基于3,3`-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法及传感器技术

本发明专利技术公开了一种基于3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜的L‑半胱氨酸的检测方法及传感器，依次将3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)(DTPS)和汞离子(Hg

Detection method and sensor of L-cysteine based on 3,3'-dithiobis(1-propionic sulfonic acid)-mercury composite membrane

The invention discloses a detection method and sensor for L-cysteine based on a 3,3'dithiobis (1 propionic sulfonic acid) mercury composite membrane, in which 3,3' dithiobis (1 propionic sulfonic acid) (DTPS) and mercury ion (Hg) are sequentially added.

【技术实现步骤摘要】
基于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法及传感器
本专利技术属于化学/生物传感
，具体涉及一种基于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法及传感器，即一种选择性膜电位型传感器，适用于生命科学、临床医学等方面的检测。
技术介绍
L-半胱氨酸是20种必需氨基酸中唯一含有活性(—SH)巯基的氨基酸，具有重要的生理功能，在医药、食品及化妆品行业中都有广泛应用。因此，发展L-半胱氨酸的测定方法意义重大。近年来，检测L-半胱氨酸的常用方法有高效液相色谱法(HPLC)、流动注射分析法(FIA)、高效毛细管电泳法(HPCE)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS/MS)、荧光分析法等。然而，这些分析方法都是间接方法，需要的仪器成本昂贵，实验的操作流程复杂，且需要熟练的技术人员，不易于实现实时、在线检测和小型化，因而限制了这些方法的应用。L-半胱氨酸分子含有氨基、巯基等电化学活性基团(如下图结构式)，因而具备应用电分析化学方法进行测定的必要条件。电化学方法因具有成本低、灵敏度高、测定快速、易微型化等优点，在传感器的开发中引起了很多关注。目前，国内外主要应用电化学方法中的电流型电化学传感器实现对L-半胱氨酸的测定，但是它在实时、在线检测方面仍存在一定的应用局限。自组装提供了在分子水平上方便地剪裁理想界面的手段，所得到的自组装单分子膜(SAM)较传统的LB膜而言，有序性与稳定性均大幅度提高，其广泛的应用前景涉猎非线性光学、分子器件、电子转移反应、润滑、防腐、催化、刻蚀等众多领域。用巯基为电极修饰材料，能有效地促进电活性物质的装载固定及电子转移，使修饰电极具有优良的电化学活性。然而，制作简单、灵敏度高、易微型化、易在线检测的L-半胱氨酸电位型电化学传感器则鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种基于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法及传感器。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：所述基于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法包括如下步骤：(1)在场效应晶体管的Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱(2)处构建源电极(4)和漏电极(5)，然后在被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上构建二氧化硅层(6)，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)，最后在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上构建氮化硅层(11)；将栅极部分延长0.1—500mm的距离，制得具有栅极金电极的延长栅场效应晶体管；(2)制备3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)二钠的乙醇溶液，并将清洗后的延长栅场效应晶体管的栅极金电极在避光、干燥的环境下浸泡于其中，于25℃条件下静置，接着取出洗净后再浸泡于制备的硝酸汞的乙醇溶液中，静置，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜(12)修饰的3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极；(3)将参比电极、3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极与延长栅场效应晶体管的电极接口相连形成双高阻差分放大电路，将参比电极、3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极插入PBS缓冲溶液中，将延长栅场效应晶体管的电源接口分别与稳压电源的正负极相连，将延长栅场效应晶体管的信号输出接口与万用电表的测试端口相连，由此构成一个完整的传感检测回路；利用场效应晶体管的原位信号放大作用，可灵敏检测体系的电位变化；作为工作电极的3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极在PBS缓冲溶液的电位会随着时间的增加而逐渐趋向于稳定，待电位稳定后加入含有不同浓度L-半胱氨酸(13)的待测样品，进而获得相应的电位响应数据，完成待测样品中L-半胱氨酸(13)的检测。优选地，步骤(1)中，用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)时，镀膜真空度≤5.0×10-6torr，且采用Si3N4进行钝化；铝铜合金层(8)包括如下重量份的组分：Al40—68、Cu30—60、Ni2—12、Fe1—8、Ti1—6、Nb0.01—0.50；铬钯合金层(9)包括如下重量份的组分：Cr40—80、Pd10—40、Ni2—12、Fe1—8、Ti1—6、Nb0.01—0.50；铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。优选地，步骤(2)中的所述3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)二钠乙醇溶液的浓度为1.0—10.0mmol/L；所述硝酸汞的乙醇溶液中，硝酸汞水溶液与无水乙醇的体积比为1:1，所述硝酸汞水溶液的浓度为0.1—50.0mmol/L。步骤(2)中栅极金电极浸泡于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)二钠的乙醇溶液中的时间为1—72h；浸泡于硝酸汞的乙醇溶液中的时间为1—72h。优选地，步骤(3)中的参比电极为饱和甘汞电极或内置饱和KCl溶液的Ag/AgCl电极，工作电极为3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极。步骤(3)中的PBS缓冲溶液为pH3.0—11.0、浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液，pH值优选为6.0。本专利技术还提供了一种检测L-半胱氨酸的传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，即，栅极金电极，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜(12)。其中，所述场效应晶体管包括Si基底层(1)和设于Si基底层(1)上的多晶硅栅极(7)；所述Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，所述p阱(2)处设有源电极(4)和漏电极(5)，被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上设有二氧化硅层(6)；所述多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)；在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上还设有氮化硅层(11)。所述铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。所述传感器对L-半胱氨酸(13)具有良好的能斯特响应关系，线性范围为1.0×10-7—10-4mol/L，响应灵敏度为123.4mV·pc-1，检出限为8.32×10-8mol/L。下面对本专利技术作进一步说明：本专利技术将场效应晶体管(FET)的栅极金电极(GGE)延长一定距离，如延伸0.1—500mm，通过浸渍法，将3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)(DTPS)和汞离子(Hg2+)先后自组装固定修饰在金电极表面，制作了一种自组装复合膜修饰的金电极GGE/DTPS-Hg，研究了L-半胱氨酸(L-Cys)在此修饰电极上的电化学行为，建立了一种电化学检测L-半胱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜的L‑半胱氨酸的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)在场效应晶体管的Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱(2)处构建源电极(4)和漏电极(5)，然后在被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上构建二氧化硅层(6)，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)，最后在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上构建氮化硅层(11)；将栅极部分延长0.1—500mm的距离，制得具有栅极金电极的延长栅场效应晶体管；(2)制备3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)二钠的乙醇溶液，并将清洗后的延长栅场效应晶体管的栅极金电极在避光、干燥的环境下浸泡于其中，于25℃条件下静置，接着取出洗净后再浸泡于制备的硝酸汞的乙醇溶液中，静置，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜(12)修饰的3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜栅极金电极；(3)将参比电极、3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜栅极金电极与延长栅场效应晶体管的电极接口相连形成双高阻差分放大电路，将参比电极、3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜栅极金电极插入PBS缓冲溶液中，将延长栅场效应晶体管的电源接口分别与稳压电源的正负极相连，将延长栅场效应晶体管的信号输出接口与万用电表的测试端口相连，由此构成一个完整的传感检测回路；利用场效应晶体管的原位信号放大作用，可灵敏检测体系的电位变化；作为工作电极的3,3’‑二硫代双(1‑丙磺酸)‑汞复合膜栅极金电极在PBS缓冲溶液的电位会随着时间的增加而逐渐趋向于稳定，待电位稳定后加入含有不同浓度L‑半胱氨酸(13)的待测样品，进而获得相应的电位响应数据，完成待测样品中L‑半胱氨酸(13)的检测。...

【技术特征摘要】
1.基于3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜的L-半胱氨酸的检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)在场效应晶体管的Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱(2)处构建源电极(4)和漏电极(5)，然后在被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上构建二氧化硅层(6)，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)，最后在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上构建氮化硅层(11)；将栅极部分延长0.1—500mm的距离，制得具有栅极金电极的延长栅场效应晶体管；(2)制备3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)二钠的乙醇溶液，并将清洗后的延长栅场效应晶体管的栅极金电极在避光、干燥的环境下浸泡于其中，于25℃条件下静置，接着取出洗净后再浸泡于制备的硝酸汞的乙醇溶液中，静置，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜(12)修饰的3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极；(3)将参比电极、3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极与延长栅场效应晶体管的电极接口相连形成双高阻差分放大电路，将参比电极、3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极插入PBS缓冲溶液中，将延长栅场效应晶体管的电源接口分别与稳压电源的正负极相连，将延长栅场效应晶体管的信号输出接口与万用电表的测试端口相连，由此构成一个完整的传感检测回路；利用场效应晶体管的原位信号放大作用，可灵敏检测体系的电位变化；作为工作电极的3,3’-二硫代双(1-丙磺酸)-汞复合膜栅极金电极在PBS缓冲溶液的电位会随着时间的增加而逐渐趋向于稳定，待电位稳定后加入含有不同浓度L-半胱氨酸(13)的待测样品，进而获得相应的电位响应数据，完成待测样品中L-半胱氨酸(13)的检测。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)时，镀膜真空度≤5.0×10-6torr，且采用Si3N4进行钝化；铝铜合金层(8)包括如下重量份的组分：Al40—68、Cu30—60、Ni2—12、Fe1—8、Ti1—6、Nb0.01—0.50；铬钯合金层(9)包括如下重量份的组分：Cr40—80、Pd10—40、Ni2—1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠，彭与煜，刘陈，唐玲，朱钦，金敏，何婧琳，肖忠良，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43