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多孔硅表面有机膜修饰及蛋白的固定和检测
一、引言
多孔硅（poroussilicon,PSi）作为一种优秀的生物传感材料近些年来受到了越来越广泛的关注。它具有的优异的特性，如高比表面积、可控的多孔结构、良好的生物相容性等，使得其在生化传感、分子诊断等领域具有广泛的应用前景。然而，多孔硅本身的表面存在亲水性、电荷等缺陷，限制了其在生物分子识别和探测方面的应用。为了克服这些限制，研究人员开始探索不同的表面修饰方法以改变多孔硅表面的性质。其中最为常见的方法是利用有机膜修饰技术使多孔硅表面具有合适的生物亲和性，进而实现生物分子的固定和检测。本文将全面综述多孔硅表面有机膜修饰及蛋白的固定和检测方面的研究进展。
二、多孔硅表面有机膜修饰的方法
多孔硅表面有机膜修饰技术可以通过不同的表面修饰方法来实现。以下将分别介绍三种常见的表面修饰方法。
1.烷基化法
烷基化法是多孔硅表面修饰中最简单、最常见的方法之一，它通过在多孔硅表面引入烷基或烷基衍生物来改变多孔硅的亲水性。一般来说，烷基化反应可在多孔硅表面通过热和化学两种方法实现。其中热方法是将多孔硅与希望修饰的烷基蒸汽直接接触，烷基分子会在多孔硅表面吸附并形成烷基化膜。化学方法则是将多孔硅浸泡在含有适当浓度溴代烷或氯代烷等烷基化试剂的有机溶剂中，经过一定反应时间后，将其清洗干净。
烷基化法的优点是操作简单易行，对多孔硅的结构和性质影响小。同时，烷基化膜可通过调整烷基链长、密度、取代基等来调控多孔硅表面的亲水性和电子性质。但是，烷基化膜在生物分子固定和检测方面的应用稍显局限，因为它们的生物亲和性不够强，且容易被生物环境中的离子和水分子破坏。
2.自组装单分子层（SAM）法
自组装单分子层（self-assembledmonolayer,SAM）法是一种在多孔硅表面修饰中广泛应用的方法，利用链状分子在有机溶剂或水介质中形成的自组装单分子层来修饰多孔硅表面。SAM膜的组成可由两个以上的功能性分子通过化学键结合而成，如硫-硫键、硫-氢键、羧酸-胺键等。通过控制SAM膜的化学组成和结构，可实现对多孔硅表面生物亲和性和化学性质的调控。
SAM法相对于烷基化法而言，其修饰效果更为稳定，有较高的生物兼容性和生物亲和性。目前多种SAM手段已被研究人员用于多孔硅表面修饰，包括磷脂双分子层(hospholipidbilayers)，PEG-SAM膜，胺基硅烷SAM膜和巯基SAM膜等。此外，SAM膜的相对厚度仅为几个纳米级别，不会对多孔硅的孔径和结构产生影响，可以用于对小分子和生物大分子，如DNA，蛋白，细胞等进行灵敏的检测。
3.官能团交联法
官能团交联法是在多孔硅表面修饰中的另一种重要方法，通过在多孔硅表面引入不同的官能团，如氨基、羧基等官能团，来改变其表面亲和性和化学性质。它需要首先在多孔硅表面引入官能团，然后通过交联反应将修饰分子与多孔硅表面连接起来。官能团交联法修饰多孔硅的表面可以实现对生物分子的特异性识别和有效固定。
该方法的优点是灵活性强，可以在多孔硅表面引入不同的官能团，或者将多种官能基分别绑定在多孔硅表面上以实现多重识别。但是，官能团交联法的缺点是可逆性差，交联剂可能对生物分子的活性和结构产生影响，而且交联反应的操作复杂度较高。
三、多孔硅表面修饰的生物分子固定和检测
1.蛋白固定及检测
蛋白质是人体中重要的生物分子，利用多孔硅表面修饰技术固定和检测蛋白质是一种很常见的应用方向。目前多个方法已经被用于PSi表面蛋白质固定和检测，如利用SAM法将合适的SAM膜修饰到多孔硅表面上，再通过生物亲和分子（如特定抗体）来固定蛋白质，并利用荧光共振能量转移或表面增强拉曼技术等方法进行定量检测。此外，官能团交联法也是将多孔硅表面修饰为便于蛋白质固定和检测的常用方法。
2.DNA检测
多孔硅表面修饰技术可以用于DNA检测。目前主要方法是利用多孔硅表面修饰成有足够碳氢键的氨基或羧基SAM单分子层，再将生物亲和分子，如鸡尾酒棒状分子或特异性DNA引物单链，修饰于SAM层上，并设计适当的测量技术，如荧光共振能量转移和表面增强拉曼技术等进行检测。
3.细胞固定及检测
多孔硅表面修饰技术还可用于细胞的固定和检测。一种典型的细胞固定方法是：在多孔硅表面引入合适的SAM膜，并将适当的细胞外基质和蛋白、薄膜、肽等细胞识别分子修饰于SAM层上，使其具备生物亲和性，能够与细胞特异性识别分子结合并把细胞固定在多孔硅表面上。在细胞固定后，结合荧光染料等测量手段对细胞进行检测，并获得有关细胞孔道和内在结构的信息。
四、结论
多孔硅表面有机膜修饰技术在生物分子固定和检测方面具有显著的优势。通过不同的修饰方法，可以改变多孔硅表面的生物亲和性和化学性质，实现生物分子的有效固定和检测。在蛋白质、DNA、细胞等方面的应用研究已经取得了长足的进展。未来将