[发明专利]一种石墨烯/铜颗粒混合结构的生物传感器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种可分离混合生物分子的生物传感器及其制备方法，具体涉及一种以玻璃纤维为衬底的二维石墨烯/铜纳米颗粒混合结构的可分离生物分子的生物传感器及其制备方法。

背景技术

对于当今的生物传感器，高灵敏度，高稳定性，高效率至关重要。高灵敏的原位SERS技术可以实时、快速的检测环境、农产品污染及其引发的癌变，对污染治理和医学诊疗等具有重要的作用。目前，相关的研究进展较为缓慢，主要原因是高灵敏度的生物传感器材料的制备比较困难。

分子分离可实现混合多分子下分子的分离，有利于更精确检测混合多分子中分子种类，在环境监测、医学诊断和生命体表征等方面具有重要的作用。对混合溶液的分离时采用纸色谱法，纸色谱法是以纸为载体的色谱法。固定相一般为纸纤维上吸附的水分，流动相为不与水相溶的有机溶剂；也可使纸吸留其他物质作为固定相，如缓冲液，甲酰胺等。将试样点在纸条的一端，然后在密闭的槽中用适宜溶剂进行展开。当组分移动一定距离后，各组分移动距离不同，最后形成互相分离的斑点。

对分子进行检测的时候利用的是表面增强拉曼散射(SERS)的技术。拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱，可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程，一般其光强仅约为入射光强的10^-10。所以拉曼信号都很弱，要对表面吸附物种进行拉曼光谱研究几乎都要利用某种增强效应。关于表面增强拉曼散射目前较普遍的观点是SERS活性的表面往往能产生被增强的局域电场，是表面等离子共振振荡引起的，这被称为物理增强。而分子在金属上的吸附常伴随着电荷的转移引起分子能级的变化，或者分子吸附在特别的金属表面结构点上也导致增强，这两种情况均被称为化学增强。在一些特别情况下，人们还在努力进行单个分子的检测。

近些年，随着激光技术、纳米科技和计算机技术的迅猛发展，SERS已经在界面和表面科学、材料分析、生物、医学、食品安全、环境监测和国家安全等领域得到了广泛应用。SERS技术不但具有拉曼光谱的大部分优点，能够提供更丰富的化学分子的结构信息，可实现实时、原位探测，而且灵敏度高，数据处理简单，准确率高，是非常强有力的痕量检测工具。

由于其无需样品预处理、操作简便、检测速度快、准确率高、仪器便携等特点，SERS检测在食品安全快速检测中起到了积极的作用，例如，SERS可以定性、定量检测有害非法添加物(如三聚氰胺、苏丹红等)、超量超范围使用的添加剂(如食品中的合成色素等)、果蔬中的农药残留以及食物表面上的细菌和病毒等。显然，SERS有望成为一种常用的现场快速分析方法。然而，目前SERS使用的生物传感器存在灵敏度低，制备工艺繁琐、成本高，难以检测混合生物分子等缺点。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种可用于原位检测的高灵敏可分离生物传感器的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种石墨烯/铜颗粒混合结构的生物传感器，在玻璃纤维纸的上表面附着有二维石墨烯与铜纳米颗粒混合的层状结构。

本发明中所述的玻璃纤维纸是由直径细小的玻璃纤维抄造而成的薄页纸。

本发明中所述的二维石墨烯为一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。

本发明中所述的纳米颗粒为大小不超过300纳米的微型颗粒。

优选的，所述纳米颗粒为大小为50～150nm。

一种石墨烯/铜颗粒混合结构的生物传感器的制备方法，采用真空镀膜法在玻璃纤维纸上镀铜膜，采用化学气相沉积法使生成的石墨烯沉积在所述铜膜上，同时使铜膜被处理成铜纳米颗粒层，从而使铜膜形成二维石墨烯与铜纳米颗粒混合的层状结构。

本发明中所述的真空镀膜法为在真空的条件下，将金属材料加热，当温度超过金属材料的沸点时，被加热的金属材料以气态急剧蒸发，以直线向四周喷射；当遇到障碍物时即附着积淀于物体表面，形成一层薄膜。

本发明中所述的化学气相沉积法(简称CVD法)为一种制备材料的气相生长方法，是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。

优选的，采用真空镀膜法时，真空条件为：真空度为2×10^-3～5×10^-3Torr。