用于亲和传感的导电水凝胶制造技术

本发明专利技术提供了一种用于检测疾病标记的传感器，以及检测疾病标记的方法，所述传感器和方法利用了生物识别部分修饰的导电水凝胶。在一个实施方式中，本发明专利技术提供了一种传感器，其具有底板；至少一个接触所述底板的电极；覆盖所述电极的纳米多孔膜；以及选自下组的生物识别部分：肽、抗体、酶、和适体，其中所述生物识别部分共价结合到电极，或共价结合到嵌入所述纳米多孔膜中的PEDOT无规共聚物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年12月19日提交的美国临时申请号61/918,099的优先权，其全部内容通过引用纳入本文。关于联邦资助研发下所作出专利技术的权利的声明不适用。专利技术背景导电聚合物作为电极涂层在生物分子电子学中有很大的前景，并提供高导电性。然而，其特征是固有的机械性能差。水凝胶与导电聚合物的结合可能起到调节和改善机械性能的作用，也提供了一个防污表面以及水溶性生物活性剂的储存库。除此之外，电活性聚合物和生物相容性水凝胶的共混物提供了具有增强的灵敏度和更高的生物分子固定化的三维结构，因此是用于开发生物传感器的有前景的材料。在所有已知的导电聚合物中，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)表现出非常低的固有细胞毒性，植入后无炎症反应，从而使得它们适合生物传感和生物工程应用。聚乙二醇(PEG)是一种以优良的防污性能而著称的生物相容聚合物。在组织工程学和生物传感器的开发中，PEG已广泛用于减少多余蛋白质吸附和细胞黏附。我们相信，PEDOT和PEG性能的组合可提供有前景的生物传感材料。专利技术简述在一个实施方式中，本专利技术提供了一种传感器，该传感器具有底板；至少一个接触所述底板的电极；覆盖所述电极的纳米多孔膜；以及选自下组的生物识别部分(biorecognition element)：肽、抗体、酶、和适体，其中所述生物识别部分共价结合到所述电极，或共价结合到嵌入所述纳米多孔膜中的PEDOT无规共聚物，所述PEDOT无规共聚物具有式I结构：其中，各R独立地选自下组：–OH和所述生物识别部分，其中至少一个R为生物识别部分，并且x和y独立地为从约1到约1000的整数，其中x和y之和为约2到约1000的整数。在另一实施方式中，本专利技术提供一种用于检测生物样本中疾病标记的方法，包括将本专利技术传感器与生物样本接触，并且检测所述疾病标记到生物识别部分的结合，从而检测所述疾病标记。在另一实施方式中，本专利技术提供一种导电水凝胶，包括共价交联的聚(乙二醇)(PEG)水凝胶；和嵌入所述PEG水凝胶的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)无规共聚物；所述PEDOT无规共聚物具有式I结构：其中，各R独立地选自下组：–OH和生物识别部分，所述生物识别部分选自下组：肽、抗体、酶、和适体，其中至少一个R为生物识别部分，并且x和y独立地为从约1到约1000的整数，其中x和y之和为约2到约1000的整数。在另一实施方式中，本专利技术提供一种制备本专利技术所述导电聚合物的方法，包括：在适于形成PEG水凝胶的聚合条件下，将PEG-二丙烯酸酯与光引发剂接触；在足以形成嵌入到所述PEG水凝胶中的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)无规共聚物的电聚合条件下，将所述PEG水凝胶与含有3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)和2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二噁烷-2-羧酸(EDOT-COOH)的溶液接触，所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)无规共聚物具有式I：其中，各R为–OH，并且x和y各自为从约1到约1000的整数，其中x和y之和为约2到约1000的整数；并且，在足以将生物识别部分共价结合至所述PEDOT无规共聚物的条件下，将所述水凝胶与所述生物识别部分接触，从而形成式I的PEDOT无规共聚物，其中至少一个R为选自下组的生物识别部分：肽、抗体和适体，从而制备本专利技术的导电水凝胶。附图简述图1显示了图形化电极的装配以及多孔聚乙二醇水凝胶的聚合作用。图2A-2C显示了EDOT/EDOT-COOH到聚乙二醇水凝胶中的聚合作用。图3A和3B显示了聚乙二醇水凝胶电极的循环伏安曲线(扫描速率50mV/s,1X PBS)，(3A)为无PEDOT掺入，(3B)为有PEDOT掺入。图4A和4B显示固定了抗体的PEDOT-聚乙二醇水凝胶对不同重组体浓度的响应。图4A显示了随着重组B-IFN-γ浓度的增加，在PEDOT-聚乙二醇水凝胶的循环伏安图中，表现出还原峰值的抑制。图4B显示了作为重组B-IFN-γ浓度的函数的还原电流值。图5显示了带有板上(on-plate)电极设计和部件的多孔板阵列。(1)底层-图形化电极。这些包括，工作电极、反电极和参比电极。(2)第二层(蓝色)，纳米多孔膜，防止来自生理液体中的细胞吸附到电极上。(3)激光切割的塑料微孔，粘合到之前的底板上，以及(4)塑料密封，以防止检测中的生理液体蒸发。图6A-6C显示了八孔板电极阵列构造物，其带有接触垫和连接导线(图6A)以及丝网印刷的具有Ag/AgCl浆的参比电极，红色圆圈表明每个孔板包括工作电极、反电极和参比电极(图6B)。纳米多孔膜和PDMS微孔膜部件(图6C)。图7A和7B。图7A显示了通过PEG的光聚合和在制备的PEG内的PEDOT的电聚合而制备PEDOT/PEG导电水凝胶。图7B显示，牛IFN-γ与固定了抗体的导电水凝胶的结合，导致电化学信号下降。图8A-8C显示了电极特征。图8A显示了图形化Au电极阵列，以及EDOT/PEG导电水凝胶电聚合之前(图8B)和之后(图8C)的电极，所述导电水凝胶通过PEG的光聚合和PEDOT在制备的PEG内的电聚合(在ITO电极上)而制备(比例尺：500μm)。图9A-9D显示了SEM图像，展现如下表面形态：金电极(图9A)、PEG(图9B)、PEDOT(图9C)和PEDOT/PEG(图9D)导电水凝胶。图10A-10D显示了导电水凝胶的表征：(图10A)循环伏安曲线(CV)显示了仅PEG和PEDOT/PEG表面的对比。PEDOT/PEG基质的循环伏安曲线表现出PEDOT固有的氧化和还原，与仅PEG基质相比电流值增强100倍。(图10B)在Au表面上电聚合的PEDOT和PEDOT/PEG的循环伏安曲线。(图10C)固定有B-INF-γ抗体的导电聚合水凝胶表面用不同浓度的重组牛IFN-γ激发，并记录循环伏安曲线。IFN-γ的捕获引起了Ip值的下降。(图10D)基于B-INF-γ的浓度比Ip值得到校正曲线。图11A-11E显示了导电水凝胶传感器的性能测试。(图11A)用全血激发PEDOT/PEG时，电化学电流峰值没有改变。(图11B)非特异性细胞因子或(图11C)人INF-γ确实在传感器上显示出明显的电化学信号。(图11D)电化学信号的下降响应于血浆样本中的牛IFN-γ。ELISA结果和电化学信号下降之间的关联。(图11E)从牛PBMCs中细胞释放的牛IFN-γ的实时监测。图12A-12C显示了PEDOT(图12A)、PEG(图12B)和PEDOT+PEG(图12C)的AFM力学。图13A-13D显示了PEDOT沉积的优化，作为所施加的电荷的函数。图14A-14B显示了通过甲苯胺蓝染色试验进行的导电水凝胶上羧酸基团的定量。图15A-15B显示了不同浓度的牛INF-γ下ITO电极上的荧光图像。图16A-16B显示了掺入了牛血/PBS(1:1)的INF-γ检测。图17显示了本专利技术传感器的示意图，包括参比电极、工作电极和反电极的位置。图18A-18B显示了本专利技术生物传感器(100)的不同实施方式(横截面)，包括底板(110)、电极(120)、带有生物识别部分(140)的纳米多孔膜(130)，以及位于底板上的自组装单分子层(monol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括：底板；至少一个接触所述底板的电极；覆盖所述电极的纳米多孔膜；以及选自下组的生物识别部分：肽、抗体、酶、和适体，其中所述生物识别部分共价结合到所述电极上，或共价结合到嵌入所述纳米多孔膜中的PEDOT无规共聚物，所述PEDOT无规共聚物具有式I结构：其中，各R独立地选自下组：–OH和所述生物识别部分，其中至少一个R为生物识别部分，并且，x和y独立地为从约1到约1000的整数，其中x和y之和为约2到约1000的整数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.19 US 61/918,0991.一种传感器，包括：底板；至少一个接触所述底板的电极；覆盖所述电极的纳米多孔膜；以及选自下组的生物识别部分：肽、抗体、酶、和适体，其中所述生物识别部分共价结合到所述电极上，或共价结合到嵌入所述纳米多孔膜中的PEDOT无规共聚物，所述PEDOT无规共聚物具有式I结构：其中，各R独立地选自下组：–OH和所述生物识别部分，其中至少一个R为生物识别部分，并且，x和y独立地为从约1到约1000的整数，其中x和y之和为约2到约1000的整数。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述电极为微图形化的金电极。3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器包括中央工作电极、环绕的反电极、和参比电极。4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述工作电极是金电极。5.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述参比电极是银/氯化银电极。6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述生物识别部分为抗体。7.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述生物识别部分为适体。8.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述生物识别部分共价结合到嵌入在纳米多孔膜内的PEDOT无规共聚物，其中，所述纳米多孔膜包括具有约1000Da至约10,000Da分子量的PEG链的聚乙二醇水凝胶。9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述聚乙二醇水凝胶包括具有约6000Da分子量的PEG链。10.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述PEG水凝胶共价连接至底板。11.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，x与y的比例从约10:1到约1:10。12.如权利要求11所述的传感器，其特征在于，x与y的比例为约1:4。13.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，进一步包括用于容纳生物传感器的微量滴定孔板。14.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，进一步包括孔盖，所述孔盖包含一个或多个接触所述底板的壁，所述壁限定了围绕电极的孔边界。15.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述纳米多孔膜是氧化铝膜。16.如权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述生物识别部分共价连接到电极以在电极上形成生物识别部分的自组装单分子层。17.如权利要求16所述的传感器，其特征在于，所述生物识别部分为具有氧化还原报告部分和硫醇部分的适体，其中所述硫醇部分共价连接到金工作电极。18.一种用于检测生物样本中的疾病标记的方法，包括将权利要求1-17任一项所述的传感器与生物样本接触，并且检测所述疾病标记与生物识别部分的结合，从而检测所述疾病标记。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述检测疾病标记与生物识别部分的结合包括测量PEDOT无规共聚物的峰值还原电流。20.如权利要求18-19任一项所述的方法，其特征在于，利用方波伏安法检测所述疾病标记与生物识别部分的结合。21.如权利要求18-20任一项所述的方法，其特征在于，所述疾病标记表明由肺结核或丙肝感染。22.如权利要求18-21任一项所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·瑞夫辛，Z·马萨卢，俞定穆，权恩真，刘颖，申东植，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US