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一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法技术

技术编号:20158902 阅读:19 留言:0更新日期:2019-01-19 00:11
本发明专利技术公开一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,制备的柔性压力传感器对气压变化响应灵敏,并将其用于监测生物免疫反应,实现对多种抗体的灵敏便携检测。本发明专利技术首先以碳纳米管修饰的纸基电极作为柔性基底制备了柔性压力传感器,再结合免疫反应,实现对目标物的特异性识别。在注入过氧化氢后,纳米探针引入的铂纳米颗粒能够高效催化过氧化氢分解生成氧气,使密闭的检测系统内的气压升高。升高的气压引起柔性压力传感器发生形变,从而使其电阻降低。这一变化可以通过数字万用表通过检测其电阻变化来监测,从而实现对目标物的定量检测。该方法设备简单,便于携带,操作简单,为便携式检测提供了一种简单、灵敏且稳定的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法
本专利技术涉及了一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,属于传感仪器构建及生物化学分析

技术介绍
随着社会的发展,环境监测,食品安全和疾病诊断越来越受到人们的重视,已经建立了许多基于光学、色谱、质谱以及电化学的检测方法,这些检测方法具有准确、灵敏、稳定等优点。但是,设备昂贵和操作复等原因限制其在快速检测及日常生活检测等方面的进一步应用,尤其是在偏远地区。因此,设计一种设备简单、易于操作、稳定实用的检测方法是具有重要意义的。气压作为一种传统的物理现象,在生活的许多方面都有应用。在化学反应过程中,有许多化学反应都可以生成大量气体来增加容器内的气压。而在这些反应中,过氧化氢分解生成氧气这一反应有着高效的气体生成率以及无毒无害等性质。同时,该反应的速率能够通过催化剂大大提高,如过氧化氢酶、铂纳米颗粒等,是一种十分适合用来作为检测信号的反应。在许多现有的以气压作为检测信号的便携式生物分析中,传统气压计和毛细管柱通常被用来作为信号读出装置。近些年来,柔性器件由于其能对外部应力有灵敏的响应,在电子皮肤、电子纺织物以及应力检测等方面有许多研究。为了提高便携式传感器的灵敏度,信号生成来源和信号检测装置是其中最重要的两点。基于以上内容,构建一种灵敏的柔性气压传感器并将其应用于气压式的便携式免疫生物传感器能够有效得提高检测的灵敏度和准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性压力传感器的制备方法,并结合抗原抗体免疫反应来构建便携式气压免疫传感器。其技术原理是通过在免疫探针上引入铂纳米颗粒来催化注入的过氧化氢生成氧气,生成的氧气能够改变检测器中的气压,生成的气压能够被柔性压力传感器灵敏检测。当没有目标物时,气压增加较少,柔性气压传感器形变小,电阻变化较小;当目标物存在时,气压增加较大,柔性气压传感器形变大,电阻变化较大。电阻的变化与目标物浓度在一定范围内成正相关,且可以通过数字万用表来实现便携定量检测。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,包含以下步骤:(1)纸基电极的修饰:将定性滤纸裁剪成一定形状,并将其浸泡在1-5wt%的碳纳米管溶液中(含有1-10wt%的PluronicF-127表面活性剂),然后干燥,重复数次,直至电阻达到20-70kΩ;(2)柔性压力传感器的制备:将制得的纸基电极和铜导电胶用银导电胶连接,在其中一面用BOPP胶带张贴;将两个制备好的纸基电极面对面组合,并在外层用一层聚二甲基硅氧烷PDMS封闭;(3)气压型便携式免疫分析装置构建:将制备好的压力传感器用PDMS密闭在一个离心管中,在其末尾用一根导管和检测池连接,在导管中间装有一过滤装置,防止液体流入,所有接口用PDMS封闭。(4)纳米探针构建:首先将10mL氯铂酸溶液(0.1-5mM)和1mL抗坏血酸溶液(0.1-5M)混合,在80℃加热30min,保存在4℃备用。将5mL制备的铂纳米粒子溶液用碳酸钠调节pH到9.0,再加入浓度为0.5mg/mL的目标物抗体(10-100μL),在4℃在过夜孵化。最后将上述溶液在4℃和14000g离心力的条件下离心20分钟,将离心得到的沉淀重新分散在3mL含有1.0wt%BSA、0.5wt%Tween20和0.1wt%叠氮化钠的PBS(pH=7.4)中,储存于4℃备用。(5)免疫反应构建:首先在96孔高亲和板中加入捕获抗体(10-80μL)过夜封闭,再依次加入目标检测物(10-80μL)、纳米探针(10-80μL)来形成抗体-抗原-抗体夹心型免疫复合物孵化40min,用磷酸缓冲溶液洗涤后,加入100μL过氧化氢反应;(6)输出电信号检测:用数字万用表读取电阻信号变化来定量目标物浓度。更具体的,步骤(1)中所述的滤纸裁剪成的形状规格如图2所示。步骤(2)中所述的柔性压力传感器规格为1×1.5cm2,具体制备过程如图3所示,制备的柔性压力传感器实物图如图4中的A所示,对气压响应范围如图5所示,为0.08-50kPa。步骤(3)中所述的检测专制外侧用PDMS封闭增加气密性,并和数字万用表连接,具体形状如图4中B所示。步骤(4)中所述的过氧化氢浓度为30wt%,反应时间为270s。步骤(5)中所述的电阻信号为ΔR(初始电阻减去终止电阻)。本专利技术的优点如下:(1)本专利技术所需要的材料原料易得,制备工艺简单,成本低廉。(2)本专利技术构建的柔性压力传感器对气压响应灵敏,响应时间短,线性范围宽,将其用于免疫反应检测,极大简化检测装置,操作简单,响应灵敏,使其适用于便携式检测。(3)本专利技术采用气压作为检测信号,其能够由少量的气体增加而引起巨大的改变,有利于提高检测的灵敏度。(4)本专利技术采用免疫触法和铂纳米粒子催化作为信号放大机制,能够极大地提高检测结果准确性和灵敏性。附图说明图1为一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法示意图;图2为滤纸裁剪的规格;图3为柔性压力传感器组装过程;图4为柔性压力传感器实物图以及检测装置实物图;A为柔性压力传感器,B为检测装置;图5为柔性压力传感器对气压的响应范围。图6为实施例1中对癌胚抗原所做的标准工作曲线。具体实施方式下面通过具体实施示例对本专利技术的技术方案做进一步说明,但是不能以此限制本专利技术的范围。实施例11.纸基电极的修饰将定性滤纸裁剪成图2中所示规格,并将其浸泡在2wt%的碳纳米管溶液中(含有2wt%的PluronicF-127表面活性剂),然后干燥,重复数次,直至电阻达到60kΩ。2.柔性压力传感器的制备将制得的纸基电极和铜导电胶用银导电胶连接,在其中一面用BOPP胶带张贴;将两个制备好的纸基电极面对面组合,并在外层用一层PDMS封闭,具体组装过程如图3所示,组装完成后如图4中A所示。3.气压型便携式免疫分析装置构建将制备好的压力传感器用PDMS密闭在一个离心管中,在其末尾用一根导管和检测池连接,在导管中间装有一过滤装置,防止液体流入。整个装置结构处用PDMS封闭,保证气密性,实物图如图4中B所示。4.纳米探针的制备首先将10mL氯铂酸溶液(1mM)和1mL抗坏血酸溶液(0.4M)混合,在80℃加热30min,保存在4℃备用。将5mL制备的铂纳米粒子溶液用碳酸钠调节pH到9.0,再加入50μL浓度为0.5mg/mL的癌胚抗原抗体,在4℃在过夜孵化。最后将上述溶液在4℃和14000g离心力的条件下离心20分钟,将离心得到的沉淀重新分散在3mL含有1.0wt%BSA、0.5wt%Tween20和0.1wt%叠氮化钠的PBS(pH=7.4)中,储存于4℃备用。5.对目标物癌胚抗原CEA的检测(本实施例癌胚抗原作为模型目标分析物)图1为本专利技术中分析方法过程示意图。首先,在96孔高亲和板中加入50μL浓度为10μg/mL的CEA抗体,4℃下隔夜孵化,再加入300µL浓度为1.0wt%的BSA封闭1小时。用PBS溶液洗涤后,依次加入50µL的CEA标准样品和50µL的纳米探针,分别反应40min。除去上清液后加入100µL浓度为30wt%的H2O2,反应270s,读取数字万用表电阻变化来定量。其结果所得的电阻变化对CEA的标准工作曲线如图6所示,线性范围为0.5-60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:(1)碳纳米管修饰的纸基电极制备;(2)柔性压力传感器的制备及免疫分析装置的构建;(3)铂纳米颗粒的合成及其标记的纳米探针的制备;(4)在高亲和96孔酶标板上形成抗体‑抗原‑纳米探针免疫夹心结构;(5)通过标记的铂纳米颗粒来催化加入的过氧化氢来产生氧气,使密闭检测系统内的压力升高,从而使得柔性压力传感器的导电性发生变化,并使用数字万用表作为读出装置来实现便携式免疫分析的目的。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:(1)碳纳米管修饰的纸基电极制备;(2)柔性压力传感器的制备及免疫分析装置的构建;(3)铂纳米颗粒的合成及其标记的纳米探针的制备;(4)在高亲和96孔酶标板上形成抗体-抗原-纳米探针免疫夹心结构;(5)通过标记的铂纳米颗粒来催化加入的过氧化氢来产生氧气,使密闭检测系统内的压力升高,从而使得柔性压力传感器的导电性发生变化,并使用数字万用表作为读出装置来实现便携式免疫分析的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法:步骤(1)所述的碳纳米管直径为10-20nm,长度为1-2μm;纸基电极采用直接浸泡-干燥的方法进行修饰,浸泡在1-5wt%的含有1-10wt%的PluronicF-127表面活性剂的碳纳米管溶液中,然后干燥,直至电阻达到20-70kΩ。3.根据权利要求1所述的一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法,其特征在于:步骤(2)中所述的柔性压力传感器由制备的纸基电极、铜导电胶以及聚二甲基硅氧烷PDMS...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐点平余镇重蔡国能任蓉蓉
申请(专利权)人:福州大学
类型:发明
国别省市:福建,35

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