多孔硅纳米微腔在生物检测中的应用综述

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1、多孔硅纳米微腔在生物检测中的应用综述多孔硅纳米微腔在生物检测中的应用综述李莎 时喜喜 韩星星 蔡林涛摘 要多孔硅纳米微腔作为一种新型功能材料，其独特的光学特性、介电特性、硅微电子相容性、滤过性、纳米微孔可控性生长及大的比表面积使其在生物分析、免疫检测、环境及食品领域有着重大的应用前景，引起材料学、生物学、医学和电子学界的重视，近年来在其制备技术、光学特性的改进、材料的应用等方面取得了巨大的进展。本文主要介绍了纳米多孔硅微腔的概况和在生物学和医学检测领域的应用。关键词多孔硅微腔；传感器；纳米1 引言此，具有巨大的应

2、用前景。生物纳米技术是纳米技术和生物技术融汇而成本文介绍了多孔硅纳米微腔光学晶体的结构和的一门新型交叉学科。它以生命体为研究对象，运性质，针对多孔硅纳米微腔的发展概况及其在生物用纳米技术的理论与方法，开展生物学、医学的研和医疗等的检测应用进行了概述。究。而在生物纳米技术基础上发展起来的生物纳米2 多孔硅微腔的结构设计及性能传感器为在更加微观的尺度上原位、活体、实时地获取及利用与各种生物功能和疾病相关的生物化学2.1多孔硅微腔的结构设计信息提供了革命性手段，纳米技术的应用极大地提PSM由一系列不同孔隙率的多孔硅层交

3、替排列高了传感器的检测性能，缩短了检测时间，并且可组成，由于多孔硅的折射率n依赖于孔隙率，将薄膜以实现高通量的实时检测分析。生物纳米传感器为光学中干涉滤光片的原理应用于多孔硅多层膜结构生物体各项生理生化指标的实时监测、单细胞水平中，即可设计出PSM。多孔硅微腔作为一种特殊的上物化指数变化的快速获取、临床上重大疾病的早功能材料，具有三明治结构，主要由两个分布布拉期诊断、单个病原微生物的快速检测等提供了全新格反射镜(DistributedBraggRelector，DBR)和位的技术手段。因此，发展生物纳米传感器有望

4、对生于中心的光学微腔(OpticalMicrocavity，MC)构命科学的发展起到巨大的作用。成。其中DBR是由两个不同孔隙率的单晶硅刻蚀层交替排列组成，其单晶硅刻蚀层的多孔硅微结构具有1956年，美国贝尔实验室的Uhlir最先报道了纳米孔径，表面具有纳米孔结构。用阳极腐蚀法可在单晶硅表面生成一层多孔硅。1990年，Canham发现室温下多孔硅在近红外区2.2多孔硅微腔的性能和可见光区发射强烈荧光，引起了世界范围内学由不同空隙率的多孔硅构成的多孔硅微腔具术界极大的兴趣。但多孔硅存在发光谱带较宽、有大的表面比、高

5、效灵敏的光学特性、特异的电导辐射复合寿命较长等问题，而多孔硅微腔(Porous率、良好的化学稳定性以及与传统IC工艺的兼容SiliconMicrocavity，PSM)的提出及其技术上的性，使其作为一种全新的材料在传感技术、光电转初步实现为解决这些问题提供了契机，这种微腔光换以及SOI(SilicononInsulator)技术等众多方面得学晶体具有很多优点：好的多孔性、高的比表面积23到了广泛的应用。多孔硅微腔的电导率、光致发光(500-1000m/cm)、窄的半峰宽、强的发光能力及有效折射系数等物理量在传感器

6、中都有应用。但等。利用纳米微腔壁与生物样品特异结合后光谱会目前为止，多孔硅微腔的光学特性是在生物检测中发生特漂移的特性，可制备传感器应用于生物医学应用最广泛的一个特性。领域，建立一系列生物纳米技术平台，实现对病毒、抗体、DNA等检测以及对不同状态下的生理3 多孔硅微腔在生物检测中的应用生化指标进行监控和机能评定。另外，多孔硅光学微腔与现有硅微加工技术相融，可嵌入到敏感芯片首先，多孔硅微腔是由一系列不同孔隙率的中，实现功能化、一体化的微纳米检测器件。因多孔硅层交替排列组成，其中多孔硅是一种孔状结7Vol.3No.

7、/Jan.2009构，具有大的比表面积，这对多孔硅微腔应用于传牛乳糖酶特异反应、多孔硅发光强度随E.coli的浓度感器非常重要。其次，多孔硅微腔具有多孔渗透结变化的特征制备了光学生物传感器，该传感器能够12构，对渗入的生物试剂非常敏感，微量的变化即会检测10-10CFU浓度范围的E.coli，在食品、医疗和导致其光致发光、反射系数或电导率的变化，使得多环境方面有潜在应用价值。孔硅微腔为传感器提供了一个平台。再次，多孔结构3.3在病毒检测中的应用具天然过滤作用，直接滤除体积较大的细胞或者分子，从而能在自然降低干扰

8、的情况下检测成分比较复病毒检测在疾病诊断、药物学、安全等领域中[4]杂的样品，因此，天然的抗干扰作用对传感器的制备应用广泛，AndreaM.Rossi等报道了一种基于多也至关重要。最后，多孔硅能够与VLSI(VeryLarge孔硅的细菌病毒MS2检测新方法，其原理是高比表面ScaleIntegration)及微加工技术有效的融合，此为积提供了一个生物学修饰的平台，能够高效