一种通用型的多信号输出的生物传感器、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种通用型的多信号输出的生物传感器、制备方法及应用，其包括作为识别分子的反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物和作为信号转换元件的功能化的金银复合纳米颗粒两部分；万古霉素分子的氨基活化位点与反式环辛烯共价偶联；金银复合纳米颗粒为银壳包裹金核的复合纳米颗粒，该金银复合纳米颗粒的表面同时修饰上含二硫键的四嗪化合物和拉曼探针分子，其可应用于革兰氏阳性致病菌的检测，本发明专利技术具有效率高、受外界环境影响小，标靶“广谱”等优点，能够满足实际生产生活的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种通用型的多信号输出的生物传感器、制备方法及应用
：本专利技术涉及一种通用型的多信号输出的生物传感器及其制备方法及其在革兰氏阳性致病菌检测中的应用，属于致病菌检测与纳米材料制备技术。
技术介绍
：迄今为止，各种致病菌，特别是革兰氏阳性致病菌（如金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、肠球菌等），在世界范围内的持续传播成为人类死亡的最主要的原因之一。近年来，随着抗生素药物的滥用，多种耐药细菌感染逐渐成为国际医学界的难题，也成为我国延长住院时间、增加医疗费用和导致患者死亡的重要原因。研究表明，及早发现致病菌的存在可以有效预防感染性疾病的发生。因此，对于食物和环境中致病菌的检测研究受到越来越多的关注。近年来,由于生物传感器具有检测时间短,灵敏度高等特点,其在环境和食品安全监测领域的应用和研究越来越广泛和深入。然而，常规的用于致病菌检测的生物传感器在通用性和信号输出方面仍然存在很多问题。它们大多缺乏通用性，只能检测单一特定类型的致病菌，对多种类致病菌的“广谱”检测无能为力，极大的限制了其商品化进程。并且，其信号输出的方式大多为单一的光或者电信号，受到测试环境和实验条件的限制，无法充分满足实际生产生活中的不同需求。因此，研发便捷的、可同时检测多种细菌感染的多信号输出的新型生物传感器，对于环境监测、食品安全、临床诊断和治疗以及反生物恐怖等方面都具有十分重要的意义。万古霉素（Vancomycin，Van）及其衍生物，是一种糖肽类抗生素，通过五个氢键与革兰氏阳性细菌细胞壁肽聚糖末端的D-丙氨酰-D-丙氨酰（D-Ala-D-Ala）特异性结合。它们与革兰氏阳性细菌细胞壁间的亲和力可以与抗体媲美，甚至优于某些抗体。而且具有抗体不具备的其它优点：首先，作为商品化药物，其分子结构稳定、容易获得且价格相对便宜。其次，它作用于细菌表面，不需要破坏细菌完整的形态就可以进行标识，能够简化实验样品的预处理过程；最后，用作“广谱”标记分子，它可以识别全部的革兰氏阳性致病菌，为多种致病菌的同步检测提供了可能性。因此，利用万古霉素及其衍生物作为识别分子可以解决现有生物传感器在通用性方面的问题。目前，用于致病菌检测的生物传感器大多将致病菌的生物信号转变成能够检测到的光、电信号。与电信号相比，光信号因具有免于电磁干扰，高灵敏度，信号产生与读取速度快，可进行远距离传感等优点而被广泛使用。在光学检测方法中,借助金属纳米颗粒发展的表面等离子共振（SurfacePlasmaResonance,SPR）和表面增强拉曼散射(SurfaceEnhancedRamanScattering,SERS)技术具备了一些其他分析检测方法所没有的优点，在单分子检测、痕量分析以及高灵敏度检测等方面引起人们的广泛关注，逐渐成为生物传感研究中的新热点。SPR传感技术灵敏度高,且不用标记被分析物,可快速分析和实时检测。根据传感方式的不同,SPR传感技术主要分为两种:一是色度变化的传感;二是SPR峰位移的传感。色度变化主要体现在纳米颗粒溶液颜色的改变，可以通过肉眼直接观察到，具有直观、快速、方便、不需要大型实验仪器等优点，便于非实验室环境下的实时连续检测。但由于人肉眼对颜色改变的检测灵敏度有限，使得该方法仅仅适用于浓度相对高的细菌菌液的定性和半定量检测。而SPR峰位移的优点是灵敏度较高，可以进行较低浓度的样品的定量测试；缺点是都需要相应的实验仪器，不适合非实验室条件下的检测。与SPR信号不同，SERS信号通常需要标记，但其分辨率高，不发生光漂白，可以被近红外光激发，发射峰窄而不易发生光谱重叠，对外界环境因子如湿度、氧气等抗干扰能力强，并且不受样品溶剂的影响。因此，基于以上SPR和SERS各自的优势，需要构建一种基于金银复合纳米颗粒的多信号输出的生物传感器，可以在实际的生产操作中，针对具体的样品、实验条件和检测要求，选择合适的信号采集方式，以实现致病菌的最佳检测效果，满足人们生产生活的需要。综上所述，以万古霉素衍生物作为识别分子，以金银复合纳米颗粒为信号转换元件，借助生物“点击”化学反应，构建一种通用的、多种信号输出的新型生物传感器，并用于革兰氏阳性致病菌“广谱”检测。目前还未发现类似技术。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种通用型的多信号输出的生物传感器的制备方法及其应用。本专利技术提供的新型生物传感器具有效率高、受外界环境影响小，标靶“广谱”等优点，能够满足实际生产生活的需求。本专利技术的第一个目的可以通过如下技术方案来实现：一种通用型的多信号输出的生物传感器，其特征在于其包括作为识别分子的反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物和作为信号转换元件的功能化的金银复合纳米颗粒两部分；万古霉素分子的氨基活化位点与反式环辛烯共价偶联；金银复合纳米颗粒为银壳包裹金核的复合纳米颗粒，金银复合纳米颗粒的表面同时修饰上含二硫键的四嗪化合物和拉曼探针分子。本专利技术的第二个技术目的可以通过以下技术方案来实现：上述通用型多信号输出的生物传感器的制备方法，其特征在于其包含以下步骤：（1）制备银包金的核壳结构的金银复合纳米颗粒；（2）合成反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物；（3）合成含二硫键的四嗪化合物；（4）在金银复合纳米颗粒表面同时修饰拉曼探针分子和含二硫键的四嗪化合物，形成功能化的金银复合纳米颗粒；（5）将反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物作为识别分子，将功能化的金银复合纳米颗粒作为信号转换元件，通过反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物与金银复合纳米颗粒表面的四嗪化合物之间的生物“点击”化学反应（见图2），使功能化的金银复合纳米颗粒聚集在致病菌表面，将致病菌的生物信号转化为多种可输出的光学信号，完成生物传感器的构建。优选的，所述步骤1中，所述银包金的核壳结构的复合纳米颗粒采用柠檬酸还原法制备，最终合成的复合纳米颗粒的金核心颗粒为40-50nm；银壳厚度为10-15nm。优选的，其中合成金纳米核心时所用柠檬酸钠的质量体积百分浓度终为0.008%-0.012%，而合成银壳时所用柠檬酸钠的质量体积百分浓度终为0.015%-0.02%，且硝酸银的终浓度为0.45mmol/L-0.5mmol/L。优选的，所述步骤2中，所述反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物(化合物1，见图2)通过万古霉素的氨基与反式环辛烯的羧基进行缩合反应生成。优选的，其中，反式环辛烯与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:1-1:1.2；而反式环辛烯与万古霉素的摩尔比为1:0.1-1:1。所用缩合剂优选为N-乙基-N′-(3-二甲基氨丙基)碳二亚胺/三乙胺或O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯/N，N-二异丙基乙胺。缩合反应时间控制在12hr-16hr。优选的，所述步骤3中，所述含二硫键的四嗪化合物(化合物2，见图2)通过四嗪化合物的氨基与硫辛酸的羧基进行缩合反应生成。优选的，其中，硫辛酸与N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:1-1:2；而其与四嗪化合物的摩尔比为1:0.5-1:1。所用缩合剂优选为N-乙基-N′-(3-二甲基氨丙基)碳二亚胺/三乙胺或O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯/N，N-二异丙基乙胺，缩合反应时间控制在12hr-16hr。优选的，所述步骤4中，拉曼探针分子优选为小分子的4-巯基苯甲酸或4-巯基苯胺，其和四嗪化合物通过银硫键连接到金银复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用型的多信号输出的生物传感器，其特征在于其包括作为识别分子的反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物和作为信号转换元件的功能化的金银复合纳米颗粒两部分；万古霉素分子的氨基活化位点与反式环辛烯共价偶联；金银复合纳米颗粒为银壳包裹金核的复合纳米颗粒，该金银复合纳米颗粒的表面同时修饰上含二硫键的四嗪化合物和拉曼探针分子。

【技术特征摘要】
1.一种通用型的多信号输出的生物传感器的制备方法，其特征在于其包含以下步骤：（1）制备银包金的核壳结构的金银复合纳米颗粒；（2）合成反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物；（3）合成含二硫键的四嗪化合物；（4）在步骤（1）制备的金银复合纳米颗粒表面同时修饰拉曼探针分子和含二硫键的四嗪化合物，形成功能化的金银复合纳米颗粒；（5）将反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物作为识别分子，将功能化的金银复合纳米颗粒作为信号转换元件，通过反式环辛烯修饰的万古霉素衍生物与金银复合纳米颗粒表面的四嗪化合物之间的共价交联，使功能化的金银复合纳米颗粒聚集在致病菌表面，将致病菌的生物信号转化为多种可输出的光学信号，完成生物传感器的构建。2.根据权利要求1所述的一种通用型的多信号输出的生物传感器的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中，所述的银包金的核壳结构的复合纳米颗粒采用柠檬酸还原法制备，最终合成的金银复合纳米颗粒的金核心颗粒为40-50nm；银壳厚度为10-15nm。3.根据权利要求2所述的一种通用型的多信号输出的生物传感器的制备方法，其特征在于采用柠檬酸还原法制备时，其中合成金纳米核心时所用柠檬酸钠的质量体积百分浓度终为0.008%-0.012%，而合成银壳时所用柠檬酸钠的质量体积百分浓度终为0.015%-0.02%，且硝酸银的终浓度为0.45mmol/L-0.5mmol/L。4.根据权利要求1所述的一种通用型的多信号输出的生物传感器的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：江婷婷，王远芳，王莹，范华莹，刘佩龙，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37