检测细菌及生物分子的Mo-Ag传感芯片、制备及应用的制作方法

检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片、制备及应用
技术领域
1.本发明属于细菌、生物分子分析传感技术领域，具体涉及一种基于mo-ag微纳薄膜的检测芯片及其制备方法。


背景技术：

2.研究表明：表面增强拉曼散射(surface-enhanced raman scattering，sers)是一种超灵敏分析技术，可无损、无标记、原位检测不同种类的生物分子，提供该类分子的化学结构信息(chang chen，yi li，sarp kerman，pieter neutens，kherim willems，sven cornelissen，liesbet lagae，tim stakenborg，pol van dorpe1.nature communications，2018，9，1733)，sers利用等离子体基底表面产生的局域表面等离子体共振(lspr)效应，产生局部电磁场(em)增强及sers信号的增强。该技术能够通过特异性指纹谱原位识别与等离子体纳米结构接触或接近的分析物，灵敏度可达到单分子水平。sers技术具备多目标分析能力，样品需求量极少，且能够获得空间分辨率极高的生物图像信号，对于细菌化学通信分子的原位检测，其传感性能主要取决于等离子体基底材料的微观结构，细菌或者细菌分泌的活性通信化合物与细菌的生存传播机制、多重耐药性及抗吞噬性密切相关，因此，开发活性病原菌的无损、原位检测方法具有迫切需求，因此，设计并构建信号灵敏度高、特异度强、稳定性良好、生物兼容性优异的等离子体微纳sers传感芯片具有重要意义。
3.目前，ag纳米颗粒可用于病原菌的sers检测，且ag纳米结构成本较低，但ag纳米颗粒的化学稳定性较差且硬度较低，而且无法大规模制备，很难用于生物分子及细菌传感探针、传感芯片的制造。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，解决目前ag微纳sers探针、芯片大规模制备的问题。
5.本发明是通过下述技术方案来实现的。
6.本发明提供了一种检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，包括以下步骤：
7.选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛下等离子清洗，再预处理；
8.在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上共沉积mo和ag元素，分别控制mo靶和ag靶的电流、玻璃衬底的旋转速度和沉积时间，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，银的质量百分数为34～46％；裁剪，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片。
9.作为优选，等离子清洗保护气氛包括纯ar气、氮气和氢气其中的一种或多种混合气体。
10.作为优选，等离子清洗时间为5-10min。
11.作为优选，玻璃衬底预处理为将等离子清洗后的玻璃衬底浸入乙醇或丙酮溶液中
浸泡清洗，吹干。
12.作为优选，所述mo靶和ag靶的纯度均》99.9％。
13.作为优选，玻璃衬底施加电压为-80v。
14.作为优选，mo靶电流为3.0-5.0a，ag靶电流为0-1.5a。
15.作为优选，所述沉积时间为30-45min，基板支架转速为10-20rpm。
16.作为优选，裁剪为0.5*0.5cm2的mo-ag传感芯片。
17.本发明提供了一种上述方法制备得到的检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，该芯片在生物分子、细菌的sers检测中应用。
18.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
19.本发明的一种检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，通过测控溅射技术在ag微纳界面中掺杂mo元素，形成mo-ag双金属表面。通过mo元素掺杂，增加mo-ag表面硬度和生物相容性，实现细菌及生物分子在mo-ag芯片表面的原位sers检测，提高检测效率。mo-ag传感芯片具有良好的检测灵敏度，孔雀石绿分子的检测灵敏度可达到10-10
mol/l，秋兰姆分子的检测灵敏度可达10-9
mol/l，反映检测信号均匀度的相对标准偏差小于7.0％。成本低，可大规模生产。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
21.图1是本发明mo-ag传感芯片的照片(0.5*0.5cm2)；
22.图2是本发明mo-ag传感芯片中mo-ag芯片表面mo、ag元素的eds线谱图；
23.图3是使用本发明mo-ag芯片检测生物分子的示意图；
24.图4是使用本发明mo-ag芯片检测细菌流程的示意图；
25.图5是本发明mo-ag芯片表面的扫描电子显微图像(其中ag元素的质量百分数为34.2％)；
26.图6是本发明mo-ag芯片表面的扫描电子显微图像(其中ag元素的质量百分数为38.7％)；
27.图7是本发明mo-ag芯片表面ag元素的eds能谱图；
28.图8是本发明mo-ag芯片表面mo元素的eds能谱图；
29.图9是使用本发明mo-ag芯片检测到的秋兰姆分子的增强型拉曼图谱；
30.图10是使用本发明mo-ag芯片检测到的不同浓度秋兰姆分子的增强型拉曼谱；
31.图11是采用560、1383cm-1
位移处强度，统计到的秋兰姆分子的浓度梯度；
32.图12是使用本发明mo-ag芯片检测到的孔雀石绿的分子增强拉曼图谱；
33.图13是使用本发明mo-ag芯片检测到的不同浓度孔雀石绿分子的增强型拉曼谱；
34.图14是采用560、1383cm-1
位移处强度，统计到的孔雀石绿分子的浓度梯度；
35.图15是使用本发明mo-ag芯片检测到的大肠杆菌的增强拉曼图谱；
36.图16是本发明芯片表面不同位置检测到的大肠杆菌拉曼峰强度统计；
37.图17是检测大肠杆菌过程中，芯片表大肠杆菌的光学显微图像。
具体实施方式
38.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
39.本发明检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
40.步骤1：衬底清洗预处理：
41.选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛纯ar气、氮气或氢气下等离子清洗5-10min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
42.步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
43.在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为3.0-5.0a，ag靶的电流为0-1.5a，玻璃衬底的旋转速度为10-20rpm，沉积时间为30-45min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为34～46％。
44.最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片。
45.步骤3：检测
46.对步骤3中mo-ag传感芯片进行sers光谱测试及sers成像。
47.mo元素掺杂是改善各种植入式医疗器械生物相容性的理想选择。本发明通过mo元素掺杂，构建出mo-ag薄膜，并将mo-ag薄膜沉积到玻璃片表面，制备出mo-ag传感芯片，从而提高sers信号的灵敏度、特异度、稳定性，进行灵敏、特异的生物分子、细菌的sers检测分析。
48.下面通过具体的实例对本发明一种检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片进行详细说明。
49.实施例1
50.本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
51.步骤1：衬底清洗预处理：
52.选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛纯ar气下等离子清洗8min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
53.步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
54.在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为3.0a，ag靶的电流为1.0a，玻璃衬底的旋转速度为20rpm，沉积时间为35min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为34.2％，mo-ag芯片表面的扫描电子显微图像见图5。
55.最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，见图1、2所示。
56.对步骤3中mo-ag传感芯片进行秋兰姆生物分子的sers光谱检测，秋兰姆生物分子的sers检测光谱及强度值如图9、10、11所示。
57.表1.使用mo-ag传感芯片检测秋兰姆分子拉曼光谱的拉曼位移
[0058][0059]
实施例2
[0060]
本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
[0061]
步骤1：衬底清洗预处理：
[0062]
选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛纯氮气下等离子清洗5min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
[0063]
步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
[0064]
在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为4.0a，ag靶的电流为1.5a，玻璃衬底的旋转速度为15rpm，沉积时间为45min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为38.7％，mo-ag芯片表面的扫描电子显微图像见图6。
[0065]
最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，检测生物分子如图3所示。
[0066]
对步骤3中mo-ag传感芯片进行孔雀石绿生物分子的sers光谱检测见图12。
[0067]
表2.使用mo-ag传感芯片检测孔雀石绿分子拉曼光谱的拉曼位移
[0068][0069]
实施例3
[0070]
本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
[0071]
步骤1：衬底清洗预处理：
[0072]
选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛氮气和氢气下等离子清洗10min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
[0073]
步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
[0074]
在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为5.0a，ag靶的电流为0.8a，玻璃衬底的旋转速度为10rpm，沉积时间为30min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为42.5％。
[0075]
最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，检测细菌的过程如图4所示。
[0076]
对步骤3中mo-ag传感芯片进行大肠杆菌的sers光谱检测见图15、16。
[0077]
表3.使用mo-ag传感芯片检测大肠杆菌拉曼光谱的拉曼位移
[0078][0079][0080]
实施例4
[0081]
本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
[0082]
步骤1：衬底清洗预处理：
[0083]
选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛纯氢气下等离子清洗6min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
[0084]
步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
[0085]
在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为3.0a，ag靶的电流为1.0a，玻璃衬底的旋转速度为12rpm，沉积时间为45min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为39.3％。
[0086]
最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片。
[0087]
对步骤3中mo-ag传感芯片进行孔雀石绿生物分子的sers光谱检测见图13。
[0088]
表4.使用mo-ag传感芯片检测孔雀石绿分子拉曼光谱的拉曼位移
[0089][0090]
实施例5
[0091]
本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
[0092]
步骤1：衬底清洗预处理：
[0093]
选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛氩气和氮气下等离子清洗9min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
[0094]
步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
[0095]
在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为3.5a，ag靶的电流为0.5a，玻璃衬底的旋转速度为18rpm，沉积时间为30min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为35.6％，mo、ag元素的面扫描能谱如图7、8所示。
[0096]
最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，芯片表面待检测大肠杆菌的光学显微图像如图17所示。
[0097]
对步骤3中mo-ag传感芯片进行大肠杆菌的sers光谱检测见图15、16。
[0098]
表5.使用mo-ag传感芯片检测大肠杆菌拉曼光谱的拉曼位移
[0099][0100]
实施例6
[0101]
本实施例提供检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，具体包括以下步骤：
[0102]
步骤1：衬底清洗预处理：
[0103]
选用石英玻璃作为衬底，在保护气氛纯氮气下等离子清洗6min，将清洁后的玻璃片(二氧化硅)衬底浸入乙醇、丙酮溶液中浸泡清洗，随后将吹干的玻璃片放入真空测控溅射设备中；
[0104]
步骤2：在玻璃衬底表面磁控溅射沉积mo-ag薄膜：
[0105]
在磁控溅射设备中在溅射气氛下，对预处理后的玻璃衬底施加电压为-80v，采用mo靶和ag靶在玻璃衬底上进行mo和ag元素共沉积，mo靶和ag靶的纯度均》99.9％；分别控制mo靶电流为4.5a，ag靶的电流为1.2a，玻璃衬底的旋转速度为12rpm，沉积时间为45min，得到在玻璃衬底上银掺杂钼的芯片，其中ag元素的质量百分数为36.4％。
[0106]
最后根据需要裁剪成不同尺寸，一般为0.5
×
0.5cm2大小，得到用于检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片。
[0107]
对步骤3中mo-ag传感芯片进行孔雀石绿生物分子的sers光谱检测见图14。
[0108]
表6.使用mo-ag传感芯片检测孔雀石绿分子拉曼光谱的拉曼位移
[0109][0110]
本发明一种检测细菌及生物分子的mo-ag传感芯片，通过将mo-ag薄膜沉积到玻璃片表面，并裁剪成0.5
×
0.5cm2大小。该芯片可实现生物分子。细菌的原位、快速、无损sers检测及成像，以及用于药物药效分析、病原菌检测，能有效提高检测效率，减少分析周期，是一种新的生物分子、细菌的检测工具，可推广使用。
[0111]
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。