一種電化學生物傳感器,及其製備方法和用途
2023-05-05 21:59:01 2
一種電化學生物傳感器,及其製備方法和用途
【專利摘要】本發明涉及一種電化學生物傳感器，及其製備方法和用途，包括如下步驟：(1)將合成聚合物膜的藥品配成特定濃度的溶液備用；(2)將DNA序列溶解在Tris-HCl緩衝溶液中備用；(3)將金電極進行拋光處理，再進行超聲波清洗；(4)以處理乾淨的裸金電極為工作電極，以含有一定濃度模板分子的聚合物溶液為電解液，通過電聚合方法，合成聚合物修飾的金電極；(5)將得到的聚合物修飾金電極浸泡清洗，將聚合物中的模板分子洗脫掉，得到分子印跡膜修飾的金電極；(6)得到基於分子印跡聚合物膜構建的電化學生物傳感器。結合了電化學生物傳感器和分子印跡技術兩者固有的優勢，且合成方法簡單、耗能低、成本低。利用目標分析物與模板分子——葉酸的特異性結合作用，或通過外切酶III的切割作用釋放模板分子，達到分別檢測葉酸受體和汞離子的目的。
【專利說明】一種電化學生物傳感器，及其製備方法和用途
【技術領域】
[0001]本發明屬於生物傳感器【技術領域】，具體涉及用模板分子與聚合物構成的聚合物膜組裝電化學傳感器，並用此傳感器對葉酸受體及汞離子進行分析檢測。
【背景技術】
[0002]在傳感器領域中，分子印跡技術由於其具有很高的選擇識別屬性、簡單的合成及很高的穩定性，而引起研究者們廣泛的探究興趣。今年來電化學生物傳感器因為製造成本低、儀器簡單、操作簡單和相應快速等優點而成為最有前景的分析方法之一。因此結合了這兩者固有優勢的基於分子印跡聚合物膜的電化學生物傳感器，在生物分析、藥物分析、環境監測和評估以及農藥殘留檢測等領域具有巨大的潛力，也引起及其強烈的關注和研究。然而目前，大部分已報導的基於分子印跡聚合物膜的電化學生物傳感器僅僅用於檢測一種分析物——模板分子。很少有關研究體系可檢測多種目標分析物。本申請嘗試打破這個基於分子印跡聚合物膜的電化學生物傳感器的瓶頸。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種電化學生物傳感器，及其製備方法和用途，利用目標分析物與分子印跡膜中的模板分子的特異性結合作用，利用汞離子-胸腺嘧啶-汞離子鹼基錯配作用再通過外切酶III的切割作用釋放模板分子，實現對葉酸受體及汞離子進行分析檢測。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)將合成聚合物膜的藥品配成特定濃度的溶液備用；
[0006](2)將DNA序列溶解在Tris-HCl緩衝溶液中備用；
[0007](3)將金電極進行拋光處理，再進行超聲波清洗；
[0008](4)以處理乾淨的裸金電極為工作電極，以含有一定濃度模板分子的聚合物溶液為電解液，通過電聚合方法，合成聚合物修飾的金電極；
[0009](5)將得到的聚合物修飾金電極浸泡清洗，將聚合物中的模板分子洗脫掉，得到分子印跡膜修飾的金電極；
[0010](6)得到基於分子印跡聚合物膜構建的電化學生物傳感器。
[0011]進一步地，步驟(2)中，DNA序列採用一端氨基化，Tris-HCl的pH值為7.4，並在低溫下下保存。
[0012]進一步地，步驟(3)中，包括如下步驟:
[0013](2-1)將金電極用0.3 μ m的鋁粉進行拋光處理；
[0014](2-2)將金電極用0.5 μ m的鋁粉進行拋光處理；
[0015](2-3)放入HNO3:H2O (v/v) = 1:1溶液，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為3?5min ；
[0016](2-4)放入乙醇溶液，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為3?5min ；
[0017](2-5)放入超純水中，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為3?5min。
[0018]進一步地，步驟(4)中，模板分子為葉酸。
[0019]進一步地，步驟(5)中，將聚合物修飾金電極置於含甲醇和醋酸的溶液中浸泡清洗約20?30min，用以將聚合物中的葉酸洗脫掉。
[0020]一種電化學生物傳感器，採用上述方法製備得到。
[0021]上述電化學生物傳感器的用途，用於對葉酸受體進行檢測。
[0022]進一步地，所述檢測方法包括:將不同濃度的葉酸受體加入至含有確定濃度的葉酸溶液中培養約40?60min ;待葉酸受體與葉酸結合完全，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極置於葉酸和葉酸受體反應後的溶液中，實現對葉酸受體的間接檢測。
[0023]上述電化學生物傳感器的用途，用於對汞離子進行檢測。
[0024]進一步地，所述檢測方法包括如下步驟:將不同濃度的汞離子加入至具有確定濃度的葉酸修飾的探針DNA溶液中培養30?50min，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極放在外切酶III切割後的溶液中，實現對汞離子的間接檢測。
[0025]與目前現有技術相比，本發明製備的電化學生物傳感器，結合了電化學生物傳感器和分子印跡技術兩者固有的優勢，且合成方法簡單、耗能低、成本低。利用目標分析物與模板分子——葉酸的特異性結合作用，或通過外切酶III的切割作用釋放模板分子，達到分別檢測葉酸受體和汞離子的目的。本發明使用電沉積法組裝基於分子印跡聚合物膜的電化學生物傳感器，利用目標分析物與分子印跡膜中的模板分子的特異性結合作用，利用汞離子-胸腺嘧啶-汞離子鹼基錯配作用再通過外切酶III的切割作用釋放模板分子，從而實現對目標分析物檢測的間接檢測。此傳感器實現了對目標分析物靈敏性、特異性、穩定性的檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1(a)為葉酸印跡膜修飾的金電極的掃描電子顯微鏡圖片；
[0027]圖1(b)為聚合物修飾的金電極的掃描電子顯微鏡圖片；
[0028]圖2(a)為製備聚合物修飾金電極的電聚合循環伏安圖。
[0029]圖2(b)為每一步電極修飾過程電極的阻抗圖。
[0030]圖中:
[0031]a為裸的金電極的阻抗圖。
[0032]b為聚合物修飾金電極的阻抗圖。
[0033]c為分子印跡膜修飾的金電極的阻抗圖。
[0034]d為分子印跡膜修飾的金電極在一定濃度模板分子溶液中培養後的阻抗圖。
[0035]圖2(c)為不同電極的循環伏安圖。
[0036]圖中
[0037]a為聚合物修飾電極的循環伏安圖。
[0038]b為分子印跡膜修飾的金電極的循環伏安圖。
[0039]c為分子印跡膜修飾的金電極在一定濃度模板分子溶液中培養後的循環伏安圖。
[0040]圖2(d)不同電極的差示脈衝伏安圖。
[0041]圖中
[0042]a為聚合物修飾電極的差示脈衝伏安圖。
[0043]b為分子印跡膜修飾的金電極的差示脈衝伏安圖。
[0044]c為分子印跡膜修飾的金電極在一定濃度模板分子溶液中培養後的差示脈衝伏安圖。
[0045]圖3(a)為基於分子印跡聚合物膜構建電化學生物傳感器對不同濃度目標葉酸受體檢測的循環伏安圖。
[0046]圖3(b)為此傳感器對不同濃度葉酸受體響應的標準曲線。
[0047]圖4(a)為基於分子印跡聚合物膜構建電化學生物傳感器對不同濃度目標汞離子檢測的循環伏安圖。
[0048]圖4(b)為此傳感器對不同濃度汞離子響應的標準曲線。
[0049]圖5為基於葉酸印跡聚合物膜的電化學傳感器的製備及其對葉酸受體及汞離子的檢測的簡單原理圖。
【具體實施方式】
[0050]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。
[0051]基於葉酸印跡聚合物膜的電化學傳感器的製備及其對葉酸受體及汞離子的檢測的步驟如下:
[0052]a、將購買的合成聚合物膜的藥品配成特定濃度的溶液備用，將購買的DNA序列(一端氨基化)溶解在Tris-HCl (pH7.4)緩衝溶液中，並在低溫下下保存備用。
[0053]b、將金電極先依次用0.3和0.5 μ m的鋁粉進行拋光處理，再依次放入HNO3:H20(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。
[0054]C、以處理乾淨的裸的金電極為工作電極，以含有一定濃度模板分子一葉酸的聚合物溶液為電解液，通過電聚合方法，合成聚合物修飾的金電極。
[0055]d、將上述得到的聚合物修飾金電極放在含有甲醇和醋酸的溶液中浸泡清洗約20?30min，用以將聚合在聚合物中的模板分子——葉酸洗脫掉，從而得到葉酸印跡聚合物膜修飾的金電極。基於葉酸印跡聚合物膜的電化學傳感器製備成功。
[0056]e、將不同濃度的葉酸受體加入到含有確定濃度的葉酸溶液中培養約40?60min，待葉酸受體與葉酸結合完全，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極置於葉酸和葉酸受體反應後的溶液中，實現對葉酸受體的間接檢測。由於溶液中葉酸的濃度是確定的，那麼葉酸受體的濃度越大，能夠與溶液中的葉酸結合的就越多，使得溶液中剩餘的葉酸的量隨著加入葉酸受體的量的變化而變化，最終再結合到分子印跡膜修飾的金電極上的模板分子——葉酸的量就會變化，那麼分子印跡膜修飾的金電極上對鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀探針的電化學響應就會相應變化。因此該傳感器可對不同濃度目標葉酸受體進行定量檢測。
[0057]f、將不同濃度的汞離子加入到具有確定濃度的葉酸修飾的探針DNA(葉酸-DNA)溶液中培養30?50min，利用DNA序列中的富胸腺嘧啶序列與汞離子的特異性結合作用，使得葉酸-DNA形成雙鏈結構而能被外切酶III切割，釋放葉酸分子，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極放在外切酶III切割後的溶液中，實現對汞離子的間接檢測。由於溶液中葉酸-DNA的濃度是確定的，那麼分子印跡膜修飾的金電極上對鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀探針的電化學響應就會隨汞離子濃度變化而相應變化。因此該傳感器可對不同濃度目標汞離子進行定量檢測。
[0058]本發明製備的電化學生物傳感器，結合了電化學生物傳感器和分子印跡技術兩者固有的優勢，且合成方法簡單、耗能低、成本低。利用目標分析物與模板分子——葉酸的特異性結合作用，或通過外切酶III的切割作用釋放模板分子，達到分別檢測葉酸受體和汞離子的目的。
[0059]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)將合成聚合物膜的藥品配成特定濃度的溶液備用； (2)將DNA序列溶解在Tris-HCl緩衝溶液中備用； (3)將金電極進行拋光處理，再進行超聲波清洗； (4)以處理乾淨的裸金電極為工作電極，以含有一定濃度模板分子的聚合物溶液為電解液，通過電聚合方法，合成聚合物修飾的金電極； (5)將得到的聚合物修飾金電極浸泡清洗，將聚合物中的模板分子洗脫掉，得到分子印跡膜修飾的金電極； (6)得到基於分子印跡聚合物膜構建的電化學生物傳感器。
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(2)中，DNA序列採用一端氨基化，Tris-HCl的pH值為7.4，並在低溫下下保存。
3.如權利要求1或2所述的電化學生物傳感器的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中，包括如下步驟: (2-1)將金電極用0.3 μ m的鋁粉進行拋光處理； (2-2)將金電極用0.5 μ m的鋁粉進行拋光處理； (2-3)放入HNO3 = H2O (v/v) = 1:1溶液，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為3?5min ； (2-4)放入乙醇溶液，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為3?5min ； (2-5)放入超純水中，進行超聲波清洗，超聲清洗的時間為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(4)中，模板分子為葉酸。
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(5)中，將聚合物修飾金電極置於含甲醇和醋酸的溶液中浸泡清洗約20?30min，用以將聚合物中的葉酸洗脫掉。
6.一種電化學生物傳感器，其特徵在於，採用如權利要求1-5所述方法製備得到。
7.如權利要求6所述電化學生物傳感器的用途，其特徵在於，用於對葉酸受體進行檢測。
8.如權利要求7所述電化學生物傳感器的用途，其特徵在於，所述檢測方法包括:將不同濃度的葉酸受體加入至含有確定濃度的葉酸溶液中培養約40?60min ;待葉酸受體與葉酸結合完全，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極置於葉酸和葉酸受體反應後的溶液中，實現對葉酸受體的間接檢測。
9.如權利要求6所述電化學生物傳感器的用途，其特徵在於，用於對汞離子進行檢測。
10.如權利要求9所述電化學生物傳感器的用途，其特徵在於，所述檢測方法包括如下步驟:將不同濃度的汞離子加入至具有確定濃度的葉酸修飾的探針DNA溶液中培養30?50min，將製備得到的分子印跡膜修飾的金電極放在外切酶III切割後的溶液中，實現對汞離子的間接檢測。
【文檔編號】G01N27/327GK104267087SQ201410591901
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】王廣鳳, 陳玲 申請人:安徽師範大學