一种基于柔性电极的免疫传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于柔性电极的免疫传感器及其应用，属于生物传感器技术领域。所述的免疫传感器，包括柔性电极，所述柔性电极包括柔性电极基底和固定在柔性电极基底表面的生物分子探针，所述柔性电极基底的组成材料包括聚乳酸和石墨烯。本发明专利技术提供的免疫传感器上生物分子探针与待测靶物质特异性结合后，发生阻抗变化，通过检测阻抗变化计算出溶液中待测靶物质溶度。本发明专利技术采用聚乳酸和石墨烯复合材料制备的电极基底为柔性材料，聚乳酸分子上含有丰富的羧基基团可用来固定生物分子探针并保持其生物活性；聚乳酸基体中掺入石墨烯改善电极材料的导电性和柔韧性，大大提升传感器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性电极的免疫传感器
本专利技术涉及生物传感器
，具体涉及一种基于柔性电极的免疫传感器。
技术介绍
免疫传感器具有选择性好、体积小易携带、成本低等优点，已广泛应用于食品安全检测、临床分析、环境监测、家庭医疗等领域，如用于致病菌、抗生素、尿蛋白、肿瘤标记物等的检测。对于实现痕量物质现场检测来说，进一步提高传感器灵敏度、重复性、稳定性具有重要的意义。免疫传感器用于连续目标物检测时，生物分子探针的再生性是制约该类型传感器实际应用时的一大问题。因此研制可大批量生产而且低成本的免疫传感器，用作可抛弃型传感器，将会克服免疫传感器多次测量时需对生物分子探针进行再生处理而造成的操作繁琐、费时耗力等弊端。面对越来越多的特殊检测环境，开发基于新材料、新工艺的新型传感器技术已成为发展趋势。基于柔性基质材料的柔性传感器，由于具有柔韧性、延展性、可自由弯曲甚至折叠、便于携带、可穿戴等特点，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意放置，适用于很多特殊应用场景和环境。常见的柔性材料包括聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酯乙二醇酯(PEN)、纸片、纺织材料等。如中国科学院电子所夏善红课题组研制了纸基材料的柔性免疫传感器，通过在纸基上自组装单层膜并引入纳米金颗粒的方法，实现了糖化血红蛋白检测免疫传感器；浙江理工大学徐盼举在柔性基底(ITO/PET)上制备了基于氧化石墨烯(GO)/还原态氧化石墨烯(rGO)微阵列的传感器，用于提供细胞生长基底以及过氧化氢的灵敏检测；美国莱斯大学JamesTour课题组采用激光燃烧廉价的聚酰亚胺塑料制造出基于石墨烯泡沫的柔性传感器，可用于手腕脉冲信号检测；沙特阿卜杜拉国王科技大学PranatiNayak采用激光直写技术在PI基底上制备了基于石墨烯的柔性传感器，可用于抗坏血酸等分子检测。目前，柔性生物传感器的研究还处于起步阶段，国内外相关研究还不是很多，尚无使用聚乳酸和石墨烯复合材料来制备柔性免疫传感器的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种加工简单、成本低廉的，可大批量生产的且性能优异的柔性电极免疫传感器，用作可抛弃型传感器，以解决现有的免疫传感器成本高、生物分子探针再生性处理繁琐、使用范围窄、重复使用造成准确度下降等不足。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于柔性电极的免疫传感器，包括柔性电极，所述柔性电极包括柔性电极基底和固定在柔性电极基底表面的生物分子探针，所述柔性电极基底的组成材料包括聚乳酸和石墨烯。本专利技术采用聚乳酸和石墨烯复合材料制备柔性电极基底，高分子量聚乳酸为基体，优良的可塑性能够制成各种形状，石墨烯均匀分散其中，由于石墨烯具有大的比表面积、导电性、高的杨氏弹性模量，可有效提高聚乳酸的导电性能和延展性。聚乳酸分子上含有丰富的羧基可用于固定生物分子探针，所述的生物分子探针为一类具有游离氨基的物质，氨基与电极基底表面的羧基缩合反应形成酰胺键，使得生物分子探针固定在电极基底表面。聚乳酸生物相容性好，可有效保持生物分子探针的生物活性。所述的柔性电极基底可制成线状或薄膜形状，聚乳酸和石墨烯复合材料通过挤出机或薄膜加工设备制备得到线状或薄膜形状的电极基底。优选的，线状电极的直径为0.01-3mm，长度不限；薄膜电极的厚度为50-500μm。所述的柔性电极基底中石墨烯和聚乳酸的质量比为0.5-10:100，有效掺杂量的石墨烯用以保证柔性电极的导电性和柔韧性。本专利技术所述的生物分子探针为一类与靶物质发生特异性结合的物质，作为优选，所述的生物分子探针为抗体、抗原、DNA、核酸适体等中的任意一种，其分子结构中含有游离的氨基。优选的，所述的抗原为蛋白质。所述柔性电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯粉末和聚乳酸颗粒混合，加热熔化后加工成线状或薄膜状的柔性电极基底；(2)将柔性电极基底放入含有N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的磷酸盐缓冲液中活化；(3)将活化后的柔性电极基底浸泡到含有生物分子探针的溶液中；或者将含有生物分子探针的溶液滴加或喷印到活化后的柔性电极基底表面，经反应后生物分子探针固定在柔性电极基底表面，制得所述柔性电极；所述生物分子探针具有游离的氨基，与聚乳酸的羧基反应形成酰胺键。作为优选，步骤(1)中，石墨烯粉末和聚乳酸颗粒的质量比为1:20-30。所述的聚乳酸颗粒为L-聚乳酸、D-聚乳酸或L-聚乳酸与D-聚乳酸的混合物。所述的石墨烯粉末可为氧化石墨烯、还原态氧化石墨烯或元素掺杂的石墨烯，其中元素掺杂的石墨烯为氮、磷或硫等元素掺杂的石墨烯，掺杂元素包括但不限于上述几种。作为优选，步骤(1)中，加热的温度为170-230℃。采用挤出机或薄膜加工设备将复合材料加工成线状或薄膜形状。步骤(2)中，电极基底表面的大量羧基可以通过偶联剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化。作为优选，步骤(2)中，N-羟基琥珀酰亚胺与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为0.1-10:1。更为优选，缓冲液中NHS的摩尔浓度为0.08mol/L，EDC的摩尔浓度比为0.05mol/L。作为优选，步骤(2)中，活化的时间为3-5h。作为优选，活化前，先将柔性电极基底浸泡在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中处理5-120min，用来溶解掉电极表面附着的熔融的聚乳酸，有利于增加聚乳酸的粗糙度和透过性。更为优选，柔性电极基底浸泡在N,N-二甲基甲酰胺中处理10min。DMF处理好后，用乙醇、清水依次清洗柔性电极表面，干燥后进行活化步骤。步骤(3)中，电极基底表面的羧基活化后，与生物分子探针的氨基反应生成酰胺键，使得生物分子探针固定在电极基底表面。作为优选，步骤(3)中，所述反应的条件为室温下放置5min-24h。更为优选，放置时间为15h。本专利技术提供的柔性电极免疫传感器的工作原理为：电极表面的生物分子探针与待测靶物质发生特异性结合后，电极阻抗发生变化，靶物质浓度越大，阻抗越大，其变化量与浓度呈线性关系，可通过直接阻抗测量法测量阻抗的变化量可间接计算出待测靶物质的浓度。具体地，先将柔性电极置于待测溶液中，使得靶物质结合到柔性电极表面的生物分子探针上，再将结合了靶物质的柔性电极的两端分别连接到LCR测量仪上，测量阻抗，根据校准曲线计算出待测靶物质的浓度。本专利技术提供的基于柔性电极的免疫传感器还可以采用三电极体系或者两电极体系，所述柔性电极作为工作电极，与辅助电极和参比电极组成三电极体系；也可以与辅助电极组成两电极体系，通过电化学测量方法测量。由于柔性电极结合靶物质后发生阻抗变化，电流也会发生相应变化，通过检测电流变化来测量阻抗变化，进而计算出待测靶物质的浓度。所述辅助电极采用但不限于铂电极或碳电极，所述参比电极采用但不限于Ag/AgCl电极或者饱和甘汞电极。具体地，先将柔性电极置于待测溶液中，使得靶物质结合到柔性电极表面的生物分子探针上，再组成三电极体系或者两电极体系，通过电化学测量方法测量。本专利技术提供了所述的免疫传感器在检测液体中或气体中的与柔性电极上的生物分子探针特异性结合的靶物质的浓度中的应用。本专利技术提供的免疫传感器可用于检测可被柔性电极表面固定的生物分子探本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性电极的免疫传感器，包括柔性电极，其特征在于，所述柔性电极包括柔性电极基底和固定在柔性电极基底表面的生物分子探针，所述柔性电极基底的组成材料包括聚乳酸和石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性电极的免疫传感器，包括柔性电极，其特征在于，所述柔性电极包括柔性电极基底和固定在柔性电极基底表面的生物分子探针，所述柔性电极基底的组成材料包括聚乳酸和石墨烯。2.如权利要求1所述的免疫传感器，其特征在于，所述的柔性电极基底中石墨烯和聚乳酸的质量比为0.5-10:100。3.如权利要求1所述的免疫传感器，其特征在于，所述的柔性电极基底为直径为0.01-3mm的线形或厚度为50-500μm的薄膜。4.如权利要求1所述的免疫传感器，其特征在于，所述的生物分子探针为抗体、抗原、DNA、核酸适体中的任意一种。5.如权利要求1所述的免疫传感器，其特征在于，所述柔性电极的制备方法，包括以下步骤：(1)将石墨烯粉末和聚乳酸颗粒混合，加热熔化后加工成线状或薄膜状的柔性电极基底；(2)将柔性电极基底放入含有N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的磷酸盐缓冲液中活化；(3)将活化后的柔性电极基底浸泡到含有生物分子探...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭希山，张京，付林峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33