一種電化學生物傳感器，其製備方法，用途以及檢測方法
2023-05-05 21:25:16 1
一種電化學生物傳感器，其製備方法，用途以及檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種電化學生物傳感器，其製備方法，用途以及檢測方法，使用檸檬酸鈉還原法合成了金納米粒子(AuNPs)，利用DNA序列之間鹼基的互補配對作用，將標記了二茂鐵(Fc)的探針與能形成模擬DNA酶的探針組裝到金電極的表面，製備出基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器，此傳感器實現了對目標鉀離子靈敏性、特異性、穩定性的檢測。
【專利說明】—種電化學生物傳感器，其製備方法，用途以及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物傳感器【技術領域】，具體涉及構建基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器實現對鉀離子的靈敏檢測。
【背景技術】
[0002]近年來，具有催化性能的DNA酶，因其容易製備、組裝及水解和熱穩定的性質，已成為研究的熱點。在DNA酶的研究領域裡，進一步發現了 G-四聯體辣根過氧化物模擬DNA酶具有過氧化物酶似的性質，它能夠催化以雙氧水為基底物質的反應。基於模擬酶的催化性質，模擬DNA酶已被廣泛用於放大檢測信號。另外傳統酶(如辣根過氧化物酶、葡萄糖氧化酶等)已被證明與電子媒介體有很好的電子傳遞作用。電子媒介體在有關的研究中然而，關於用模擬酶結合電子媒介體放大信號的策略的報導依然很少。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器實現對鉀離子的檢測，本發明使用檸檬酸鈉還原法合成了金納米粒子(AuNPs)，利用DNA序列之間鹼基的互補配對作用，將標記了二茂鐵(Fe)的探針與能形成模擬DNA酶的探針組裝到金電極的表面，製備出基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器，此傳感器實現了對目標鉀離子靈敏性、特異性、穩定性的檢測。具體技術方案如下:
[0004]一種電化學生物傳感器的製備方法，包括如下步驟:
[0005](I)將DNA序列分別溶解Tris-HCl緩衝溶液中，並保存備用；
[0006](2)將含有探針SI的緩衝溶液滴塗到金電極上，培養，通過Au-S共價鍵作用自組裝SI修飾的金電極；
[0007](3)與步驟(2)同時，將探針S2加入到含有AuNPs的緩衝溶液中並培養此混合溶液，製備S2-AuNPs生物複合物；
[0008](4)將SI修飾的金電極放入到含有S2_AuNPs生物複合物和S3的緩衝溶液中培養，利用DNA之間的鹼基互補配對作用，製備得到電化學生物傳感器。
[0009]進一步地，步驟(I)和⑵之間還包括將金電極的拋光和/或清洗步驟。
[0010]進一步地，所述拋光和/或清洗步驟包括:金電極依次用0.3和0.5mm的鋁粉進行拋光處理，再依次放入HNO3: H2O (v/v) = 1:1溶液、乙醇溶液、超純水中，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間分別為3?5min。
[0011]進一步地，步驟⑴中DNA序列(疏基化:S1、S2( —端是富G序列)，一端標記Fe:S3)，且分別溶解在0.05M Tris-HCl (pH7.4)緩衝溶液中，並在4°C下保存備用。
[0012]進一步地，步驟⑵和(3)中培養時間均為10h。
[0013]進一步地，步驟(4)中基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用製備電化學生物傳感器。[0014]一種電化學生物傳感器，採用如權利要求上述製備方法製備得到。
[0015]一種上述電化學生物傳感器的用途，用於檢測鉀離子。
[0016]一種上述電化學生物傳感器檢測鉀離子的方法，利用電子媒介體驅動模擬DAN酶的催化作用對鉀離子的檢測。
[0017]進一步地，當鉀離子濃度的增加，模擬DNA酶的量隨之增加，實現對不同濃度鉀離子進行定量檢測。
[0018]與目前現有技術相比，本生物傳感器的製備方法，使用金納米粒子合成簡單，耗能低，成本低，生物相容性好，使用製備簡單、性質穩定的模擬DNA酶進行生物催化，並且運用電子媒介體驅動模擬DNA酶的催化作用，使得模擬DNA酶更加有效地催化雙氧水基質，電化學檢測信號得到放大。利用鉀離子能夠特異的嵌入G-四聯體構型的空腔裡，使得模擬DNA酶的形成與鉀離子的濃度相關，檢測結果令人滿意，檢測的線性範圍較寬，約從5 μ M到200 μ M範圍內有較靈敏的檢測，並且具有檢測限低、選擇性好、穩定性好的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為每一步電極修飾過程電極的阻抗圖；
[0020]圖中:
[0021]a為裸的金電極的阻抗圖；
[0022]b為探針SI修飾的金電極的阻抗圖；
[0023]c為探針SI與S2_AuNPs生物複合物作用後修飾的金電極的阻抗圖；
[0024]d為探針SI與S2_AuNPs生物複合物和S3雜交後修飾的金電極的阻抗圖；
[0025]e為探針SI與S2_AuNPs生物複合物和S3雜交後並形成模擬DAN酶後修飾的金電極的阻抗圖；
[0026]圖2a為基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器循環伏安圖；
[0027]圖2b為探針SI修飾的金電極的循環伏安圖；
[0028]圖2c為探針SI與S2雜交後形成模擬DNA酶後修飾的金電極的循環伏安圖。
[0029]圖2d為探針SI與S2_AuNPs生物複合物和S3雜交後修飾的金電極的循環伏安圖；
[0030]圖2e為探針SI與S2_AuNPs生物複合物和S4雜交後修飾的金電極的循環伏安圖；
[0031]圖2f為探針SI與S2和S3雜交後修飾的金電極的循環伏安圖；
[0032]圖3a為基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器對不同濃度雙氧水催化的循環伏安圖；
[0033]圖3b為此傳感器對不同濃度雙氧水催化的標準曲線；
[0034]圖4a為pH值對本實驗的影響圖；
[0035]圖4b為雜交溫度對實驗的影響圖；
[0036]圖4c為電極在含鉀離子溶液中培養時間對實驗的影響圖；
[0037]圖5a為基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器對不同濃度鉀離子檢測的循環伏安圖；[0038]圖5b為基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器對不同濃度鉀離子檢測的計時電流圖；
[0039]圖5c為此傳感器對不同濃度鉀離子檢測的標準曲線；
[0040]圖6為此傳感器對鉀離子檢測的選擇性對比圖；
[0041]圖7為基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器的製備示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實施例。
[0043]本發明涉及金納米粒子的合成方法，利用DNA分子之間的鹼基互補作用，在金電極的表面組裝電化學生物傳感器，利用電子媒介體驅動模擬DAN酶的催化作用實驗對鉀離子的檢測。使用檸檬酸鈉還原法合成了金納米粒子(AuNPs)，利用DNA序列之間鹼基的互補配對作用，將標記了二茂鐵(Fe)的探針與能形成模擬DNA酶的探針組裝到金電極的表面，製備出基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器，此傳感器實現了對目標鉀離子靈敏性、特異性、穩定性的檢測。具體如下:
[0044]金納米粒子的製備:利用檸檬酸鈉還原法，先合成出尺寸均勻的AuNPs,此納米顆粒具有很好的生物兼容性，能結合多條設計好的探針，因此將製備的納米顆粒應用於生物傳感器的檢測具有很好的放大作用。
[0045]基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器製備及應用的步驟如下:
[0046]a、將購頭的DNA序列(疏基化:S1、S2 ( 一端是富G序列)，一端標記Fe:S3)分別溶解在0.05MTris-HCl (pH7.4)緩衝溶液中，並在4°C下保存備用
[0047]b、將金電極先依次用0.3和0.5mm的鋁粉進行拋光處理，再依次放入HNO3: H2O (v/v) = 1:1溶液、乙醇溶液、超純水中，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間分別為3?5min。
[0048]C、將含有探針SI的緩衝溶液滴塗到表面處理乾淨的金電極上，培養10h，通過Au-S共價鍵作用自組裝SI修飾的金電極。與此同時，將探針S2加入到含有AuNPs的緩衝溶液中並培養此混合溶液6-10h，製備S2-AuNPs生物複合物。
[0049]d、將SI修飾的金電極放入到含有S2_AuNPs生物複合物和S3的緩衝溶液中培養3_5h，利用DNA之間的鹼基互補配對作用，基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用的電化學生物傳感器製備成功。
[0050]e、由於模擬DNA酶的形成與鉀離子的濃度相關，隨著鉀離子濃度的增加，模擬DNA酶的量會隨之增加，因此，此傳感器可對不同濃度鉀離子進行定量檢測。
[0051]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)將DNA序列分別溶解TriS-HCl緩衝溶液中，並保存備用； (2)將含有探針SI的緩衝溶液滴塗到金電極上，培養，通過Au-S共價鍵作用自組裝SI修飾的金電極； (3)與步驟⑵同時，將探針S2加入到含有AuNPs的緩衝溶液中並培養此混合溶液，製備S2-AuNPs生物複合物； (4)將SI修飾的金電極放入到含有S2-AuNPs生物複合物和S3的緩衝溶液中培養，利用DNA之間的鹼基互補配對作用，製備得到電化學生物傳感器。
2.如權利要求1所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，步驟⑴和(2)之間還包括將金電極的拋光和/或清洗步驟。
3.如權利要求2所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，所述拋光和/或清洗步驟包括:金電極依次用0.3和0.5mm的鋁粉進行拋光處理，再依次放入HNO3:H2O(v/v)=1:1溶液、乙醇溶液、超純水中，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間分別為3?5min。
4.如權利要求1-3中任一項所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，步驟(1)中DNA序列(巰基化:S1、S2(—端是富G序列)，一端標記Fe:S3)，且分別溶解在0.05MTris-HCl (pH7.4)緩衝溶液中，並在4°C下保存備用。
5.如權利要求1-4中任一項所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，步驟(2)和(3)中培養時間均為IOh。
6.如權利要求1-5中任一項所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，步驟(4)中基於二茂鐵驅動的模擬DNA酶催化作用和金納米粒子放大作用製備電化學生物傳感器。
7.一種電化學生物傳感器，其特徵在於，採用如權利要求1-6所述製備方法製備得到。
8.—種如權利要求7所述電化學生物傳感器的用途，其特徵在於，用於檢測鉀離子。
9.一種如權利要求8所述電化學生物傳感器檢測鉀離子的方法，其特徵在於，利用電子媒介體驅動模擬DAN酶的催化作用對鉀離子的檢測。
10.一種如權利要求9所述電化學生物傳感器檢測鉀離子的方法，其特徵在於，當鉀離子濃度的增加，模擬DNA酶的量隨之增加，實現對不同濃度鉀離子進行定量檢測。
【文檔編號】G01N27/327GK103940880SQ201410193708
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】王廣鳳, 陳玲 申請人:安徽師範大學