專利名稱：基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器及其制法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一維納米結(jié)構(gòu)的熒光傳感器，特別涉及基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器和應(yīng)用，以及該基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器的制備方法。
背景技術(shù)：
細(xì)胞器內(nèi)pH值的異常是導(dǎo)致細(xì)胞功能紊亂的一個(gè)重要因素。異常的pH值很可能導(dǎo)致細(xì)胞一系列異常的細(xì)胞行為，例如細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡，并且這些現(xiàn)象已經(jīng)在一些常見的疾病如癌癥和阿耳茨海默氏病中被發(fā)現(xiàn)。生理學(xué)和病理學(xué)中的很多過程都會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的PH，實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞pH的實(shí)時(shí)、原位檢測(cè)對(duì)細(xì)胞分析、細(xì)胞診斷及研究單個(gè)器官的生理和病理過程具有非常重要的作用。因此，發(fā)展能夠應(yīng)用于該技術(shù)的芯片對(duì)進(jìn)一步深入了解pH在生理活動(dòng)中的作用具有非常重大的意義。然而目前能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)、外pH的相關(guān)技術(shù)還很有限。而納米結(jié)構(gòu)由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，在微型芯片的制造中展示了卓越的優(yōu)勢(shì)，其中硅納米線有序陣列具有易于合成、穩(wěn)定性好、易于表面修飾、無毒性以及生物兼容性等諸多優(yōu)點(diǎn)，更重要的是硅納米線有序陣列中的硅納米線的尖端與細(xì)胞表面的微結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生很好的相互作用，從而增強(qiáng)細(xì)胞在硅納米線有序陣列表面的粘附性，促進(jìn)細(xì)胞在其表面生長(zhǎng)，因此硅納米線有序陣列已經(jīng)被成功的應(yīng)用于特定細(xì)胞的捕獲與釋放中。熒光法由于具有可實(shí)現(xiàn)無接觸的傳感和成像，并且對(duì)環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)，可以在強(qiáng)的電磁場(chǎng)中進(jìn)行操作等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛的應(yīng)用于傳感器的構(gòu)筑中。2011年Ruoxue Yan (ΝΝΑΝ0. 2011. 226)等人將熒光素的一種衍生物修飾到具有光波導(dǎo)的單根納米線上，再將納米線和光纖連接，得到了對(duì)PH值具有熒光響應(yīng)的傳感器，并采用微液滴來模擬細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，對(duì)具有不同PH值的微液滴進(jìn)行了檢測(cè)。然而該法需要高的操作技術(shù)以及復(fù)雜的儀器設(shè)備。本發(fā)明中，通過一種簡(jiǎn)便的方法將氨基熒光素用化學(xué)鍵連接在硅納米線有序陣列的表面，得到了對(duì)PH具有熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的熒光傳感器，該傳感器不僅能夠應(yīng)用于溶液中PH值的檢測(cè)，并能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞外PH值實(shí)時(shí)、在線的監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器。本發(fā)明的目的之二是提供基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器的制備方法。本發(fā)明的目的之三是提供基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器在細(xì)胞檢測(cè)方面的應(yīng)用。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器，是將基于化學(xué)刻蝕方法制備得到的經(jīng)過表面清洗處理的硅納米線有序陣列與戊二醛反應(yīng)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列(硅納米線有序陣列上的硅氫鍵與戊二醛反應(yīng))，和有機(jī)小分子物質(zhì)氨基熒光素反應(yīng)，以對(duì)其表面進(jìn)行共價(jià)鍵修飾，將得到的硅納米線有序陣列進(jìn)一步與醋酸硼氫化鈉反應(yīng)，從而得到表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基突光素的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器。所述的硅納米線有序陣列是由化學(xué)刻蝕法所得到的不同尺寸的硅納米線有序陣列。所述的化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列中的硅納米線的直徑為100 300nm,長(zhǎng)度為5 35 μ m。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器的制備方法包括以下步驟I)室溫下，將由化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃度為O. 5 10%的氫氟酸水溶液中(一般浸泡的時(shí)間為10 70分鐘)，得到表面具有Si-H鍵的硅納米線有序陣列；2)將步驟I)得到的表面具有Si-H鍵的硅納米線有序陣列，立即放入質(zhì)量濃度為5 50%的戊二醛水溶液中，于室溫下浸泡(一般浸泡的時(shí)間為O. 5 5小時(shí))后，將硅納米線有序陣列取出并在有機(jī)溶劑或水中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列；3)將步驟2)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列浸入到含O. I IOOmmoI/L的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)O. 5 8小時(shí)后，將得到的硅納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中或水中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于濃度為O. 01 O. 08mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液或醋酸硼氫化鈉的丙酮溶液中，在溫度為20 75°C下加熱反應(yīng)O. 5 5小時(shí)，然后用有機(jī)溶劑超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉；真空干燥后，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素。本發(fā)明中所述的化學(xué)刻蝕法制備硅納米線有序陣列的方法可是取不同尺寸的硅片，依次用乙醇、丙酮、蒸餾水進(jìn)行超聲清洗(超聲清洗的時(shí)間為5 30分鐘)；之后將該硅片浸泡在質(zhì)量濃度為I 6%的HF水溶液中，浸泡時(shí)間為30秒 20分鐘；將硅片取出后置于含有濃度為3 7mmo I/LAgNO3和2 8mol/L HF的混合水溶液中(浸泡時(shí)間為I 5分鐘);將硅片取出后浸入到含有濃度為2 8mol/L HF和O. 05 O. 5mol/L H2O2的混合水溶液中，并將浸有硅片的該混合水溶液用溫度為35 65°C的水浴保溫；5 40分鐘后取出硅片，放入濃鹽酸(質(zhì)量濃度為36 % ):濃硝酸(質(zhì)量濃度為36 % )的體積比為3:1的混合液中，浸泡O. 5 3小時(shí)后取出硅片，用蒸餾水沖洗后，得到由硅納米線構(gòu)成的硅納米線有序陣列。所述的化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列中的硅納米線的直徑為100 300nm,長(zhǎng)度為5 35 μ m。所述的有機(jī)溶劑可以是常用的有機(jī)溶劑，如甲醇、乙醇或丙酮。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器可用于普通溶液(酸性、中性或堿性)的pH及活細(xì)胞外pH值變化的實(shí)時(shí)、原位檢測(cè)。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器在對(duì)溶液體系PH值進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所述的溶液體系是具有不同pH值的普通溶液(酸性、中性或堿性)，也可以是具有不同PH值的生物體系溶液。將本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的
4基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器置于具有不同pH值的溶液體系中，用熒光光譜儀 或者激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)。所用激發(fā)光源為氙燈(激發(fā)波長(zhǎng)為350 500nm)或激發(fā) 波長(zhǎng)為488nm的激光器,該傳感器的發(fā)射光為綠光。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器， 在用熒光光譜儀或激光共聚焦顯微鏡對(duì)不同pH值的溶液作檢測(cè)時(shí)，以上述的基于硅納米 線有序陣列的pH熒光傳感器作為熒光檢測(cè)的活性芯片，聯(lián)用熒光光譜儀或激光共聚焦顯 微鏡，上述基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器在不同pH值溶液中具有不同的熒光強(qiáng) 度，其熒光會(huì)發(fā)生改變，通過繪制pH值和特征熒光峰強(qiáng)度的定標(biāo)曲線，根據(jù)上述的基于硅 納米線有序陣列的pH熒光傳感器檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的pH 值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系pH值的檢測(cè)。即，憑借該活性芯片的高選擇性和靈敏度，可以定量 檢測(cè)出溶液體系的pH值，從而實(shí)現(xiàn)了傳感器的構(gòu)筑。


圖la.本發(fā)明實(shí)施例1的經(jīng)過化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列的正面 SEM照片。圖lb.本發(fā)明實(shí)施例1的經(jīng)過化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列的側(cè)面 SEM照片。圖2.本發(fā)明實(shí)施例1中的從活性芯片上刮下的硅納米線在不同pH值溶液中的熒 光曲線。圖3.本發(fā)明實(shí)施例1的從活性芯片上刮下的硅納米線在分散體系中的特征熒光 峰強(qiáng)度與具有不同pH值的溶液體系的pH值的線性定標(biāo)曲線。圖4a.本發(fā)明實(shí)施例1的活性芯片作為檢測(cè)基底，應(yīng)用于活細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的pH值 變化的實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測(cè)的熒光圖片；該活性芯片在pH值分別為7. 4和3.0時(shí)的熒光照片；圖 4b為該活性芯片的熒光強(qiáng)度在整個(gè)檢測(cè)過程中的變化曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例11)取2cmX0. 5cm的(100)娃片，依次用乙醇、丙酮、蒸懼水各超聲清洗10分鐘； 之后將該娃片浸泡在質(zhì)量濃度為4%的HF水溶液中15分鐘；將該娃片取出后置于含有濃 度為5mmol/L AgN03和4. 6mol/L HF的混合水溶液中；浸泡5分鐘后取出放入10mL含有濃 度為4. 8mol/L HF和0. 2mol/L H202混合水溶液中，并將浸有硅片的該混合水溶液用溫度為 50°C的水浴保溫；30分鐘后取出硅片，放入盛有4. 5mL濃鹽酸(質(zhì)量濃度為36% )和1. 5mL 濃硝酸(質(zhì)量濃度為36%)的混合液中；浸泡1小時(shí)后取出硅片，用蒸餾水沖洗，洗干凈后置 于表面皿中自然晾干，得到由硅納米線構(gòu)成的硅納米線有序陣列，其中硅納米線的直徑為 100 200nm，長(zhǎng)度為25 30 y m (見圖la及圖lb);2)室溫下，將步驟1)得到的由化學(xué)刻蝕法制備的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃 度為5%的氫氟酸水溶液中50分鐘，得到表面具有Si-H的硅納米線有序陣列；3)將步驟2)得到的表面具有Si-H的硅納米線有序陣列，立即放入質(zhì)量濃度為50% 的戊二醛水溶液中，室溫浸泡2小時(shí)后，將硅納米線有序陣列取出并在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列；4)將步驟3)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列浸入到含15毫摩爾每升的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)2小時(shí)后，將得到的硅納米線有序陣列在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于反應(yīng)器中，加入濃度為O. 05mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液，在溫度為50°C下加熱反應(yīng)O. 5小時(shí)，然后用乙醇反復(fù)超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉，過濾收集得到經(jīng)過氨基熒光素修飾的硅納米線有序陣列；取出真空干燥，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器；即活性芯片。將上述得到的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器(活性芯片)作為PH進(jìn)行熒光檢測(cè)的基底，聯(lián)用熒光光譜儀，對(duì)具有不同pH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，激發(fā)光源為氙燈。將從活性芯片上刮下來的硅納米線分散在具有不同PH值的溶液中，之后對(duì)上述具有不同PH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著具有不同pH值的溶液體系的PH值的增加，上述活性芯片的特征熒光峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)(見圖2)。特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值呈線性關(guān)系，從而繪制了特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值的線性定標(biāo)曲線(見圖3)。根據(jù)所述的基于硅納米線的PH熒光傳感器在分散的溶液體系中檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的pH值,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系pH值的檢測(cè)。將上述得到的活性芯片切成O. 5厘米X0. 5厘米并用質(zhì)量濃度為75%的酒精消毒，取其中的一片，將其置于24孔細(xì)胞培養(yǎng)板的一個(gè)孔中，并在該孔中加入I毫升細(xì)胞濃度為IO6個(gè)細(xì)胞/毫升的細(xì)胞懸浮液，將細(xì)胞培養(yǎng)板置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中(CO2 5% ;溫度37°C)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，12小時(shí)之后，取出生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片，用除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)洗滌五次。為了便于細(xì)胞的觀察，之后將生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片轉(zhuǎn)移至另外一個(gè)干凈的孔中，并于該孔中加入I毫升細(xì)胞培養(yǎng)液，再向該孔中加入2微升2微克/毫升的DAPI水溶液，于細(xì)胞培養(yǎng)箱中(CO2 5% ;溫度37°C)中孵育20分鐘之后，用除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)洗滌三次，得到生長(zhǎng)有經(jīng)過DAPI染色的細(xì)胞的活性芯片。將上述得到的生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片倒置于盛有ImL除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)的共聚焦培養(yǎng)皿中，聯(lián)用激光共聚焦顯微鏡，對(duì)活細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的pH變化進(jìn)行實(shí)時(shí)、原位的檢測(cè)。當(dāng)生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片體系的pH從7. 4逐漸變?yōu)?. O和3. O時(shí)，同時(shí)用405nm和488nm的激光激發(fā)，立即檢測(cè)細(xì)胞和基底熒光的變化。實(shí)施例2I)取2cmX0. 5cm的(100)娃片，依次用乙醇、丙酮、蒸懼水各超聲清洗5分鐘；之后將該硅片浸泡在質(zhì)量濃度為6%的HF水溶液中30秒；將該硅片取出后置于含有濃度為3mmol/LAgN03和2mol/L HF的混合水溶液中；浸泡4分鐘后取出放入含有濃度為2mol/L HF和O. 05mol/L H2O2混合水溶液中，并將浸有硅片的該混合水溶液用溫度為35°C的水浴保溫；5分鐘后取出硅片，放入盛有4. 5mL濃鹽酸(質(zhì)量濃度為36%)和I. 5mL濃硝酸(質(zhì)量濃度為36%)的混合液中；浸泡O. 5小時(shí)后取出娃片，用蒸懼水沖洗,洗干凈后置于表面皿中自然晾干，得到由硅納米線構(gòu)成的硅納米線有序陣列，其中硅納米線的直徑為200 300nm,長(zhǎng)度為5 10 μ m ;2)室溫下，將步驟I)得到的由化學(xué)刻蝕法制備的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃度為10%的氫氟酸水溶液中50分鐘，得到表面具有Si-H的硅納米線有序陣列；3)將步驟2)得到的表面具有Si-H的硅納米線有序陣列，立即放入質(zhì)量濃度為5%的戊二醛水溶液中，室溫浸泡5小時(shí)后，將硅納米線有序陣列取出并在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列；4)將步驟3)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列浸入到含O. I毫摩爾每升的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)8小時(shí)后，將得到的硅納米線有序陣列在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于反應(yīng)器中，加入濃度為O. 01mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液溶液，在溫度為75°C下加熱反應(yīng)5小時(shí)，然后用乙醇反復(fù)超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉，過濾收集得到經(jīng)過氨基熒光素修飾的硅納米線有序陣列；取出真空干燥，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器；即活性芯片。將上述得到的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器(活性芯片)作為PH熒光檢測(cè)的基底，聯(lián)用熒光光譜儀，對(duì)具有不同pH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，激發(fā)光源為氙燈。將從活性芯片上刮下來的硅納米線分散在具有不同PH值的溶液中，之后對(duì)上述具有不同pH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著具有不同pH值的溶液體系的PH值的增加，上述活性芯片的特征熒光峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值呈線性關(guān)系，從而繪制了特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同pH值的溶液體系的PH值的線性定標(biāo)曲線。根據(jù)所述的基于硅納米線的pH熒光傳感器在分散的溶液體系中檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的PH值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系PH值的檢測(cè)。將上述得到的活性芯片切成O. 5厘米X0. 5厘米并用質(zhì)量濃度為75%的酒精消毒，取其中的一片，將其置于24孔細(xì)胞培養(yǎng)板的一個(gè)孔中，并在該孔中加入I毫升細(xì)胞濃度為IO6個(gè)細(xì)胞/毫升的細(xì)胞懸浮液，將細(xì)胞培養(yǎng)板置于細(xì)胞培養(yǎng)箱中(CO2 5% ;溫度37°C)進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，12小時(shí)之后，取出生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片，用除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)洗滌五次。為了便于細(xì)胞的觀察，之后將生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片轉(zhuǎn)移至另外一個(gè)干凈的孔中，并于該孔中加入I毫升細(xì)胞培養(yǎng)液，再向該孔中加入2微升2微克/毫升的DAPI水溶液，于細(xì)胞培養(yǎng)箱中(CO2 5% ;溫度37°C)中孵育20分鐘之后，用除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)洗滌三次，得到生長(zhǎng)有經(jīng)過DAPI染色的細(xì)胞的活性芯片。將上述得到的生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片倒置于盛有ImL除菌的PBS緩沖液(pH7. 4)的共聚焦培養(yǎng)皿中，聯(lián)用激光共聚焦顯微鏡，對(duì)活細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境的pH變化進(jìn)行實(shí)時(shí)、原位的檢測(cè)。當(dāng)生長(zhǎng)有細(xì)胞的活性芯片體系的pH從7. 4逐漸變?yōu)?. O和3. O時(shí)，同時(shí)用405nm和488nm的激光激發(fā)，立即檢測(cè)細(xì)胞和基底熒光的變化。實(shí)施例3I)取2cmXlcm的(100)硅片，依次用乙醇、丙酮、蒸餾水各超聲清洗30分鐘；之后將該硅片浸泡在質(zhì)量濃度為1%的HF水溶液中20分鐘；將該硅片取出后置于含有濃度為7mmol/L AgNOjP 8mol/L HF的混合水溶液中；浸泡I分鐘后取出放入含有濃度為4. 8mol/LHF和O. 2mol/L H2O2混合水溶液中，并將浸有硅片的該混合水溶液用溫度為65°C的水浴保溫；40分鐘后取出硅片，放入盛有4. 5mL濃鹽酸(質(zhì)量濃度為36%)和I. 5mL濃硝酸(質(zhì)量濃度為36%)的混合液中；浸泡3小時(shí)后取出硅片，用蒸餾水沖洗，洗干凈后置于表面皿中自然晾干，得到由娃納米線構(gòu)成的娃納米線有序陣列，其中娃納米線的直徑為100 200nm,長(zhǎng)度為35 40 μ m ;2)室溫下，將步驟I)得到的由化學(xué)刻蝕法制備的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃度為O. 5%氫氟酸水溶液中70分鐘，得到表面具有Si-H的硅納米線有序陣列；
3)將步驟2)得到的表面具有Si-H的硅納米線有序陣列，立即放入質(zhì)量濃度為40%的戊二醛溶液中，室溫浸泡O. 5小時(shí)后，將硅納米線有序陣列取出并在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列；4)將步驟3)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列浸入到含100毫摩爾每升的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)O. 5小時(shí)后，將得到的硅納米線有序陣列在丙酮中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于反應(yīng)器中，加入濃度為O. 08mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液溶液，在溫度為20°C下加熱反應(yīng)I小時(shí)，然后用乙醇反復(fù)超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉，過濾收集得到經(jīng)過氨基熒光素修飾的硅納米線有序陣列；取出真空干燥，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器；即活性芯片。將上述得到的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器(活性芯片)作為PH進(jìn)行熒光檢測(cè)的基底，聯(lián)用熒光光譜儀，對(duì)具有不同pH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，激發(fā)光源為氙燈。將從活性芯片上刮下來的硅納米線分散在具有不同PH值的溶液中，之后對(duì)上述具有不同PH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著具有不同pH值的溶液體系的PH值的增加，上述活性芯片的特征熒光峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值呈線性關(guān)系，從而繪制了特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值的線性定標(biāo)曲線。根據(jù)所述的基于硅納米線的pH熒光傳感器在分散的溶液體系中檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的PH值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系PH值的檢測(cè)。實(shí)施例4I)取2cmX0. 8cm的(100)娃片，依次用乙醇、丙酮、蒸懼水各超聲清洗15分鐘；之后將該硅片浸泡在質(zhì)量濃度為5%的HF水溶液中10分鐘；將該硅片取出后置于含有濃度為5. 5mmol/L AgNO3和6mol/L HF的混合水溶液中；浸泡4. 5分鐘后取出放入含有濃度為6mol/L HF和O. 3mol/L H2O2混合水溶液中，并將浸有硅片的該混合水溶液用溫度為55°C的水浴保溫；35分鐘后取出硅片，放入盛有4. 5mL濃鹽酸(質(zhì)量濃度為36%)和I. 5mL濃硝酸(質(zhì)量濃度為36%)的混合液中；浸泡I小時(shí)后取出硅片，用蒸餾水沖洗，洗干凈后置于表面皿中自然晾干，得到由硅納米線構(gòu)成的硅納米線有序陣列，其中硅納米線的直徑為150 250nm,長(zhǎng)度為 25 35 μ m ;2)室溫下，將步驟I)得到的由化學(xué)刻蝕法制備的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃度為6%的氫氟酸中60分鐘，得到表面具有Si-H的硅納米線有序陣列；3)將步驟2)得到的表面具有Si-H的硅納米線有序陣列，立即放入質(zhì)量濃度為30%的戊二醛水溶液中，室溫浸泡4小時(shí)后，將硅納米線有序陣列在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醒基的娃納米線有序陣列；4)將步驟3)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列經(jīng)過乙醇超聲洗滌后浸入到含50毫摩爾每升的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)15小時(shí)后，將得到的硅納米線有序陣列在乙醇中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于反應(yīng)器中，加入濃度為O. 06mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液溶液，在溫度為45°C下加熱反應(yīng)2小時(shí)，然后用乙醇反復(fù)超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉，過濾收集得到經(jīng)過氨基熒光素修飾的硅納米線有序陣列；取出真空干燥，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的氨基突光素的基于娃納米線有序陣列的pH突光傳感器；即活性芯片。將上述得到的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器(活性芯片)作為PH進(jìn)行熒光檢測(cè)的基底，聯(lián)用熒光光譜儀，對(duì)具有不同pH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，激發(fā)光源為氙燈。將從活性芯片上刮下來的硅納米線分散在具有不同PH值的溶液中，之后對(duì)上述具有不同PH值的溶液體系進(jìn)行熒光檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隨著具有不同pH值的溶液體系的PH值的增加，上述活性芯片的特征熒光峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值呈線性關(guān)系，從而繪制了特征熒光峰的強(qiáng)度和具有不同PH值的溶液體系的pH值的線性定標(biāo)曲線。根據(jù)所述的基于硅納米線的pH熒光傳感器在分散的溶液體系中檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的PH值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系PH值的檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器，其特征是所述的pH熒光傳感器是在娃納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)pH具有選擇性突光響應(yīng)的氨基突光素。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器，其特征是所述的硅納米線有序陣列中的硅納米線的直徑為100 300nm，長(zhǎng)度為5 35 μ m。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟O室溫下，將由化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線有序陣列浸泡在質(zhì)量濃度為O. 5 10%的氫氟酸水溶液中，得到表面具有Si-H鍵的硅納米線有序陣列；2)將步驟I)得到的表面具有Si-H鍵的硅納米線有序陣列放入質(zhì)量濃度為5 50%的戊二醛水溶液中，于室溫下浸泡后，將硅納米線有序陣列取出并在有機(jī)溶劑或水中進(jìn)行超聲清洗，得到表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列；3)將步驟2)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列浸入到含O.I lOOmmol/L 的氨基熒光素溶液中，室溫反應(yīng)O. 5 8小時(shí)后,將得到的娃納米線有序陣列在有機(jī)溶劑中或水中進(jìn)行超聲清洗，除去未反應(yīng)的氨基熒光素；再將得到的硅納米線有序陣列置于濃度為O. 01 O. 08mol/L的醋酸硼氫化鈉的乙醇溶液或醋酸硼氫化鈉的丙酮溶液中，在溫度為 20 75°C下加熱反應(yīng)O. 5 5小時(shí)，然后用有機(jī)溶劑超聲清洗除去未反應(yīng)的醋酸硼氫化鈉；真空干燥后，得到在硅納米線有序陣列的表面修飾有作為對(duì)PH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟I)所述的浸泡的時(shí)間為10 70 分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是步驟2)所述的浸泡的時(shí)間為O.5 5 小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是所述的硅納米線有序陣列中的硅納米線的直徑為100 300nm,長(zhǎng)度為5 35 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇或丙酮。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器的應(yīng)用，其特征是所述的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器用于酸性溶液、中性溶液、堿性溶液或生物體系溶液的PH檢測(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征是所述的pH檢測(cè)，是以所述的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器作為熒光檢測(cè)的活性芯片，聯(lián)用熒光光譜儀或激光共聚焦顯微鏡，所述的基于硅納米線有序陣列的PH熒光傳感器在不同pH值溶液中具有不同的熒光強(qiáng)度，通過繪制PH值和特征熒光峰強(qiáng)度的定標(biāo)曲線，根據(jù)所述的基于硅納米線有序陣列的pH 熒光傳感器檢測(cè)到的特征熒光峰的強(qiáng)度確定被檢測(cè)溶液體系的PH值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液體系pH值的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器及其制法和應(yīng)用。本發(fā)明的對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器，是將基于化學(xué)刻蝕方法制備得到的經(jīng)過面清洗處理的硅納米線有序陣列與戊二醛反應(yīng)得到的表面修飾有醛基的硅納米線有序陣列，和有機(jī)小分子物質(zhì)氨基熒光素進(jìn)行反應(yīng)，以對(duì)其表面進(jìn)行共價(jià)鍵修飾，將得到的硅納米線有序陣列進(jìn)一步與醋酸硼氫化鈉反應(yīng)，從而得到表面修飾有作為對(duì)pH具有選擇性熒光響應(yīng)的氨基熒光素的本發(fā)明的pH熒光傳感器。本發(fā)明的基于硅納米線有序陣列的pH熒光傳感器可用于溶液中pH值的檢測(cè)，并可以將其作為細(xì)胞生長(zhǎng)的基底，實(shí)時(shí)、原位觀察細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境中pH的變化。
文檔編號(hào)B82Y15/00GK102928391SQ20121038509
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者穆麗璇, 苗榮, 師文生 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所