一種硅基sers多功能芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物與拉曼光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種表面增強(qiáng)拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering，全文簡稱:SERS)芯片及其制備方法，具體涉及一種用于細(xì)菌捕獲、檢測和抗菌的硅基SERS多功能芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]每年由病原菌感染引起的嚴(yán)重的乃至危及生命的疾病超過3億例(例如:肺結(jié)核、超級(jí)抗藥菌等)，導(dǎo)致每年超過200萬人為此喪生(參見:Clin.Microb1l.Rev.2005，18，195-204)。目前達(dá)成的廣泛共識(shí)是細(xì)菌感染診斷的越早，病人的成活率越高。因此，快速、靈敏同時(shí)低成本地檢測臨床樣品(例如:患者唾液、痰和血液)中的病原菌變得十分重要。目前，臨床上運(yùn)用較為成熟、經(jīng)典的檢測病原菌的方法是細(xì)菌培養(yǎng)，然而這種方法較為復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，其流程通常包括選擇性培養(yǎng)基中培養(yǎng)數(shù)天、細(xì)菌菌落的形態(tài)觀察以及細(xì)菌代謝產(chǎn)物的免疫分析等(參見Clin.Microb1l.1999，37，2024-2026)。
[0003]為了解決這一問題，研宄者們已經(jīng)采用多種光學(xué)分析方法成功實(shí)現(xiàn)快速(數(shù)十分鐘到幾小時(shí))和高靈敏(單細(xì)胞水平)的細(xì)菌分析檢測，這些方法包括基于膠體金的比色分析、基于熒光或化學(xué)發(fā)光的生物探針以及基于表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)的光譜分析等(參見:Nat.Nanotech.2013, 8, 369-375 ；Angew.Chem.1nt.Ed.2014, 53, 13734-13739 ；Nat.Commun.2013，4，1752)。SERS 可以通過電磁場效應(yīng)(electromagnetic effect)與化學(xué)效應(yīng)(chemical effect)極大地增強(qiáng)拉曼信號(hào)(理論上可放大約1012?1014倍)，這種增強(qiáng)使得細(xì)菌等分析物在極低濃度也能夠得到清晰的SERS指紋譜(參見:Anal.Chem.2014，86，1525-1533)。SERS對(duì)于外界因素的抗干擾能力也很強(qiáng)(例如:濕度、氧氣等)，該技術(shù)能夠在各種各樣復(fù)雜的實(shí)際體系中應(yīng)用。而且SERS檢測細(xì)菌時(shí)操作簡單，無需染色或者特異性標(biāo)記，不會(huì)破壞樣品本身。
[0004]盡管目前已經(jīng)有不少報(bào)道將SERS技術(shù)應(yīng)用于細(xì)菌檢測中，越來越多的人開始關(guān)注發(fā)展新的SERS多功能分析平臺(tái)，期望同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的捕獲、檢測、抗菌。然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚無關(guān)于采用硅基SERS多功能平臺(tái)對(duì)實(shí)際體系中細(xì)菌進(jìn)行捕獲、檢測和抗菌的詳細(xì)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)菌捕獲、檢測和抗菌的硅基SERS多功能芯片及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將SERS技術(shù)與銀離子抗菌技術(shù)相結(jié)合，首先采用氫氟酸輔助的硝酸銀還原法制備銀納米顆粒(AgNPs)修飾的硅片SERS基底(AgNPsOSi)，然后在基底表面修飾上細(xì)菌連接分子【4-巰基苯硼酸(4-MPBA)或萬古霉素】用于細(xì)菌捕獲。
[0007]具體的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的硅基SERS多功能芯片的制備方法，包括下述步驟:
[0009](I)首先將硅晶片依次用去離子水、丙酮、去離子水進(jìn)行超聲清洗，再放入濃硫酸和過氧化氫混合溶液進(jìn)一步清洗，然后再用去離子水清洗，得到干凈的硅晶片；
[0010]優(yōu)選的，所述的硅晶片為0.01?20 D*cm的P型或η型硅晶片，尺寸為0.25?1cm20
[0011 ] 優(yōu)選的，所述的過氧化氫溶液質(zhì)量濃度為10?40%，濃硫酸和過氧化氫體積比=1:(0.01 ?100)ο
[0012](2)將步驟(I)清洗干凈的硅晶片置入氟化氫溶液中進(jìn)行振蕩反應(yīng)，得到表面覆蓋大量硅-氫鍵(S1-H)的硅晶片；
[0013]優(yōu)選的，所述的氟化氫溶液質(zhì)量濃度為I?40%。
[0014]進(jìn)一步的，將步驟⑴清洗干凈的硅晶片置入氟化氫溶液中進(jìn)行振蕩反應(yīng)I?60分鐘。
[0015](3)將步驟(2)得到的硅晶片放入硝酸銀和氟化氫的混合溶液中振蕩反應(yīng)，得到表面均勻的原位生長一層銀納米粒子的硅晶片(AgNPsOSi);
[0016]優(yōu)選的，所述的硝酸銀溶液濃度為I?5Μ，氟化氫溶液質(zhì)量濃度為I?40 %，硝酸銀溶液和氟化氫溶液體積比=I: (0.01?100)。
[0017]進(jìn)一步的，將步驟(2)得到的硅晶片放入硝酸銀和氟化氫的混合溶液中振蕩反應(yīng)I?60分鐘。
[0018](4)將步驟(3)得到的銀納米粒子修飾的硅晶片放入含有細(xì)菌連接分子的溶液中震蕩反應(yīng)，在銀納米顆粒表面修飾上細(xì)菌連接分子；
[0019]優(yōu)選的，所述的細(xì)菌連接分子為4-巰基苯硼酸或萬古霉素，其濃度為0.01?10mM0
[0020]進(jìn)一步的，將步驟(3)得到的銀納米粒子修飾的硅晶片放入細(xì)菌連接分子的溶液中振蕩反應(yīng)I?24小時(shí)。
[0021](5)將步驟(4)得到的材料取出，去離子水洗滌后氮?dú)獯蹈?，得到AgNPsOSi修飾上細(xì)菌連接分子的硅基SERS多功能芯片。
[0022]優(yōu)選的，將步驟(4)得到的材料取出，去離子水洗滌2?5次后氮?dú)獯蹈伞?br>[0023]將通過上述方法制備得到的硅基SERS多功能芯片加入細(xì)菌溶液中，緩慢攪動(dòng)直至細(xì)菌較均一地吸附在芯片表面，除去細(xì)菌溶液，用PBS緩沖液沖洗芯片多次除去非特異吸附的細(xì)菌，拉曼分析細(xì)菌特征圖譜；
[0024]優(yōu)選的，所述的細(xì)菌濃度為1.0X 12?LOXlO8Cell.πι?Λ
[0025]優(yōu)選的，PBS緩沖液沖洗芯片的次數(shù)為2?5次；
[0026]進(jìn)一步的，將制備得到的硅基SERS多功能芯片置入細(xì)菌溶液中緩慢攪動(dòng)5?40mino
[0027]將通過上述方法制備得到的硅基SERS多功能芯片與細(xì)菌溶液在37°C的恒溫振蕩儀中培養(yǎng)，隨后轉(zhuǎn)移到其他的圓底試管中，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)樣品拍照記錄，然后取一定量的菌液，經(jīng)過適當(dāng)?shù)南♂尯?，均勻的涂布在LB瓊脂板上，然后將瓊脂板倒置，在37°C下培養(yǎng)24小時(shí)，隨后用凝膠成像儀對(duì)生長在瓊脂板上的菌落進(jìn)行成像，然后對(duì)瓊脂板上的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)來考察芯片抗菌能力。
[0028]優(yōu)選的，所述的細(xì)菌濃度為1.0X 12?1.0X 10 4Cell.πι?Λ
[0029]進(jìn)一步的，將制備得到的硅基SERS多功能芯片與細(xì)菌溶液在37°C的恒溫振蕩儀中培養(yǎng)12?24小時(shí)。
[0030]本發(fā)明也提供了一種基于上述方法制備得到的硅基SERS多功能芯片。
[0031]本發(fā)明構(gòu)建的SERS芯片細(xì)菌捕獲效率可以達(dá)到約60% ;該芯片具有較好的SERS信號(hào)重現(xiàn)性(RSD:約11.0%);根據(jù)不同細(xì)菌的SERS特征指紋圖譜，可以快速有效地檢測實(shí)際體系中濃度低至1.0X 12Cell 的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌；而且該芯片具有優(yōu)異的抗菌能力，其基底釋放的銀離子可以抑制細(xì)菌生長，其抗菌效率可以達(dá)到約97%。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1是本發(fā)明的硅基SERS多功能芯片用于細(xì)菌捕獲、檢測和抗菌的原理圖；
[0034]圖2是本發(fā)明制備得到的硅基SERS多功能芯片的掃描電鏡(a)和原子力顯微鏡(b)表征照片；
[0035]圖3是本發(fā)明制備得到的硅基SERS多功能芯片對(duì)大腸桿菌(a)和金黃色葡萄球菌(b)捕獲的掃描電鏡表征照片；
[0036]圖4是本發(fā)明