快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种快速测定革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器及其制备方法。所述传感器由绝缘基板、基板一侧的背栅电极、基板另一侧的抗体修饰的石墨烯层、设于该石墨烯层两端的源极与漏极、和位于石墨烯上方的样品池构成。石墨烯层表面修饰的C因子与革兰氏阴性菌脂多糖可特异性地结合进而改变石墨烯传感器的电学特性，通过外电路可定量测定革兰氏阴性菌脂多糖的含量，指导临床疾病的诊断。本发明专利技术所述的传感器可实现革兰氏阴性菌脂多糖的快速、简单、灵敏、特异性测定。同时本发明专利技术提供的制备方法可实现基于石墨烯的生物传感器的稳定、批量、低成本制备，推动了生物检测的高效化和精准化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物化学检测技术和临床医学诊断
，特别是一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器及制备方法。
技术介绍
细菌内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁上的特有结构，其主要化学成分为脂多糖。微量(125ng/kg)的细菌内毒素进入机体后即可引起机体内发热、血管扩张、血管通透性增强、中性粒细胞增多、补体激活、机体血压下降等一系列病理、生理反应，严重时甚至可导致弥漫性血管内凝血以及多器官功能衰竭直至休克死亡。目前对体液内毒素水平的检测是严重细菌性炎症、脓毒血症和炎症活动有关的多脏器衰竭诊断的可靠指标，也可用于革兰氏阴性菌感染性疾病的早期诊断。1956年Bang首次发现了鲎血对革兰氏阴性菌内毒素的特异性反应，70年代美国提取鲎血细胞变性裂解物(LAL)制成的鲎试剂，用于检测内毒素并得到美国FDA的认证。在后续的研究中发现，其活性是源于LAL中的C因子对内毒素分子的特异性结合。C因子是一个分子量为123kD的单链或双链糖蛋白，其结构中的Sushi区域提供了与蛋白质的作用位点。但目前基于LAL或C因子的内毒素检测产品耗时较长，操作步骤繁琐，不便于临床检测的推广。石墨烯是一种单原子层厚的二维纳米碳材料，具有优异的导电性、力学强度、高表面积和可修饰的化学表面，在生物传感领域有着广泛的应用前景，如用于葡萄糖、核酸、蛋白质等生物分子的特异性检测，具有高选择性、高灵敏度、快速定量等优势。其中，基于石墨烯的场效应晶体管结构是一种非常有效的生物传感器设计，其背栅形式更方便于批量加工和实际检测的操作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高目前细菌内毒素检测的效率和准确性，提高基于石墨烯的生物传感器的可行性和稳定性，提出一种快速测定革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，对革兰氏阴性菌脂多糖具有特异性高灵敏的检测，操作简单便捷、结果定量可靠。同时本专利技术提供了一种快速测定革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器的制备方法，工艺简单稳定，可实现传感器的批量低成本制备，推动了石墨烯生物传感器的产业化和临床推广。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，包括壳体，在壳体的上表面制有样品池开孔，在壳体内安置有与壳体尺寸配合的绝缘基板，在绝缘基板的下底面制备有背栅电极，在绝缘基板的上顶面制备有抗体修饰的石墨烯层，在石墨烯层的左侧端制备出源极，在石墨烯层的右侧端制备出漏极，在石墨烯层的中部固装密闭的样品池侧壁，样品池侧壁顶端与壳体上样品池开孔密封连接，共同构成封装的样品池。而且，所述绝缘基板为二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃中的一种。而且，所述石墨烯层为化学气相沉积法制备得到的一到五层厚度的连续石墨烯层。而且，做为另一种实施方式，所述石墨烯为氧化还原法制备得到的石墨烯水分散液，所述石墨烯层为将石墨烯水分散液反复滴涂或印刷到绝缘基板上形成的一到五层石墨烯厚度的均匀连续层。而且，所述抗体修饰具体为由特异性地结合革兰氏阴性细菌内毒素的鲎的变形细胞裂解提取物中的C因子进行的修饰。而且，所述制备出的背栅电极、源极及漏极具体是由Au、Ag、Cu或Ti制备构成，背栅电极、源极与漏极均是通过光刻工艺或者丝网印刷的方式制备得到。一种上述快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器的制备方法，包括步骤如下：(1)制备石墨烯，将石墨烯材料转移并均匀连续地覆盖至绝缘基板的上表面，形成石墨烯层；(2)在石墨烯层的两端分别制备源极与漏极，在绝缘基板的下底面制备背栅电极，三个电极分别引出导线；(3)对石墨烯层进行表面处理并修饰抗体；(4)在石墨烯层的中部设置用于加入样品的样品池，并将样品池外进行绝缘封装。而且，所述步骤(3)中上下石墨烯层表面处理的具体方法为：将石墨烯层首先用含连接分子的二甲基亚枫溶液在室温下处理1小时，然后用乙醇和去离子水依次清洗，接着用C因子的磷酸盐缓冲生理盐水溶液在室温下处理1-2小时后，用乙醇和去离子水依次清洗，用氮气吹干。而且，所述连接分子具体为1-芘丁酸-琥珀酰亚胺酯(PASE)或3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)中的一种，所述含连接分子的二甲基亚枫溶液浓度为1-10mmol/L，所述C因子的磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)溶液浓度为10-1000μmol/L。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术提出一种快速测定革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，石墨烯表面修饰的C因子与革兰氏阴性菌脂多糖可特异性地结合进而改变石墨烯传感器的电学特性，通过外电路可定量测定革兰氏阴性菌脂多糖的含量，指导临床疾病的诊断。2、本专利技术所述的传感器可实现革兰氏阴性菌脂多糖的快速、简单、灵敏、特异性测定，石墨烯传感器由于只结合LAL中的一种组分，特异性和灵敏性高，假阳性结果大大降低。3、本专利技术提供的石墨烯传感器操作步骤简单，测试时间短于10min。4、本专利技术提供的制备方法工艺简单，可实现石墨烯传感器的批量、稳定、低成本制备。附图说明附图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式以下对本专利技术实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，如图1所示，包括壳体1，在壳体的上表面制有样品池开孔，在壳体内安置有与壳体尺寸配合的绝缘基板5，在绝缘基板的下底面上制备有背栅电极6，在绝缘基板的上顶面上制备有抗体修饰的石墨烯层4，在石墨烯层的左侧端制备出源极7，在石墨烯层的右侧端制备出漏极3，在石墨烯层的中部固装密闭的样品池侧壁2，样品池侧壁顶端与壳体上样品池开孔密封连接，共同构成封装的样品池。在本专利技术的具体实施中，所述绝缘基板为二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或玻璃中的一种。在本专利技术的具体实施中，所述石墨烯层为化学气相沉积法制备得到的一到五层厚度的连续石墨烯层。在本专利技术的具体实施中，作为另一种实施方式，所述石墨烯为氧化还原法制备得到的石墨烯水分散液，所述石墨烯层为将石墨烯水分散液反复滴涂或印刷到绝缘基板上形成的一到五层石墨烯厚度的均匀连续层。在本专利技术的具体实施中，所述抗体修饰的石墨烯层具体为特异性地结合革兰氏阴性细菌内毒素的鲎的变形细胞裂解提取物中的C因子。在本专利技术的具体实施中，所述制备出的背栅电极、源极及漏极具体是由Au、Ag、Cu或Ti制备构成，背栅电极、源极与漏极均是通过光刻工艺或者丝网印刷的方式制备得到。一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器的制备方法，其包括步骤如下：(1)制备石墨烯，将石墨烯材料转移并均匀连续地覆盖至绝缘基板的上表面，形成石墨烯层；(2)在石墨烯层的两端分别制备源极与漏极，在绝缘基板的下底面制备背栅电极，三个电极分别引出导线；(3)对石墨烯层进行表面处理并修饰抗体；(4)在石墨烯层的中部设置用于加入样品的样品池，并将样品池外进行绝缘封装。在本专利技术的具体实施中，所述步骤(3)中石墨烯层表面处理的具体方法为：将石墨烯层首先用含连接分子的二甲基亚枫溶液在室温下处理1小时，然后用乙醇和去离子水依次清洗，接着用C因子的磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)溶液在室温下处理1-2小时后，用乙醇和去离子水依次清洗，用氮气吹干。在本专利技术的具体实施中，上述步骤中所述连接分子具体为1-芘丁酸-琥珀酰亚胺酯(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：包括壳体，在壳体的上表面制有样品池开孔，在壳体内安置有与壳体尺寸配合的绝缘基板，在绝缘基板的下底面制备有背栅电极，在绝缘基板的上顶面制备有抗体修饰的石墨烯层，在石墨烯层的左侧端制备出源极，在石墨烯层的右侧端制备出漏极，在石墨烯层的中部固装密闭的样品池侧壁，样品池侧壁顶端与壳体上样品池开孔密封连接，共同构成封装的样品池。

【技术特征摘要】
1.一种快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：包括壳体，在壳体的上表面制有样品池开孔，在壳体内安置有与壳体尺寸配合的绝缘基板，在绝缘基板的下底面制备有背栅电极，在绝缘基板的上顶面制备有抗体修饰的石墨烯层，在石墨烯层的左侧端制备出源极，在石墨烯层的右侧端制备出漏极，在石墨烯层的中部固装密闭的样品池侧壁，样品池侧壁顶端与壳体上样品池开孔密封连接，共同构成封装的样品池。2.根据权利要求1所述的快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：所述绝缘基板为二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃中的一种。3.根据权利要求1所述的快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：所述石墨烯层为化学气相沉积法制备得到的一到五层厚度的连续石墨烯。4.根据权利要求1所述的快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：作为另一种实施方式，所述石墨烯为氧化还原法制备得到的石墨烯水分散液，所述石墨烯层为将石墨烯水分散液反复滴涂或印刷到绝缘基板上形成的一到五层石墨烯厚度的均匀连续层。5.根据权利要求1所述的快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：所述抗体修饰具体为由特异性地结合革兰氏阴性细菌内毒素的鲎的变形细胞裂解提取物中的C因子进行的修饰。6.根据权利要求1所述的快速检测革兰氏阴性菌脂多糖的石墨烯传感器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐城，黄炎彬，梁河立，李世林，
申请(专利权)人：天津喜诺生物医药有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12