用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置的製作方法

2023-05-27 13:08:16

專利名稱：用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及分析化學技術領域，具體涉及的是一種用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置。
背景技術：
用於測定不同生物樣品中蛋白質濃度的方法有很多，比如凱氏定氮法(Kjeldahl, J. Z.，1883，Anal. Chem.，22，366-382.)，雙縮脲法(Cole, E. R.，1969，RevPure and AppI. Chem. , 19, 109-130. ), Lowry 法(Lowry, 0. H. , Rosebrough, N.J. , Farr, A. , Randal I, R. , 1951, J. Biol. Chem. , 193, 265-275. )，BCA 法(Smith, P.K. , Krohn, R. I. , Hermanson, G. T. , MalIia, A. K. , Gartner, F. H. , Provenzan, M. D. , Fujimoto, E. K. , Goeke, N. M. , Olson, B. J. , Klenk, D. , 1985, Anal. Biochem. , 150, 76-85.),紫外吸收法(Layne, E.，1957，Method. Enzymol.，3，447-454. ; Warburg, 0.，Christian,ff.，1942, Biochem. Z.，310，384-421.)，以及考馬斯亮藍法(Bradford, M.，1976, Anal.Biochem.，72，248-254.)等。每種方法都有各自的優點和缺點。例如，對於經典的凱氏定氮法，它的不足除了所需時間(3-5h)較長外，還在於不能排除三聚氰胺等非蛋白氮(nonprotein nitrogen, NPN)對於樣品中蛋白濃度測定的幹擾,測定的蛋白質濃度結果會比實際值偏高，而且食品中摻雜的三聚氰胺等NPN雜質對人體健康造成的危害已經有廣泛的報導(Gossner, C. M-E. , Schlundt, J. , Embarek, P. B. , Hird, S. , Lo-Fo-ffong, D. , Betran,J. J. 0. , Teoh, K. N. , Tritscher, A. , 2009, Environ. Health Perspect. , 117, 1803 - 1808.)。生物傳感器是一種使用物理化學檢測器來選擇性的檢測可以與具有生物活性成分相結合的樣品分析裝置。生物傳感器作為一種簡單的，便攜的，經濟且高效的分析工具已廣泛用於蛋白質測定。其中測定蛋白質濃度的生物傳感器有電化學生物酶反應傳感器(Setford, S. J.，White,S. F.，Bolbot,J. A.，2002,Biosens. Bioelectron.，17,79-86.)，白激發玻璃懸臂式傳感器(Campbell, G. A. , Mutharasan, R. , 2005, Biosens. Bioelectron.,
21, 597-607.),光學相移傳感器(Ozkumur, E.，Yalfm，A.，Cretich, M. , Lopez, C. A.,Bergstein, D. A. , Goldberg, B. B. , 2009, Biosens. Bioelectron. , 25,167-72.),多配體陣列傳感器(Andersson, 0. , Nikkinen, H. , Kanmert, D. , Enander, K. , 2009, Biosens.Bioelectron. , 24, 2458-64.)，比色法探頭傳感器(Hou, C.，Dong, J.，Zhang, G.，Lei, Y.，Yang, M.，Zhang, Y. , 2011, Biosens. Bioelectron. , 26, 3981-6.)等。此外，多種傳感器已應用於測定三聚氰胺等非蛋白氮(NPN),如SPR光學傳感器(Fodey, T. L. , Thompson, C. S.,Traynor, I. M. , Haughey, S. A. , Kennedy, D. G. , Crooks, S. R. H. , 2011, Anal. Chem. ,83,5012-5016.)，納米金顆粒傳感器(Cao, Q.，Zhao, H.，He, Y.，Li，X.，Zeng, L.，Ding, N.，Wang, J.，Yang, J.，Wang, G.，2010, Biosens. Bioelectron.，25, 2680-2685.)，以及電化學傳感器(Zhu, H. , Zhang, S. , Li, M. , Shao, Y. , Zhu, Z. ,2010, Chem. Commun. , 46, 2259-2261.) 坐寸o儘管已經有很多生物傳感器用於測定蛋白質濃度或者檢測食品中三聚氰胺等NPN雜質，但是到目前為止還沒有用於定量測定蛋白質總濃度以及同時避免非蛋白氮(NPN)對蛋白質濃度檢測幹擾的可視化生物傳感器。

發明內容
本發明的目的就是針對以上存在的問題，提供一種用於測定蛋白質總濃度的可視化傳感器裝置，該裝置基於移動反應界面滴定(moving reaction boundary titration,MRBT)技術，通過記錄單位時間內移動反應界面(MRB)的相對距離不同來測定蛋白質總濃度。經過實驗驗證不同非蛋白氮(NPN)的加入對實驗結果無明顯影響，能夠排除非蛋白氮對蛋白質濃度測定的幹擾。為了實現上述目的，本發明提出一種用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感 器裝置，包括電泳管，水平放置於一操作平臺上；兩個四通玻璃管，位於所述電泳管的兩側，且兩個所述四通玻璃管的第一埠和所述電泳管的兩端相連；兩個恆流泵，其一端分別和兩個所述四通玻璃管的第二埠相連；陽極電解液槽和陰極電解液槽，分別和兩個所述恆流泵的另一端相連；陽極廢液槽和陰極廢液槽，分別和兩個所述四通玻璃管的第三埠相連；電壓供給裝置，和兩個所述四通玻璃管的第四埠相連；數據記錄裝置，位於所述電泳管的一側。可選的，所述電壓供給裝置包括電源和一對電極，所述電極放置於所述四通玻璃管的第四埠中，且所述電極通過香蕉插頭、香蕉插座和導線分別和所述電源的正負兩極相連。可選的，所述的電極為金屬鉬電極、金電極或石墨電極。可選的，所述數據記錄裝置包括相機支架、數位相機、所述操作平臺上的刻度標尺和提供光源的白光板，其中所述數位相機通過所述相機支架垂直置於所述電泳管上方，所述刻度標尺位於所述電泳管下方，所述白光板位於所述刻度標尺下方。可選的，還包括凝膠，位於所述的電泳管中，所述凝膠包含聚丙烯醯胺凝膠、蛋白質溶液、背景電解質溶液和指示劑。可選的，所述聚丙烯醯胺凝膠的組成包括丙烯醯胺、N-N』 -甲叉雙丙烯醯胺、過硫酸銨和四乙基乙二胺。可選的，所述聚丙烯醯胺凝膠濃度範圍為12.0%_18.0%，交聯度範圍為3. 0%-5. 0%。可選的，所述指示劑為酸鹼指示劑。可選的，所述陽極電解液槽中包括背景電解質溶液，且所述陽極電解液槽中的背景電解質溶液的成分和離子強度與所述電泳管中的背景電解質溶液的成分和離子強度相同。可選的，所述陰極電解液槽中包括鹼溶液和背景電解質溶液，所述陰極電解液槽中的背景電解質溶液的成分與所述電泳管中背景電解質溶液的成分相同，所述陰極電解液槽中的鹼溶液和背景電解質溶液各成分離子強度之和與所述電泳管中背景電解質溶液的離子強度相同。可選的，所述陽極電解液槽與陰極電解液槽中的背景電解質溶液為鉀離子、鈉離子或鋰離子的電解質溶液。
本發明用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置的有益技術效果為一、本發明作為一種用於測定蛋白質總濃度的可視化的生物傳感器，檢測被固定的蛋白質與傳統的色譜和電泳法中分析可移動的蛋白質的方法明顯不同，本發明可以十分方便的觀測和記錄MRB的移動，而MRB單位時間內移動距離與蛋白質濃度具有線性的函數關係；二、實驗驗證本發明對於樣品中加入小分子非蛋白氮(NPN)具有較強的抗幹擾能力；三、本發明可以快速測定牛奶等生物樣品中蛋白質總含量，一般為10分鐘左右，比傳統的凱氏定氮法(3到5小時)節省大量時間。


圖I為本發明用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置的結構示意圖。圖2為本發明用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置的MRBT操作平臺裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面，結合附圖對本發明作進一步的詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。請參考圖1，圖I中，用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置，包括電泳管5，水平放置於一操作平臺3上，電泳管5中放置有凝膠，凝膠包含聚丙烯醯胺凝膠、蛋白質溶液、背景電解質溶液和指示劑，聚丙烯醯胺凝膠的組成包括丙烯醯胺、N-N』 -甲叉雙丙烯醯胺、過硫酸銨和四乙基乙二胺，聚丙烯醯胺凝膠濃度範圍為12. 0%-18. 0%，交聯度範圍為3. 0%-5. 0%，指示劑為酸鹼指示劑；兩個四通玻璃管6，位於所述電泳管5的兩側，且兩個所述四通玻璃管6的第一埠 21和所述電泳管5的兩端通過橡膠管7相連，圖2是操作平臺裝置結構示意圖，可以看到在電泳管5的下方還設置有刻度標尺33 ;兩個恆流泵14，其一端分別和兩個所述四通玻璃管6的第二埠 22相連；陽極電解液槽12和陰極電解液槽13，分別和兩個所述恆流泵14的另一端相連，陽極電解液槽12中包括背景電解質溶液，且陽極電解液槽12中的背景電解質溶液的成分和離子強度與電泳管5中的背景電解質溶液的成分和離子強度相同，陰極電解液槽13中包括鹼溶液和背景電解質溶液，陰極電解液槽13中的背景電解質溶液的成分與所述電泳管中背景電解質溶液的成分相同，陰極電解液槽13中的鹼溶液和背景電解質溶液各成分離子強度之和與電泳管5中背景電解質溶液的離子強度相同，陽極電解液槽12與陰極電解液槽13中的背景電解質溶液為鉀離子、鈉離子或鋰離子的電解質溶液；陽極廢液槽15和陰極廢液槽16，分別和兩個所述四通玻璃管6的第三埠 23相連；電壓供給裝置，和兩個所述四通玻璃管6的第四埠 24相連，電壓供給裝置包括電源I和一對電極，所述電極放置於所述四通玻璃管6的第四埠 24中，且所述電極通過香蕉插頭9、香蕉插座和導線17分別和所述電源I的正負兩極相連，電極為金屬鉬電極、金電極或石墨電極；數據記錄裝置，位於所述電泳管的一側，數據記錄裝置包括相機支架10、數位相機11、操作平臺3上的刻度標尺33和提供光源的白光板4，其中數位相機11通過所述相機支架10垂直置於所述電泳管5上方，所述刻度標尺33位於所述電泳管5下方，所述白光板4位於所述刻度標尺33下方。
下面，對該裝置的操作過程進行詳細描述。帶有最小刻度為Imm的MRBT操作平臺3包括電泳管5，四通玻璃管6，和橡膠管7，其中電泳管5通過橡膠管7與兩邊的四通玻璃管6中的水平端開口相連，置於帶有刻度的平臺上。本實施例工作時，電泳管5中注入相應凝膠，之後將電泳管5通過橡膠管7與兩邊的四通玻璃管6中的水平端開口相連，並置於帶有刻度的MRBT操作平臺3上。二個四通玻璃管6中入口管經由橡膠管7和恆流泵14與陽極電解液槽12和陰極電解液槽13相連，其出口通向陽極廢液槽15和陰極廢液槽16，兩個四通玻璃管垂直上端開口各插入一個電極(即陽極和陰極)。電極絲8纏在香蕉插頭9上，香蕉插頭9通過導線與直流電源I相連。在電泳管5的上方垂直安裝一個數位相機11，通過相機支架10固定，接通白光板4電源，用數位相機11準確記錄相應初始刻度。然後將恆流泵14打開，將陽極液和陰極液分別泵入陽極和陰極四通玻璃管6 ;控制恆流泵14的流速，將裝置連接橡膠管7和四通電極管6中都注滿溶液，多餘廢液流入陽極廢液槽15和陰極廢液槽16。直流電源I施加電壓，電泳管5 中形成的MRB，由於酸鹼指示劑的指示作用可以清楚地看到界面的形成，每隔相應時間用數位相機11和刻度標尺記下界面移動的距離。根據在相同時間相同鹼溶液下不同蛋白質濃度和界面移動的距離有一線性關係，進而繪製蛋白質濃度的標準曲線，根據單位時間內未知濃度的蛋白質與鹼所形成的MRB移動距離在標準曲線上計算蛋白質的未知濃度。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所述技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置，其特徵在於，包括 電泳管，水平放置於ー操作平臺上； 兩個四通玻璃管，位於所述電泳管的兩側，且兩個所述四通玻璃管的第一埠和所述電泳管的兩端相連； 兩個恆流泵，其一端分別和兩個所述四通玻璃管的第二端ロ相連； 陽極電解液槽和陰極電解液槽，分別和兩個所述恆流泵的另一端相連； 陽極廢液槽和陰極廢液槽，分別和兩個所述四通玻璃管的第三端ロ相連； 電壓供給裝置，和兩個所述四通玻璃管的第四端ロ相連； 數據記錄裝置，位於所述電泳管的ー側。
2.根據權利要求I所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述電壓供給裝置包括電源和一對電極，所述電極放置於所述四通玻璃管的第四埠中，且所述電極通過香蕉插頭、香蕉插座和導線分別和所述電源的正負兩極相連。
3.根據權利要求2所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述的電極為金屬鉬電極、金電極或石墨電極。
4.根據權利要求I所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述數據記錄裝置包括相機支架、數位相機、所述操作平臺上的刻度標尺和提供光源的白光板，其中所述數位相機通過所述相機支架垂直置於所述電泳管上方，所述刻度標尺位於所述電泳管下方，所述白光板位於所述刻度標尺下方。
5.根據權利要求I所述的生物傳感器裝置，其特徵在於還包括凝膠，位於所述的電泳管中，所述凝膠包含聚丙烯醯胺凝膠、蛋白質溶液、背景電解質溶液和指示劑。
6.根據權利要求5所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述聚丙烯醯胺凝膠的組成包括丙烯醯胺、N-N』 -甲叉雙丙烯醯胺、過硫酸銨和四こ基こニ胺。
7.根據權利要求6所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述聚丙烯醯胺凝膠濃度範圍為12. 0%-18. 0%，交聯度範圍為3. 0%-5. 0%。
8.根據權利要求5所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述指示劑為酸鹼指示劑。
9.根據權利要求5所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述陽極電解液槽中包括背景電解質溶液，且所述陽極電解液槽中的背景電解質溶液的成分和離子強度與所述電泳管中的背景電解質溶液的成分和離子強度相同。
10.根據權利要求5所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述陰極電解液槽中包括鹼溶液和背景電解質溶液，所述陰極電解液槽中的背景電解質溶液的成分與所述電泳管中背景電解質溶液的成分相同，所述陰極電解液槽中的鹼溶液和背景電解質溶液各成分離子強度之和與所述電泳管中背景電解質溶液的離子強度相同。
11.根據權利要求9或10所述的生物傳感器裝置，其特徵在於所述陽極電解液槽與陰極電解液槽中的背景電解質溶液為鉀離子、鈉離子或鋰離子的電解質溶液。
全文摘要
本發明提供一種用於測定蛋白質總濃度的可視化生物傳感器裝置，包括電泳管；兩個四通玻璃管，第一埠和電泳管的兩端相連；兩個恆流泵，其一端分別和兩個四通玻璃管的第二埠相連；陽極電解液槽和陰極電解液槽，分別和兩個恆流泵的另一端相連；陽極廢液槽和陰極廢液槽，分別和兩個四通玻璃管的第三埠相連；電壓供給裝置，和兩個四通玻璃管的第四埠相連；數據記錄裝置，位於電泳管的一側。本發明基於MRBT技術，通過記錄單位時間內移動反應界面(MRB)的相對距離不同來測定蛋白質總濃度。經過實驗驗證不同非蛋白氮(NPN)的加入對實驗結果無明顯影響，能夠排除非蛋白氮對蛋白質濃度測定的幹擾。
文檔編號G01N27/447GK102680556SQ20121014298
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月9日 優先權日2012年5月9日
發明者張薇, 曹成喜, 樊柳蔭, 王后禹, 蕫靖宇, 郭陳剛 申請人:上海交通大學