金属修饰的光子晶体生物检测薄膜及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及金属修饰的光子晶体生物检测薄膜及其制备方法和用途。所述的薄膜是由荧光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄膜；所述的荧光标记分子标记的生物功能物质是单个荧光标记分子或给受体荧光标记对标记的生物功能物质。本发明专利技术是利用光子晶体和金属表面增强的特性，配合荧光标记生物功能物质，利用荧光标记生物功能物质对目标生物物质的特异响应性或特异亲和性，目标生物物质与生物功能物质发生响应，引起用荧光标记分子标记的生物功能物质发光的改变，通过光子晶体增强和金属表面增强荧光标记分子的荧光信号的读出和辨别，可以有效的增强目标生物物质的检测体系的灵敏度，从而实现高灵敏生物检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于对生物样品中多种蛋白质和基因进行检测的领域，特别涉及金属修饰 的光子晶体生物检测薄膜及其制备方法，以及利用金属修饰的光子晶体对生物物质的检测 用途。
技术介绍
生命科学的飞速发展对分析化学提出了大量新的课题，目前集中在多肽、蛋白质、 核酸等生物大分子分析，生物药物分析，超痕量、超微量生物活性物质分析，甚至微生物分 析等。因此，生物分析已成为现代分析化学发展的最重要的前沿领域之一。为了适应这种 形势的要求，众多分析化学工作者正在不断努力开发新的分析方法和技术。生物传感器是 一种在多学科交叉背景下发展起来的新型分析仪器，目前生物传感器使用的探测机制共有 电、光、热、量4种，其中以光信号作为探测机制的称为光学生物传感器。光学生物传感器因 具有快速、灵敏、准确和高选择性等特点而最为引人瞩目。由于光学生物传感器具有非破 坏性的操作模式、较高的信号产生与读取速度，加上近年来光纤技术的发展与应用，使光学 生物传感器的测试方式和应用领域都得到极大的扩展，成为迄今应用最为普遍的生物传感 器，具有广阔的发展前景。以荧光信号为读出信号，是光学生物传感器的一种最主要的信号采集形式。荧光 分析法作为一种分析方法，早在19世纪60年代就已出现。该方法具有许多突出优点①选 择性好；②具有多种测定参数(如荧光寿命、荧光各向异性、荧光量子产率、荧光激发波长、 发射波长等)；③灵敏度高；④具有多种检测技术和方法(如同步荧光、导数荧光、荧光偏 振、荧光动力学分析法、三维荧光光谱法及相分辨、时间分辨荧光分析法等)。故可以依据实 际测定条件的不同加以选择，因而具有适用性强、选择性好、线性范围较宽的特点。然而，在实际过程中，由于样品的特殊性，荧光技术已有的灵敏度仍然不能满 足所有测定的需要。因此，希望能够进一步提高荧光检测的灵敏度，使其应用范围更加 扩大。用于提高荧光检测灵敏度的方法有多种，例如利用新技术、新器件，进一步提 高仪器的检测灵敏度[CN 1602420A]；荧光放大分离[CN 101082583] ； [X. Gao, Y. Cui, R. M. Levenson, L. W. K. Chung, and S. Nie, Nat. Biotechnol. 22,969 (2004).]利用酶联 免疫反应、[R. M. Lequin, Clin. Chem. 51, 2415 (2005).]聚合酶链反应、[R. K. Saiki, S. Scharf, F. Faloona, K. B. Mullis, G. T. Horn, H. A. Erlich, and N. Arnheim, Science 230, 1350 (1985) ·]多荧光发色团探针[B. S. Gaylord, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99，10954 (2002).]等生物化学方法提高荧光信号的放大倍数。但以上述这些方法提高荧光技术的检测灵敏度局限性很大，提高的程度受制于荧 光物种自身的量子产率、光解性以及背景荧光的干扰等。从改进仪器方面考虑，要达到高灵 敏的测试要求，需要严格控制实验条件，最大限度地降低背景荧光，需要用到复杂的光学系 统，对检测器的质量要求也特别高，因此仪器价格昂贵，实验过程要求严格，要将该方法推 广应用存在现实困难，严重制约了其实用化的步伐。因此，很有必要寻找新的提高荧光检测4灵敏度的途径。指分布于金和银等金属表面或其溶胶附近的荧光物种的荧光发射强度能够能够 大大增强，并且已经开始在DNA检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用。光 子晶体是一种具有介电常数(或折射率)周期性的有序结构，能够限制、控制和调控光子。 光子晶体可以作为一种良好的光学腔，为控制光的发射和传播提供了很好的理论设想和试 验依据，并且能够提供高度有序的周期性结构，近年来对光子晶体光学及结构特性的研究， 使得它在光电器件和光学芯片等方面有着诱人的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种综合性能高、灵敏度高、成本低、快速、方便、易实现的 利用金属粒子或金属薄膜修饰的光子晶体提高生物检测灵敏度的金属修饰的光子晶体生 物检测薄膜。本专利技术的再一目的在于提供一种金属修饰的光子晶体生物检测薄膜的制备方法。本专利技术的还一目的在于提供金属修饰的光子晶体生物检测薄膜对生物物质进行 检测方面的用途。本专利技术是利用光子晶体和金属表面增强的特性，配合荧光标记生物功能物质，利 用荧光标记生物功能物质对目标生物物质的特异响应性或特异亲和性，目标生物物质与生 物功能物质发生响应，引起用荧光标记分子标记的生物功能物质发光的改变，通过光子晶 体增强和金属表面增强荧光标记分子的荧光信号的读出和对荧光信号的辨别，可以有效的 增强目标生物物质的检测体系的灵敏度，从而实现高灵敏生物检测。本专利技术的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜是一种生长在支撑基底上的薄膜，所 述的薄膜是由荧光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄膜；所述 的荧光标记分子标记的生物功能物质是单个荧光标记分子或给受体荧光标记对标记的生 物功能物质。所述的由荧光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄膜 中的荧光标记分子标记的生物功能物质占薄膜总重量的0. 0001% ；所述的金属修饰的光子晶体中的光子晶体的厚度为1 ？ m 5mm。所述的金属修饰的光子晶体是金属薄膜修饰或金属纳米粒子掺杂的光子晶体；所 述的金属薄膜修饰的光子晶体中的金属在光子晶体表面的厚度为5nm 200nm ；所述的金 属纳米粒子掺杂的光子晶体中的金属纳米粒子占金属纳米粒子掺杂的光子晶体总重量的 0. 001% 100%。所述的生物功能物质选自酶、核酸、抗原抗体、结合蛋白质、植物凝血素、激素受体 等中的一种。所述的单个荧光标记分子选自有机染料、发光量子点、复合荧光二氧化硅荧光纳 米粒子、3价稀土镧系元素的螯合物、荧光蛋白等中的一种。所述的给受体荧光标记对中的给体和受体分别选自有机染料、发光量子点、复 合荧光二氧化硅荧光纳米粒子、3价稀土镧系元素的螯合物、荧光蛋白等中的一种，且给 体与受体不能同时选择上述相同的物质。上述的复合荧光二氧化硅荧光纳米粒子是二 氧化硅包覆的有机染料、发光量子点、3价稀土镧系元素的螯合物、荧光蛋白等中的一种(J. R. Taylor, Μ. Μ. Fang, S. Μ. Nie, AnalChem, 2000，72 (9)，1979)。上述的有机染料是四甲基罗丹明、四乙基罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明、异硫 氰酸荧光素、溴乙锭、吖啶、菲啶、荧光素、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。上述的发光量子点是由II-VI族元素和III-V族元素组成的纳米颗粒，它们是 CdS、CcKe 或 CcTTe 等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其是一种生长在支撑基底上的薄膜，其特征是：所述的薄膜是由荧光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄膜；所述的荧光标记分子标记的生物功能物质是单个荧光标记分子或给受体荧光标记对标记的生物功能物质；所述的生物功能物质选自酶、核酸、抗原抗体、结合蛋白质、植物凝血素、激素受体中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其是一种生长在支撑基底上的薄膜，其特 征是所述的薄膜是由荧光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄 膜；所述的荧光标记分子标记的生物功能物质是单个荧光标记分子或给受体荧光标记对标 记的生物功能物质；所述的生物功能物质选自酶、核酸、抗原抗体、结合蛋白质、植物凝血素、激素受体中的一种。2.根据权利要求1所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其特征是所述的由荧 光标记分子标记的生物功能物质所标记的金属修饰的光子晶体薄膜中的荧光标记分子标 记的生物功能物质占薄膜总重量的0. 0001% 1%。3.根据权利要求1所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其特征是所述的金属 修饰的光子晶体中的光子晶体的厚度为1 ？ m 5mm。4.根据权利要求1或3所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其特征是所述 的金属修饰的光子晶体是金属薄膜修饰或金属纳米粒子掺杂的光子晶体；所述的金属薄 膜修饰的光子晶体中的金属在光子晶体表面的厚度为5nm 200nm ；所述的金属纳米粒子 掺杂的光子晶体中的金属纳米粒子占金属纳米粒子掺杂的光子晶体总重量的0. 001% 100%。5.根据权利要求1所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其特征是所述的单个 荧光标记分子选自有机染料、发光量子点、复合荧光二氧化硅荧光纳米粒子、3价稀土镧系 元素的螯合物、荧光蛋白中的一种；所述的给受体荧光标记对中的给体和受体分别选自有机染料、发光量子点、复合荧光 二氧化硅荧光纳米粒子、3价稀土镧系元素的螯合物、荧光蛋白中的一种，且给体与受体不 能同时选择上述相同的物质。所述的复合荧光二氧化硅荧光纳米粒子是二氧化硅包覆的有机染料、发光量子点、3价 稀土镧系元素的螯合物、荧光蛋白中的一种。6.根据权利要求4所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜，其特征是所述的光子 晶体是具有光子禁带的周期性介电结构的自组装排列具有蛋白石结构的光子晶体或具有 反蛋白石结构的光子晶体；所述的具有蛋白石结构的光子晶体是由粒径均为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)或二氧化硅的单分散微球自组装制 备得到的；所述的具有反蛋白石结构的光子晶体是以上述具有蛋白石结构的光子晶体为模板，利 用模板法制备得到的；所述的金属包括金、银、钼、铜或铝。7.一种根据权利要求1 6任意一项所述的金属修饰的光子晶体生物检测薄膜的制备 方法，其特征是该方法包括以下步骤(1)在水溶液中，利用单个荧光标记分子或给受体荧光标记对，对生物功能物质进行荧 光标记，得到含有单个荧光标记分子或给受体荧光标记对标记的生物功能物质的水溶液；(2)对在支撑基底上的光子晶体进行金属修饰，制备金属薄膜修饰或金属纳米粒子掺 杂的光子晶体；(3)选择光子晶体的光子禁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明珠，沈为之，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11