本發(fā)明涉及TiO2溶膠法修飾制備穩(wěn)定的多孔硅方法。

背景技術(shù)：
敏感穩(wěn)定的非標(biāo)記檢測技術(shù)在生物檢測，環(huán)境監(jiān)控，藥物開發(fā)和食品安全生產(chǎn)中具有重要的意義。這些非標(biāo)檢測技術(shù)中，基于多孔硅的傅里葉轉(zhuǎn)換反射干涉光譜技術(shù)是一種簡單，靈敏，有效的檢測技術(shù)。當(dāng)檢測目標(biāo)例如互補(bǔ)鏈DNA，抗體或配體等與多孔硅表面的相應(yīng)生物分子反應(yīng)，薄膜的有效折射率發(fā)生變化，從而可以敏感的檢測這些目標(biāo)分子。多孔硅已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在生物分子的檢測。因?yàn)樗哂幸韵旅黠@的優(yōu)勢：1）多孔硅制備很簡單；2)多孔硅形式多樣；3）多孔硅表面容易修飾；4）多孔硅容易和微電子制造系統(tǒng)匹配。然而，多孔硅最大的挑戰(zhàn)是它的不穩(wěn)定性。新鮮刻蝕的多孔硅表面在空氣中或溶液中容易降解，從而基線發(fā)生漂移。目前通常應(yīng)用熱氧化形成Si-O鍵或者通過硅表面化學(xué)修飾形成Si-C鍵來穩(wěn)定化多孔硅表面。雖然這些方法可以緩解多孔硅表面的降解程度，但是，在生物檢測系統(tǒng)中還是會產(chǎn)生一定程度的降解從而產(chǎn)生基線漂移。研究發(fā)現(xiàn)和多孔SiO2相比，多孔TiO2具有很好的穩(wěn)定性，但是制備工藝和形式受到很大的限制。從而，我們想到了TiO2溶膠物理修飾方法，在多孔硅表面修飾一層納米TiO2以保護(hù)硅表面的降解。其次，TiO2包被的多孔硅表面在光電子光催化，太陽能電池，藥物輸送等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于開發(fā)一種低成本、快速應(yīng)用TiO2溶膠法修飾制備穩(wěn)定的多孔硅方法，制備的TiO2薄膜沒有影響多孔硅的傳感特性，在pH值在2-12范圍內(nèi)，該TiO2修飾的多孔硅具有穩(wěn)定性光學(xué)特性，可以進(jìn)行光學(xué)非標(biāo)記生物檢測。本發(fā)明TiO2溶膠法修飾制備多孔硅的方法，是先制備穩(wěn)定的TiO2溶膠,通過甩膜方法在新鮮刻蝕的多孔硅表面修飾一層TiO2溶膠，經(jīng)過500℃煅燒固化，通過三次重復(fù)甩膜，煅燒后，在多孔硅表面修飾了一層納米級TiO2薄膜。制備的TiO2修飾多孔硅薄膜在pH值在2-12范圍內(nèi)具有穩(wěn)定性光學(xué)特性，靈敏度和修飾前在同一數(shù)量級，可以進(jìn)行光學(xué)非標(biāo)記生物檢測，該TiO2修飾多孔硅薄膜也可以應(yīng)用在光電子，光催化，太陽能電池，藥物輸送等領(lǐng)域。本發(fā)明的原理如圖1所示，新鮮刻蝕的多孔硅經(jīng)過臭氧氧化，表面羥基化后，滴入TiO2溶膠甩膜，加熱，經(jīng)過3次以上的修飾得到穩(wěn)定的TiO2修飾多孔硅薄膜。本發(fā)明所述用多孔硅是采用電化學(xué)刻蝕得到的。上述方法包括以下步驟：（1）多孔硅的制備：通過電化學(xué)刻蝕方法制備多孔硅，刻蝕液為氫佛酸：無水乙醇體積比為3:1，電流密度為620mA/cm2，刻蝕時間為20秒。（2）多孔硅的修飾：臭氧對步驟（1）得到的多孔硅表面進(jìn)行羥基化修飾；（3）穩(wěn)定TiO2溶膠的制備：通過鈦酸四丁酯：無水乙醇：三乙醇胺體積比為5:30:1配置。（4）甩膜法制備TiO2溶膠法修飾制備多孔硅：100μL(3)配置的溶膠，通過甩膜儀以轉(zhuǎn)速2000rpm，10秒將溶膠覆蓋在多孔硅表面，在500℃馬弗爐中煅燒1小時，后重復(fù)以上過程3次；得到TiO2修飾多孔硅。本發(fā)明中通過對多孔硅孔徑，TiO2溶膠配方，甩膜工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定了工藝簡單，價格低廉，在pH值在2-12范圍內(nèi)穩(wěn)定的TiO2修飾多孔硅薄膜，檢測靈敏度達(dá)到8210±170nm/折射率單位，能夠進(jìn)行實(shí)時在線非標(biāo)記光學(xué)檢測生物分子。附圖說明圖1TiO2溶膠法修飾制備穩(wěn)定的多孔硅方法及其光學(xué)特性原理圖；圖2TiO2修飾多孔硅在pH值在2-12范圍的磷酸鹽緩沖液中的光學(xué)穩(wěn)定性；圖3TiO2修飾多孔硅的靈敏度；圖4TiO2修飾多孔硅的非標(biāo)記免疫化學(xué)傳感器特性；圖5TiO2修飾多孔硅的非標(biāo)記免疫化學(xué)傳感器特異性。具體實(shí)施方式本發(fā)明所用pH2-12磷酸鹽緩沖液來自VWRBDH公司，pH7.4磷酸鹽緩沖液來自Mediatech,公司，金黃色葡萄菌蛋白A(42kDa)買自于EMDCalbiochem.公司，兔抗羊IgG,羊IgG和購自于Jackson免疫研究所有限公司，硅片（電阻0.0008-0.0012Ω-cm，(100)面,硼參雜)買自Siltronix公司，其它有機(jī)溶劑購自于Sigma-Aldrich公司。本發(fā)明所用的儀器主要有：NJ320脈沖刻蝕儀，廈門納精分析儀器有限公司MYCROMSC-650甩膜儀，邁可諾技術(shù)有限公司控溫馬福爐，南京大學(xué)儀器廠臭氧發(fā)生器廣州環(huán)偉環(huán)?？萍加邢薰綴型光纖，海洋光學(xué)公司鎢燈光源，海洋光學(xué)公司USB-2000光纖光譜儀，海洋光學(xué)公司LSP01-1A微流注射泵河北保定蘭格恒流泵有限公司QL-866漩渦混合儀海門麒麟醫(yī)用儀器廠。實(shí)施例1（1）多孔硅的制備：通過電化學(xué)刻蝕方法制備多孔硅，刻蝕液為氫佛酸：無水乙醇體積比為3:1，電流密度為620mA/cm2，刻蝕時間為20秒。（2）多孔硅的修飾：臭氧對步驟（1）得到的多孔硅表面進(jìn)行羥基化修飾；（3）穩(wěn)定TiO2溶膠的制備：通過鈦酸四丁酯：無水乙醇：三乙醇胺體積比為5:30:1配置。（4）甩膜法制備TiO2溶膠法修飾制備多孔硅：100μL(3)配置的溶膠，通過甩膜儀以轉(zhuǎn)速2000rpm，10秒將溶膠覆蓋在多孔硅表面，在500℃馬弗爐中煅燒1小時，后重復(fù)以上過程3次。得到本發(fā)明TiO2修飾的多孔硅方法。實(shí)施例2TiO2修飾多孔硅的性能檢測制備的TiO2修飾多孔硅的穩(wěn)定性檢測：修飾的多孔硅片試樣被放入聚甲基丙烯酸甲酯材料做成的流式槽中，不同pH值的磷酸鹽緩沖液依次通過微流泵送入流式槽中，每次送入緩沖液前用pH7.4，0.01M磷酸鹽緩沖液洗滌流式槽5分鐘。光學(xué)反射干涉光譜通過Y型光纖拾取光學(xué)信號，實(shí)時監(jiān)控薄膜光學(xué)厚度的變化，見圖2。從圖2可見經(jīng)過TiO2修飾多孔硅的光學(xué)厚度在pH2-12范圍變化的磷酸鹽緩沖液中，變化很穩(wěn)定，而沒有修飾的熱氧化修飾多孔硅的光學(xué)厚度在在pH2-12范圍變化的磷酸鹽緩沖液中，變化很大，特別是在高pH緩沖液中，薄膜的光學(xué)厚度降低很快，這是由于熱氧化多孔硅表面在高pH值緩沖液中不穩(wěn)定，表面降解的結(jié)果。TiO2修飾多孔硅的靈敏度檢測：將10μL不同折射率的有機(jī)化合物滴在硅片的表面，檢測他們的光學(xué)厚度的變化，以折射率為橫軸，光學(xué)厚度為縱軸繪制線性關(guān)系圖，以折射率改變1個單位的光學(xué)厚度變化量為該樣品的靈敏度，見圖3。從圖3可見TiO2修飾多孔硅光學(xué)厚度響應(yīng)值大于熱氧化修飾的多孔硅的光學(xué)厚度，這是因?yàn)門iO2修飾多孔硅的折射率高于熱氧化多孔硅的折射率。TiO2修飾多孔硅的靈敏度為8210±170nm/折射率單位。TiO2修飾多孔硅的非標(biāo)記免疫化學(xué)傳感器特性：試樣放入聚甲基丙烯酸甲酯材料做成的流式槽中，先用去離子水洗滌流式槽15-20分鐘，后用pH7.4，0.01M磷酸鹽緩沖液送入流式槽穩(wěn)定檢測基線后，依次通入蛋白A，兔抗羊IgG，羊IgG，每次送入生物分子后用pH7.4，0.01M磷酸鹽緩沖液洗滌5分鐘，見圖4。由圖4可見蛋白A物理吸附于TiO2修飾多孔硅表面引起其光學(xué)厚度的變化，在一定時間后達(dá)到穩(wěn)定值，通過磷酸鹽緩沖液洗滌后吸附不牢的蛋白被洗滌掉了，光學(xué)厚度降低；當(dāng)兔抗羊IgG引入后，兔抗羊IgG被固定于蛋白A表面，引起薄膜光學(xué)厚度的變化，通過磷酸鹽緩沖液洗滌后吸附不牢的兔抗羊IgG蛋白被洗滌掉了，光學(xué)厚度降低；再引入羊IgG，其與抗體兔抗羊IgG作用，引起薄膜光學(xué)厚度的變化，通過磷酸鹽緩沖液洗滌后沒有薄膜光學(xué)厚度的變化，光學(xué)厚度降低說明抗原和抗體作用非常強(qiáng)烈。特異性檢測：試樣放入聚甲基丙烯酸甲酯材料做成的流式槽中，先用去離子水洗滌流式槽15-20分鐘，后用pH7.4，0.01M磷酸鹽緩沖液送入流式槽穩(wěn)定檢測基線后，依次通入蛋白A，兔抗羊IgG，羊IgG，每次送入生物分子后用pH7.4，0.01M磷酸鹽緩沖液洗滌5分鐘，見圖5。從圖5可見，當(dāng)在引入蛋白A之后，引入雞蛋白IgG并沒有引起光學(xué)厚度的變化，這是由于蛋白A與雞蛋白IgG不結(jié)合，當(dāng)引入兔抗羊IgG時，薄膜的光學(xué)厚度發(fā)生了明顯的變化，這是由于蛋白A與兔抗羊IgG結(jié)合，之后再引入雞蛋白IgG，薄膜的光學(xué)厚度也沒有變化，這是因?yàn)橥每寡騃gG不與雞蛋白IgG反應(yīng)結(jié)合，在加入羊IgG后，薄膜的光學(xué)厚度發(fā)生了明顯的變化，這是由于兔抗羊IgG結(jié)合羊IgG后引起的，這些充分說明薄膜的光學(xué)厚度的變化是由于抗原與抗體的反應(yīng)引起的，而不是這些蛋白質(zhì)的非特異性吸附引起的。這些表明TiO2修飾多孔硅完全可以用作非標(biāo)記免疫在線檢測。