由熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜；所述 的熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)是單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生 物功能物質(zhì)。所述的由熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜 中的熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)占薄膜總重量的0. 0001% ；所述的金屬修飾的光子晶體中的光子晶體的厚度為1 ？ m 5mm。所述的金屬修飾的光子晶體是金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體；所 述的金屬薄膜修飾的光子晶體中的金屬在光子晶體表面的厚度為5nm 200nm ；所述的金 屬納米粒子摻雜的光子晶體中的金屬納米粒子占金屬納米粒子摻雜的光子晶體總重量的 0. 001% 100%。所述的生物功能物質(zhì)選自酶、核酸、抗原抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素、激素受體 等中的一種。所述的單個(gè)熒光標(biāo)記分子選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光二氧化硅熒光納 米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種。所述的給受體熒光標(biāo)記對(duì)中的給體和受體分別選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù) 合熒光二氧化硅熒光納米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種，且給 體與受體不能同時(shí)選擇上述相同的物質(zhì)。上述的復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒子是二 氧化硅包覆的有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種(J. R. Taylor, Μ. Μ. Fang, S. Μ. Nie, AnalChem, 2000，72 (9)，1979)。上述的有機(jī)染料是四甲基羅丹明、四乙基羅丹明、四甲基異硫氰酸羅丹明、異硫 氰酸熒光素、溴乙錠、吖啶、菲啶、熒光素、TOTO[S. C. Benson, R. A. Mathie, Α. N. Glazer et al. Nucleic Acids Research,1993b，21，5720]或Y0Y0[S. C. Benson,P. Singh,A. N. Glazer. Nucleic Acids Research, 1993a, 21, 5727]等。上述的發(fā)光量子點(diǎn)是由II-VI族元素和III-V族元素組成的納米顆粒，它們是 CdS、CcKe 或 CcTTe 等。上述的3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物中的3價(jià)稀土鑭系元素是銪(Eu3+)、鋱(Tb3+)或 鈰(Ce3+)等。 上述的熒光蛋白是藻膽色素蛋白或綠色熒光蛋白等。所述的光子晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的自組裝排列具有蛋白石結(jié) 構(gòu)的光子晶體或具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體等。所述的具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是由粒徑均為150nm 1. 5um的聚苯乙烯、聚 甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)或二氧化硅的單分散微球自組 裝制備得到的。所述的具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是以上述具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體為模 板，利用模板法制備得到的。所述的金屬包括金、銀、鉬、銅或鋁等多種具有表面增強(qiáng)效應(yīng)的金屬。所述的支撐基底材料可以為玻璃(普通玻璃、石英玻璃或有機(jī)玻璃等)、金屬 薄膜(鋁箔或銅片等)、塑料薄膜(聚苯乙烯薄膜、聚甲基丙烯酸薄膜、聚丙烯或聚氯乙烯 等)、紙等具有支撐能力的透明或具有較高反射率板材。本發(fā)明的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜的制備方法包括以下步驟(1)在水溶液中，利用單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)，對(duì)生物功能物質(zhì)進(jìn) 行熒光標(biāo)記，得到含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)的水溶 液；(2)利用本領(lǐng)域常用的磁控濺射鍍膜、真空蒸鍍鍍膜或金屬納米粒子摻雜等方法 對(duì)在支撐基底上的光子晶體進(jìn)行金屬修飾，制備得到金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的 光子晶體，其中，優(yōu)選金屬薄膜修飾的光子晶體中的金屬在光子晶體表面的厚度為5nm 200nm;優(yōu)選金屬納米粒子摻雜的光子晶體中的金屬納米粒子占金屬納米粒子摻雜的光子 晶體總重量的0. 001% 100% ；(3)選擇光子晶體的光子禁帶帶邊與步驟(1)中的單個(gè)熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物 功能物質(zhì)中的熒光標(biāo)記分子的發(fā)光峰相匹配的步驟( 得到的金屬薄膜修飾或金屬納米 粒子摻雜的光子晶體，利用所述的光子晶體的光子禁帶帶邊和金屬共同增強(qiáng)所述的熒光標(biāo) 記分子的熒光信號(hào)的讀出，從而提高生物物質(zhì)檢測(cè)體系的靈敏度；或選擇光子晶體的禁帶或光子晶體的光子禁帶帶邊與步驟(1)中的給受體熒光標(biāo) 記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)中的給體的發(fā)光峰相匹配的步驟( 得到的金屬薄膜修飾或金 屬納米粒子摻雜的光子晶體，利用所述的光子晶體的光子禁帶或光子晶體的光子禁帶帶邊 和金屬共同增強(qiáng)所述的給受體熒光標(biāo)記對(duì)的熒光信號(hào)的讀出，從而提高生物物質(zhì)檢測(cè)體系 的靈敏度；CN 102072891 A
說(shuō)明書
4/11 頁(yè) (4)將步驟( 選擇的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體連同支撐基 底一起浸泡在步驟(1)得到的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功 能物質(zhì)的水溶液中，使步驟(1)所述的單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物 功能物質(zhì)固定在步驟C3)選擇的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體上，取出支 撐基底，洗滌、干燥，在支撐基底上得到由單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生 物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜。所述的由單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的 金屬修飾的光子晶體薄膜中，單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì) 占薄膜總重量的0. 0001% 1%ο步驟(1)所述的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物 質(zhì)的水溶液中的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)的摩爾 濃度優(yōu)選為10_16摩爾/升 10摩爾/升。所述的生物功能物質(zhì)選自酶、核酸、抗原抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素、激素受體 等中的一種。所述的單個(gè)熒光標(biāo)記分子選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光二氧化硅熒光納 米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種。所述的給受體熒光標(biāo)記對(duì)中的給體和受體分別選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合 熒光二氧化硅熒光納米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種，且給體與 受體不能同時(shí)選擇上述相同的物質(zhì)。上述的復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒子是二氧化硅包覆的有機(jī)染料、發(fā)光量子 點(diǎn)、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白等中的一種(J. R. Taylor, Μ. Μ. Fang, S.M.Nie， Anal Chem，2000，72(9)，1979)。上述的有機(jī)染料是四甲基羅丹明、四乙基羅丹明、四甲基異硫氰酸羅丹明、異硫 氰酸熒光素、溴乙錠、吖啶、菲啶、熒光素、TOTO[S. C. Benson, R. A. Mathie, Α. N. Glazer et al. Nucleic Acids Research,1993b，21，5720]或Y0Y0[S. C. Benson,P. Singh,A. N. Glazer. Nucleic Acids Research, 1993a, 21, 5727]等。上述的發(fā)光量子點(diǎn)是由II-VI族元素和III-V族元素組成的納米顆粒，它們是 CdS、CcKe 或 CcTTe 等。上述的3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物中的3價(jià)稀土鑭系元素是銪(Eu3+)、鋱(Tb3+)或 鈰(Ce3+)等。上述的熒光蛋白是藻膽色素蛋白或綠色熒光蛋白等。所述的光子晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)、自組裝排列具有蛋白石結(jié)構(gòu) 的光子晶體或具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體等。所述的具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是由粒徑均為150nm 1. 5um的聚苯乙烯、聚 甲基丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)或二氧化硅的單分散微球自組 裝制備得到的。所述的具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體的制備方法包括模板法[O.D.Velev， Ε. W. Kaler, Adv. Mater. 2000，12，531]、重力沉降[H. Miguez, F. Meseguer, C. Lopez, et al. Langmuir, 1997，13,6009]、慢速離心的方法[C. F. Blanford, H. Yan, R. C. Schroden, et al. Adv. Mater. 2001，13，401]、用毛細(xì)管力在平面上自組裝[N. D. Denkov, O.D.Velev，
7Kralchevsky P A, et al. Nature 1993，361，26]、垂直沉積、方法[P. Jiang，J. F. Bertone， K. S. Hwang, et al. Chem. Mater. 1999，11，2132]等。所述的具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是以上述具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體為模 板，利用模板法制備得到的。利用單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)，對(duì)生物功能物質(zhì)進(jìn)行熒光標(biāo)記 的方法可參見(jiàn)(a) 0. Seitz, Angew. Chem. 2000,39,3249 ； (b)D. Μ. Hammond, Α. Manetto, J. Gierlich, V. Α. Azov, P. Μ. Ε. Gramlich, G. Α. Burley, Μ. Maul, Τ. Carell, Angew. Chem. 2007，119，4262 ；Angew. Chem. Int. Ed. 2007，46，4184 ； (c)F. He, Y. L. Tang, Μ. H. Yu, S. Wang, Y. L. Li，D. B. Zhu，Adv. Func. Mater. 2006，16，91 ； (d)ff. C. W. Chan, S. M. Nie, Science 1998,281,2016o所述的金屬包括金、銀、鉬、銅或鋁等多種具有表面增強(qiáng)效應(yīng)的金屬。所述的金屬修飾光子晶體，是以光子晶體為載體，利用真空蒸鍍金屬薄膜、 磁控濺射金屬薄膜、電化學(xué)沉積金屬納米粒子(金屬納米粒子摻雜KP.N.Bartlett， J. J. Baumberg, Peter R. Birkin, Μ. A. Ghanem, and Μ. C. Netti, Chem. Mater. 2002,14, 2199]、表面吸附金屬納米粒子(金屬納米粒子摻雜)[Ζ. -Ζ. Gu, R. Horie, S. Kubo, Y. Yamada, Α. Fujishima, 0. Sato, Angew. Chem. Int. Ed. 2002,41,1153、J. H. Zhang, J. B. Liu, S. Z. Wang, P. Zhan, Z. L. Wang and N. B. Ming, Adv. Func. Mater. 2004，14，1089.]。本發(fā)明的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜可對(duì)生物物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)方法 為將目標(biāo)生物物質(zhì)溶液滴到金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜上，對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì) 進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)熒光檢測(cè)儀器(熒光光譜儀或熒光共聚焦顯微鏡等)記錄單個(gè)熒光標(biāo)記分 子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體的熒光信號(hào)的 變化，從而完成對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的檢測(cè)，可檢測(cè)出所述的目標(biāo)生物物質(zhì)溶液的摩爾濃度為 IO46摩爾/升 1摩爾/升。所述的目標(biāo)生物物質(zhì)選自核酸、抗原抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素、激素受體等 中的一種。本發(fā)明的原理是利用光子晶體可以調(diào)制熒光標(biāo)記分子的發(fā)光特性，和光子晶體協(xié) 同金屬對(duì)熒光增強(qiáng)的作用，并結(jié)合熒光標(biāo)記生物功能物質(zhì)對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的識(shí)別作用，得 到高靈敏度及高效的生物識(shí)別體系。對(duì)于含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子生物物質(zhì)檢測(cè)體系，是利 用光子晶體的光子禁帶帶邊和金屬對(duì)單個(gè)熒光標(biāo)記分子發(fā)光的共同增強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光 標(biāo)記分子的熒光信號(hào)讀出的增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的高靈敏度檢測(cè)；對(duì)于給受體 熒光標(biāo)記對(duì)的生物物質(zhì)檢測(cè)體系，是利用光子晶體的光子禁帶對(duì)給受體熒光標(biāo)記對(duì)中給體 發(fā)光的局域化或光子禁帶帶邊對(duì)給體發(fā)光的增強(qiáng)，促進(jìn)給受體熒光標(biāo)記對(duì)之間的熒光共振 能量傳遞，協(xié)同金屬對(duì)給受體標(biāo)記對(duì)之間熒光共振能量轉(zhuǎn)移的共同增強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光 標(biāo)記分子的熒光信號(hào)讀出的增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的高靈敏度檢測(cè)。本發(fā)明主要是制備得到了金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，并且將其應(yīng)用于生 物檢測(cè)，提供了一種利用金屬修飾光子晶體提高生物檢測(cè)靈敏度的方法，除了上述熒光標(biāo) 記分子外尚有其它可用的熒光材料，本發(fā)明中所述的熒光標(biāo)記分子并不代表本發(fā)明只限用 上述熒光材料，亦包括了其它生物標(biāo)記熒光材料。按照本發(fā)明提供的方法，均能夠?qū)崿F(xiàn)利用光子晶體提高生物檢測(cè)靈敏度。本發(fā)明的方法可以廣泛用于臨床檢測(cè)、藥物篩選、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開 發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭(zhēng)、司法鑒定、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)督等領(lǐng)域的檢疫、基因序列及基因功能分 析和各種微生物的檢測(cè)。本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明主要是制備得到了金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，并且將其應(yīng)用于 生物檢測(cè)，該方法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、誤差較小、快速、方便、靈敏、特異性高 等優(yōu)點(diǎn)。2.本發(fā)明利用光子晶體的對(duì)光調(diào)控和金屬表面增強(qiáng)的特性可以增強(qiáng)檢測(cè)體系的 光信號(hào)的強(qiáng)度并能夠控制其傳播途徑，從而可以提高檢測(cè)體系的靈敏度。3.本發(fā)明中的光子晶體中的多孔道結(jié)構(gòu)有利于單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光 標(biāo)記對(duì)的給體或受體的分散，減少熒光標(biāo)記分子濃度淬滅對(duì)檢測(cè)穩(wěn)定性和靈敏度的影響， 提高光信號(hào)的穩(wěn)定性和靈敏度。4.本發(fā)明利用的金屬修飾的光子晶體是采用具有良好的生物兼容性的材料來(lái)制 備的，能夠?yàn)樯锕δ芪镔|(zhì)提供優(yōu)良的固定載體，并且存在多孔道結(jié)構(gòu)，有利于生物功能物 質(zhì)分子的快速均勻分布，能夠提高檢測(cè)的穩(wěn)定性、靈敏度和響應(yīng)速度等問(wèn)題。5.本發(fā)明制備程序簡(jiǎn)單，制作成本低，尤其是自組裝亞微米膠體顆粒制備的近紅 外及可見(jiàn)光區(qū)域的光子晶體。同時(shí)，金屬表面利于生物功能物質(zhì)的固定化，并且適用范圍 廣，能夠?qū)崿F(xiàn)更高靈敏度、更好選擇性的生物檢測(cè)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.1.用水配制質(zhì)量濃度為0. 的單分散粒徑為205nm的聚苯乙烯乳膠粒溶液，充 分超聲，使乳膠粒均勻分散。稱取8. Og NaCl,3. 23g Na2HPO4 ·12Η20和0. 45g NaH2PO4 ·2Η20， 溶于800ml蒸餾水中，用HCl調(diào)節(jié)溶液的pH值至7. 4，最后加蒸餾水定容至1L，得到0. OlM 磷酸鹽緩沖液(PBS)。2.以潔凈的載波片(普通玻璃)為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有聚苯 乙烯乳膠粒的溶液中，在溫度為50°C，濕度為50%的恒定條件下，通過(guò)豎直沉積法將步驟1 得到的聚苯乙烯乳膠粒沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到聚苯乙烯光子晶體， 聚苯乙烯光子晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的蛋白石結(jié)構(gòu)，聚苯乙烯光子晶體的 光子禁帶約位于5IOnm處。3.利用的真空蒸鍍技術(shù)對(duì)在步驟2基片上得到的聚苯乙烯光子晶體表面蒸鍍5nm 厚的金膜。4.將步驟3得到的金膜修飾的聚苯乙烯光子晶體連同基片一起浸泡在含有濃度 為10_6mol/L的端基為巰基的熒光素標(biāo)記的DNA探針?lè)肿拥乃芤褐校?個(gè)小時(shí)后取出基片， 用PBS緩沖溶液充分洗滌多次，自然干燥，在基片上得到可測(cè)定DNA堿基序列的金薄膜修飾 的聚苯乙烯光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其中檢測(cè)薄膜中的金薄膜修飾的聚苯乙烯光子晶體中 的聚苯乙烯光子晶體的厚度為3 ？ m，金薄膜的厚度為5nm，熒光素標(biāo)記的DNA探針?lè)肿诱?檢測(cè)薄膜總重量的0. 001%。
5.將熒光素(Fl)標(biāo)記的DNA溶液滴加在步驟4所得到的熒光素(Fl)標(biāo)記的DNA 標(biāo)記的金修飾的聚苯乙烯光子晶體，當(dāng)目標(biāo)單鏈DNA分子堿基序列與熒光素(Fl)標(biāo)記DNA 探針?lè)肿訅A基序列相匹配時(shí)，熒光素(Fl)標(biāo)記DNA與目標(biāo)單鏈DNA分子形成雙鏈DNA，并被 固定在金修飾的聚苯乙烯光子晶體上。6.利用熒光光譜儀，以波長(zhǎng)488nm為激發(fā)源，采用透射光路，垂直入射，金修飾的 聚苯乙烯光子晶體垂直于光路，記錄Fl熒光光譜。記錄隨著目標(biāo)單鏈DNA分子濃度的增大， 熒光素(Fl)標(biāo)記DNA與目標(biāo)單鏈DNA分子形成的雙鏈DNA溶液的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，F(xiàn)l的發(fā) 射光約為516nm。聚苯乙烯光子晶體的光子禁帶位約位于510nm處，能夠增強(qiáng)Fl的發(fā)光，協(xié) 同具有二維周期結(jié)構(gòu)金薄膜的表面增強(qiáng)，從而提高了檢測(cè)的靈敏度，可檢測(cè)出10_13mOl/L目 標(biāo)單鏈DNA分子。實(shí)施例21.用水配制質(zhì)量濃度為0.2%的單分散粒徑為210nm的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸 甲酯-丙烯酸)乳膠粒溶液，充分超聲，使乳膠粒均勻分散。2.以潔凈的石英片為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有聚(苯乙烯-甲基 丙烯酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒的溶液中，在溫度為50°C，濕度為50%的恒定條件下，通過(guò) 豎直沉積法將步驟1得到的乳膠液沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到聚(苯乙 烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體，聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子 晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的蛋白石結(jié)構(gòu)。3.利用磁控濺射在步驟2基片上得到的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸) 光子晶體表面蒸鍍200nm厚的銀膜，得到銀修飾的(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸) 光子晶體。4.選用 5，- (FAM) -CCTAGCGGGCGCACCTCTCTITACGCTAGG- (SH/NH2) -3，的單鏈 DNA 為探針?lè)肿樱?’端標(biāo)記熒光基團(tuán)6-羧基-熒光素(FAM)，3’端標(biāo)記氨基(NH2),將步驟 3制備得到的銀修飾的(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體浸泡探針?lè)肿尤芤?中，DNA探針?lè)肿拥膸€基在銀表面組裝，然后用pH = 7. 4的PBS緩沖溶液多次洗滌銀修飾 的光子晶體，去除未雜化的DNA探針?lè)肿?，得到熒光素?biāo)記的DNA堿基探針?lè)肿訕?biāo)記的銀薄 膜修飾的(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體生物檢測(cè)薄膜；其中檢測(cè)薄膜中 聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體薄膜的厚度為10 ？ m，金薄膜的厚度為 200nm,熒光標(biāo)記的DNA探針?lè)肿拥暮繛?. 01 %。5.將目標(biāo)單鏈DNA分子待測(cè)溶液(目標(biāo)單鏈DNA分子待測(cè)溶液的摩爾濃度為 10-16摩爾/升 1摩爾/升)滴加在步驟4所得的DNA探針?lè)肿訕?biāo)記的銀修飾的聚(苯 乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體上，然后利用熒光共聚焦顯微鏡，檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。6.當(dāng)目標(biāo)單鏈DNA分子堿基序列與單鏈DNA探針?lè)肿訅A基序列相匹配時(shí)，探針 DNA分子被打開，熒光強(qiáng)度大幅度提高，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)單鏈DNA分子堿基序列的檢測(cè)。FAM 的發(fā)光為 550nm，步驟4所得的可測(cè)定DNA堿基序列的銀薄膜修飾的(苯乙烯-甲基丙烯 酸甲酯-丙烯酸)光子晶體生物檢測(cè)薄膜的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子 晶體的光子禁帶約位于^Onm處，光子晶體的光子禁帶與FAM的發(fā)光分布一致，利用光子晶 體光子禁帶鏡面反射結(jié)合銀薄膜表面增強(qiáng)，大大提高的FAM發(fā)光強(qiáng)度，提高檢測(cè)的靈敏度，可檢測(cè)出10_16mOl/L目標(biāo)單鏈DNA分子。實(shí)施例31.用水配制質(zhì)量濃度為3%的單分散粒徑為354nm的聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒溶 液，充分超聲，使乳膠粒均勻分散。2.以潔凈的聚氯乙烯片為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有聚甲基丙烯酸 甲酯乳膠粒的溶液中，在溫度為80°C，濕度為80%的恒定條件下，通過(guò)豎直沉積法將步驟1 得到的乳膠液沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體。 聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的蛋白石結(jié)構(gòu)。3.以乙醇為溶劑，濃鹽酸為催化劑水解原硅酸四乙酯并進(jìn)行改進(jìn)制備得到SW2溶 膠。具體方法如下的原硅酸四乙酯3. 5ml，無(wú)水乙醇IOml混合后磁攪拌下加入催 化量的37wt%的濃鹽酸，室溫下繼續(xù)攪拌4小時(shí)，即得到粒徑約為20 30nm的SW2透明 溶膠。4.將步驟2得到的在基片上自組裝排列有具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的蛋 白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體的模板垂直放置，將步驟3得到的S^2溶膠豎直滴 在模板表面保證其表面完全潤(rùn)濕為止，然后室溫下放置2小時(shí)使其晾干。SiO2溶膠通過(guò)毛 細(xì)管力可以滲透到緊密排列的蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯光子晶體的縫隙中，并在聚 甲基丙烯酸甲酯微球周圍形成固體的骨架。滴填2 5次S^2溶膠確保蛋白石結(jié)構(gòu)的聚 甲基丙烯酸甲酯光子晶體模板的縫隙完全填充了 S^2納米粒子。最后，樣品以約2V Mn 的速度升溫到500°C，然后保持500°C約3小時(shí)，以確保完全去除蛋白石結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯 酸甲酯光子晶體模板，制備得到反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體。5.將步驟4所得到的反蛋白石結(jié)構(gòu)S^2光子晶體浸泡在0. OOlmol/L的銀溶膠溶 液中，以2mm/min緩慢提拉，制備得到銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)S^2光子晶體，其中反蛋白石 結(jié)構(gòu)SW2光子晶體薄膜的厚度為0. 01mm，銀納米粒子含量為0. 01%。6.用水配制濃度為10_3mOl/L異性抗體溶液，將步驟5得到的銀修飾的反蛋白石 結(jié)構(gòu)SW2光子晶體，在異性抗體溶液中浸泡24小時(shí)，使得反蛋白石結(jié)構(gòu)S^2光子晶體載 體與異性抗體充分接觸反應(yīng)，然后用水溶液多次洗滌，除去未結(jié)合的異性抗體，然后自然干 燥，形成特異性抗體包埋的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體固相抗體。然后加入蛋白 抗原待測(cè)溶液，(目標(biāo)蛋白抗原待測(cè)溶液的摩爾濃度為IO-"5摩爾/升 1摩爾/升)，使其 中的蛋白抗原與特異性抗體包埋的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)Sih光子晶體固相抗體中的特 異性抗體形成抗原抗體復(fù)合物包埋的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiA光子晶體固相抗體。6.選用市售的異硫氰酸熒光素(FITC)熒光標(biāo)記的與蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白 抗原具有特異響應(yīng)性的抗體；用水配制濃度為10_4mol/L的FITC熒光標(biāo)記的與蛋白抗原待 測(cè)溶液中的蛋白抗原具有特異相應(yīng)性的抗體的溶液，然后將該溶液滴加在步驟5得到的抗 原抗體復(fù)合物包埋的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SW2光子晶體固相抗體上，使FITC熒光標(biāo)記 的與蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白抗原具有特異相應(yīng)性的抗體，與抗原抗體復(fù)合物包埋的銀 修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體固相抗體的蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白抗原特異性響 應(yīng)，形成異性抗體-蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白抗原-FITC熒光標(biāo)記的與蛋白抗原待測(cè)溶 液中的蛋白抗原具有特異相應(yīng)性的抗體復(fù)合物包埋的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶 體固相抗體，得到可測(cè)定病毒蛋白的銀納米粒子修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體生物檢
11測(cè)薄膜，其中熒光標(biāo)記的異性抗體的含量為1%。7.利用熒光共聚焦顯微鏡，聚焦于異性抗體-蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白抗 原-FITC熒光標(biāo)記的與蛋白抗原待測(cè)溶液中的蛋白抗原具有特異相應(yīng)性的抗體復(fù)合物的 包埋銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體固相抗體上，根據(jù)熒光強(qiáng)度，即可對(duì)蛋白抗原待 測(cè)溶液中的蛋白抗原進(jìn)行定量測(cè)試。FITC發(fā)射光約為530nm，明亮的黃綠色熒光，由步驟 1 4所得到的銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體固相抗體的光子禁帶約位于525nm 處，銀修飾的反蛋白石結(jié)構(gòu)SiO2光子晶體固相抗體的光子禁帶藍(lán)帶邊與FITC的發(fā)光分布 一致，利用光子晶體光子禁帶藍(lán)帶邊增強(qiáng)FITC的發(fā)光，以及銀表面增強(qiáng)作用，提高了檢測(cè) 的靈敏度，可檢測(cè)出10_6摩爾/升的蛋白抗原。實(shí)施例41.用水配制質(zhì)量濃度為0.2%的單分散粒徑為306nm的聚甲基丙烯酸甲酯乳膠粒 溶液，充分超聲，使乳膠粒均勻分散。2.以潔凈的鋁片為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有聚甲基丙烯酸甲酯乳 膠粒的溶液中，在溫度為80°C，濕度為80%的恒定條件下，通過(guò)豎直沉積法將步驟1得到的 乳膠液沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體模版。3.利用電沉積的方法在步驟2所得的蛋白石結(jié)構(gòu)膠體晶體模版中沉積銅。然后用 四氫呋喃(THF)去除膠體晶體模版，得到金反蛋白石光子晶體。4.用水配制濃度為10_3mol/L特異性抗體及10_5mol/L綠色熒光蛋白溶液，然后將 步驟3得到的銅反蛋白石光子晶體在該溶液中浸泡M小時(shí)，取出自然干燥得到特異性抗體 及綠色熒光蛋白標(biāo)記分子包埋的銅反蛋白石光子晶體，得到可測(cè)定特異性蛋白抗原的銅反 蛋白石光子晶體檢測(cè)薄膜，其中銅光子晶體的厚度為1 ？ m，特異性抗體及綠色熒光蛋白 標(biāo)記分子含量為0.001%。5.將目標(biāo)蛋白抗原溶液(目標(biāo)蛋白抗原待測(cè)溶液的摩爾濃度為10_16摩爾/升 1 摩爾/升)滴加在步驟4所得到的特異性抗體及綠色熒光蛋白標(biāo)記分子包埋的銅反蛋白石 光子晶體上，使其中的目標(biāo)蛋白抗原與特異性抗體及綠色熒光蛋白標(biāo)記分子包埋的銅反蛋 白石光子晶體中的特異性抗體形成抗原抗體復(fù)合物，得到抗原抗體及綠色熒光蛋白包埋的 銅反蛋白石光子晶體，然后利用熒光共聚焦顯微鏡，聚焦于抗原抗體及綠色熒光蛋白包埋 的金反蛋白石光子晶體上，監(jiān)測(cè)綠色熒光蛋白的熒光強(qiáng)度的變化，根據(jù)綠色熒光蛋白熒光 強(qiáng)度，即可對(duì)目標(biāo)蛋白抗原溶液實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。由步驟1 3所得到的銅反蛋白石光子晶 體的光子禁帶的長(zhǎng)帶邊位于506 515nm與綠色熒光蛋白發(fā)光507 511nm相匹配，利用 銅反蛋白石光子晶體的光子禁帶長(zhǎng)帶邊增強(qiáng)與銅表面增強(qiáng)共同增強(qiáng)綠色熒光蛋白的發(fā)光， 提高檢測(cè)的靈敏度，可檢測(cè)出0. lmol/L的抗原。實(shí)施例5.1.用水配制質(zhì)量濃度為5%的單分散粒徑為210nm的二氧化硅乳膠粒溶液，充分 超聲，使乳膠粒均勻分散。2.以潔凈的聚苯乙烯薄膜為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有二氧化硅的 乳膠粒的溶液中，在溫度為50°C，濕度為50%的恒定條件下，通過(guò)豎直沉積法將步驟1得到 的乳膠液沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到二氧化硅光子晶體，光子晶體光子 禁帶位于518 527nm，二氧化硅光子晶體薄膜的厚度的厚度為5mm。
3.將步驟2得到的二氧化硅光子晶體浸泡在0. IM的HPtCl4中，通過(guò)IM的 C6H5O7Na3 · 2H20檸檬酸三鈉溶液還原，制備鉬納米粒子包覆的具有光子禁帶的周期性介電 結(jié)構(gòu)的蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體，金屬納米粒子的含量為0. 001%。4.用pH = 7. 4的Tris-HCl緩沖溶液配制含有IOOmM 二硫蘇糖醇(DTT) l(T6mol/ L i-motifDNA 溶液。對(duì) pH 具有結(jié)構(gòu)響應(yīng)的 i-motif DNA 序列為5，_ (SH)-TTTTTCCCTAACC CTAACCCTAACCC-B0DIPY493/503-3‘ -ssDNAl ；對(duì)K+和凝血酶濃度有結(jié)構(gòu)響應(yīng)的i-motifDNA序列為5，- (SH) -TTTTTGGGTAAGGGTAAGGGTAAGGG-B0DIPY493/503-3，-ssDNA2.5.將包覆有納米鉬的SiO2蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體浸于步驟4所得的溶液，室溫過(guò)夜 保存，得到修飾有i-motif DNA的納米鉬包覆S^2蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體。6.將步驟5中得到的修飾有i-motif DNA的納米鉬包覆SW2蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶 體浸于一系列待測(cè)的具有不同PH值或不同K+或凝血酶濃度的待測(cè)溶液中，一段時(shí)間后在 共聚焦顯微鏡下測(cè)量熒光光譜。7.納米鉬包覆的二氧化硅蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體禁帶帶邊與DNA上標(biāo)記的熒光基 團(tuán)B0DIPW93/503熒光峰相匹配，結(jié)合納米鉬的表面等離子共同增強(qiáng)熒光信號(hào)，H+濃度增大 后ssDNAl構(gòu)象發(fā)生折疊，凝血酶濃度增大后ssDNA2構(gòu)象折疊，導(dǎo)致FITC熒光被納米鉬淬 滅，可檢測(cè)出10_5mOl/L凝血酶。實(shí)施例6.1.用水配制質(zhì)量濃度為0. 05%的單分散粒徑為210nm的聚(苯乙烯-甲基丙烯 酸甲酯-丙烯酸)乳膠粒溶液，充分超聲，使乳膠粒均勻分散。2.以紙為基片，將基片豎直插入步驟1得到的含有(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙 烯酸)乳膠粒的溶液中，在溫度為50°C，濕度為50%的恒定條件下，通過(guò)豎直提拉法將步驟 1得到的乳膠液沉積在基片上，在基片上自組裝排列制備得到聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲 酯-丙烯酸)光子晶體，聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體是具有光子禁 帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的蛋白石結(jié)構(gòu)，聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體薄 膜的厚度為1 ？ m。3.利用磁控濺射在聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體表面蒸鍍 30nm厚的鋁膜，得到鋁膜修飾的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體。4.用水配制濃度為10_5mol/L的Cdk標(biāo)記的激素分子探針的探針?lè)肿尤芤骸?.用合適pH值的PBS緩沖溶液配制目標(biāo)激素受體分子待測(cè)溶液。6.將步驟3得到的光子禁帶與Cdk激發(fā)光相匹配的鋁膜修飾的聚(苯乙烯-甲 基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體浸泡在步驟5所得的目標(biāo)激素受體分子待測(cè)溶液中。4°C 冷藏過(guò)夜。7.步驟6所得的吸附有待測(cè)激素受體分子的鋁膜修飾的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸 甲酯-丙烯酸)光子晶體經(jīng)5%牛血清蛋白包被，洗滌后浸于步驟4所得的Cdk標(biāo)記的激 素分子探針的探針?lè)肿尤芤褐械玫紺dk標(biāo)記的激素分子探針標(biāo)記的鋁膜修飾的聚(苯乙 烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體薄膜，其中Cdk標(biāo)記的激素分子含量為1%。8.利用熒光光譜儀，以波長(zhǎng)488nm為激發(fā)源，采用透射光路，垂直入射，CdSe標(biāo)記 的激素分子探針標(biāo)記的鋁膜修飾的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)光子晶體薄膜豎直放入目標(biāo)激素受體分子溶液中，垂直于光路，用熒光光譜儀，記錄Cdk標(biāo)記的激素分 子探針的探針?lè)肿尤芤旱陌l(fā)光光譜。 9.目標(biāo)激素受體分子與CcKe標(biāo)記的激素分子探針充分雜交，目標(biāo)激素受體分子 濃度的增大，檢測(cè)Cdk標(biāo)記的激素分子探針標(biāo)記的鋁膜修飾的聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲 酯-丙烯酸)光子晶體中Cdk的熒光光譜的變化。用于激發(fā)Cdk量子點(diǎn)的入射激光為波 長(zhǎng)為488nm，鋁膜修飾聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)光子晶體的光子禁帶位于 503nm，配合修飾在聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯_丙烯酸)光子晶體中的鋁膜的共同增強(qiáng) 熒光Cdk熒光信號(hào)，從而提高了檢測(cè)的靈敏度，可檢測(cè)出lO.mol/L目標(biāo)激素受體分子。
權(quán)利要求
1.一種金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其是一種生長(zhǎng)在支撐基底上的薄膜，其特 征是所述的薄膜是由熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄 膜；所述的熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)是單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo) 記的生物功能物質(zhì)；所述的生物功能物質(zhì)選自酶、核酸、抗原抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素、激素受體中的一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其特征是所述的由熒 光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜中的熒光標(biāo)記分子標(biāo) 記的生物功能物質(zhì)占薄膜總重量的0. 0001% 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其特征是所述的金屬 修飾的光子晶體中的光子晶體的厚度為1 ？ m 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其特征是所述 的金屬修飾的光子晶體是金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體；所述的金屬薄 膜修飾的光子晶體中的金屬在光子晶體表面的厚度為5nm 200nm ；所述的金屬納米粒子 摻雜的光子晶體中的金屬納米粒子占金屬納米粒子摻雜的光子晶體總重量的0. 001% 100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其特征是所述的單個(gè) 熒光標(biāo)記分子選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒子、3價(jià)稀土鑭系 元素的螯合物、熒光蛋白中的一種；所述的給受體熒光標(biāo)記對(duì)中的給體和受體分別選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光 二氧化硅熒光納米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白中的一種，且給體與受體不 能同時(shí)選擇上述相同的物質(zhì)。所述的復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒子是二氧化硅包覆的有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、3價(jià) 稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜，其特征是所述的光子 晶體是具有光子禁帶的周期性介電結(jié)構(gòu)的自組裝排列具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體或具有 反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體；所述的具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是由粒徑均為150nm 1.5um的聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)或二氧化硅的單分散微球自組裝制 備得到的；所述的具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體是以上述具有蛋白石結(jié)構(gòu)的光子晶體為模板，利 用模板法制備得到的；所述的金屬包括金、銀、鉬、銅或鋁。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜的制備 方法，其特征是該方法包括以下步驟(1)在水溶液中，利用單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)，對(duì)生物功能物質(zhì)進(jìn)行熒 光標(biāo)記，得到含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)的水溶液；(2)對(duì)在支撐基底上的光子晶體進(jìn)行金屬修飾，制備金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻 雜的光子晶體；(3)選擇光子晶體的光子禁帶帶邊與步驟(1)中的單個(gè)熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能 物質(zhì)中的熒光標(biāo)記分子的發(fā)光峰相匹配的步驟( 得到的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子 摻雜的光子晶體；或選擇光子晶體的禁帶或光子晶體的光子禁帶帶邊與步驟(1)中的給受體熒光標(biāo)記對(duì) 標(biāo)記的生物功能物質(zhì)中的給體的發(fā)光峰相匹配的步驟( 得到的金屬薄膜修飾或金屬納 米粒子摻雜的光子晶體；(4)將步驟C3)選擇的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體連同支撐基底一 起浸泡在步驟(1)得到的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物 質(zhì)的水溶液中，使步驟(1)所述的單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能 物質(zhì)固定在步驟C3)選擇的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體上，取出支撐基 底，洗滌、干燥，在支撐基底上得到由單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功 能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜；所述的生物功能物質(zhì)選自酶、核酸、抗原抗體、結(jié)合蛋白質(zhì)、植物凝血素、激素受體中的 一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是所述的由單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體 熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜中，單個(gè)熒光標(biāo)記分子 或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)占薄膜總重量的0. 0001% 1%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是步驟(1)所述的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分 子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)的水溶液中的含有單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受 體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)的摩爾濃度為10_16摩爾/升 10摩爾/升；步驟( 所述的金屬薄膜修飾或金屬納米粒子摻雜的光子晶體，其中，金屬薄膜修飾 的光子晶體中的金屬在光子晶體表面的厚度為5nm 200nm ；金屬納米粒子摻雜的光子晶 體中的金屬納米粒子占金屬納米粒子摻雜的光子晶體總重量的0. 001% 100% ；所述的單個(gè)熒光標(biāo)記分子選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒 子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白中的一種；所述的給受體熒光標(biāo)記對(duì)中的給體和受體分別選自有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、復(fù)合熒光 二氧化硅熒光納米粒子、3價(jià)稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白中的一種，且給體與受體不 能同時(shí)選擇上述相同的物質(zhì)。所述的復(fù)合熒光二氧化硅熒光納米粒子是二氧化硅包覆的有機(jī)染料、發(fā)光量子點(diǎn)、3價(jià) 稀土鑭系元素的螯合物、熒光蛋白中的一種。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜的用 途，其特征是所述的金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜用于對(duì)生物物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)；將目 標(biāo)生物物質(zhì)溶液滴到金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜上，對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，通 過(guò)熒光檢測(cè)儀器記錄單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記 的金屬修飾的光子晶體的熒光信號(hào)的變化，從而完成對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬修飾的光子晶體生物檢測(cè)薄膜及其制備方法和用途。所述的薄膜是由熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)所標(biāo)記的金屬修飾的光子晶體薄膜；所述的熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)是單個(gè)熒光標(biāo)記分子或給受體熒光標(biāo)記對(duì)標(biāo)記的生物功能物質(zhì)。本發(fā)明是利用光子晶體和金屬表面增強(qiáng)的特性，配合熒光標(biāo)記生物功能物質(zhì)，利用熒光標(biāo)記生物功能物質(zhì)對(duì)目標(biāo)生物物質(zhì)的特異響應(yīng)性或特異親和性，目標(biāo)生物物質(zhì)與生物功能物質(zhì)發(fā)生響應(yīng)，引起用熒光標(biāo)記分子標(biāo)記的生物功能物質(zhì)發(fā)光的改變，通過(guò)光子晶體增強(qiáng)和金屬表面增強(qiáng)熒光標(biāo)記分子的熒光信號(hào)的讀出和辨別，可以有效的增強(qiáng)目標(biāo)生物物質(zhì)的檢測(cè)體系的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏生物檢測(cè)。
文檔編號(hào)G02F1/00GK102072891SQ200910237890
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者宋延林, 李明珠, 沈?yàn)橹?申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所