基于硅纳米线的β-半乳糖苷酶荧光传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种基于单根硅纳米线的检测β‑半乳糖苷酶的荧光传感器，所述荧光传感器是表面物理吸附有β‑半乳糖苷酶特异性响应分子的单根硅纳米线；其中，所述β‑半乳糖苷酶特异性响应分子是通过对能与β‑半乳糖苷酶响应的吡喃糖分子进行酯化，连接荧光分子4‑氨基‑1,8‑萘二甲酸酐形成的。本发明专利技术还公开了上述荧光传感器的制备方法和应用。本发明专利技术荧光传感器制备方法简单，节省时间，不会影响传感器的效率，并且具有酯酶和β‑半乳糖苷酶双输入的AND逻辑门功能，为直接检测细胞内的β‑半乳糖苷酶提供了新的方法，在单细胞水平检测β‑半乳糖苷酶方面具有广泛的应用前景。

Silicon nanowires beta galactosidase fluorescence sensor and its preparation method and application based on

The invention discloses a fluorescent sensor of single silicon nanowire based on detection of beta galactosidase, the fluorescence sensor is physical adsorption on the surface beta galactosidase specific molecular response of single silicon nanowires; wherein, the beta galactosidase specific molecular response through the esterification can with the pyranose molecule beta galactosidase response, connected with the fluorescent molecule 4 amino 1,8 two naphthalene anhydride formation. The invention also discloses the preparation method and application of the fluorescent sensor. The fluorescence sensor preparation method is simple, save time, will not affect the efficiency of the sensor, and has the beta galactosidase esterase and double input AND logic gate function, which provides a new method for direct detection of beta galactosidase cells, and has wide application prospect in the single cell level detection of beta galactosidase on.

【技术实现步骤摘要】
基于硅纳米线的β-半乳糖苷酶荧光传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米结构的荧光化学传感器领域。更具体地，涉及一种基于硅纳米线的β-半乳糖苷酶荧光传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
β-半乳糖苷酶作为生物信标分子常用于细胞代谢水平的检测和靶向性确定癌细胞的分布。一般的探针分子检测β-半乳糖苷酶是单波长检测，检测时受背景荧光影响较大，且由于探针分子的疏水作用导致其在细胞内的稳定性较差，随细胞代谢被迅速排出细胞外，导致检测结果的精确性较差。将探针分子固定到纳米载体上，既能实现小范围的检测又能防止探针分子随细胞代谢离开。硅纳米材料因为其具有细胞毒性小，表面积大，且表面易修饰的特点常被选做纳米载体。目前，有很多基于硅纳米材料的传感器，2001年，Lieber等人在Science上首次报道了基于硅纳米线的pH和钙离子电化学传感器，通过电导率的改变进行pH和生物分子的识别(CuiY,WeiQQ,ParkHK,LieberCM(2001)Nanowirenanosensorsforhighlysensitiveandselectivedetectionofbiologicalandchemicalspecies.Science293:1289–1292)。但是电化学传感器容易受电磁干扰，影响检测的灵敏度。且电化学检测需要参比电极，受尺寸的限制，做到单细胞检测十分困难。相比之下荧光检测可以很好地避免电化学检测中需要面对的诸多问题，基于此，2008年，Shi(LXMu,WSShi,JCChang,STLee.Siliconnanowires-basedfluorescencesensorforCu(II).NanoLett,2008,8,104)等人在NanoLett上首次报道了基于硅纳米线的荧光化学铜离子传感器。相较单纯的探针分子检测，基于硅纳米线的传感器检测灵敏度有很大的提高。在此基础上，研究人员又利用硅纳米线先后制备了检测NO、H2S、碱性磷酸酶等的传感器。这些工作显示了硅纳米线荧光传感器与有机小分子相比，在传感器的选择性和灵敏度方面有所改善，尤其是可以通过将单根硅纳米线传感器插入细胞特定部位进行检测，在亚细胞器检测方面有明显优势。然而，这些硅纳米线荧光传感器都是基于硅纳米线表面的氧化层进行修饰，将分子共价修饰到硅纳米线的表面，耗费时间，共价连接效率偏低。因此，需要提供节省时间，操作简单，并不会影响传感器效率的利用荧光分子和硅纳米线之间的物理吸附作用制作单根的硅纳米线传感器具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器。本专利技术的第二个目的在于提供基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器的应用。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术一种基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器，所述荧光传感器是表面物理吸附有β-半乳糖苷酶特异性响应分子的单根硅纳米线。所述β-半乳糖苷酶特异性响应分子是通过对能与β-半乳糖苷酶响应的吡喃糖分子进行酯化，连接荧光分子4-氨基-1,8-萘二甲酸酐形成的。所述的硅纳米线是由化学刻蚀法制备得到的直径为200-400nm，长度为120-150μm的硅纳米线。本专利技术一种基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：1)室温下，氧化银、对羟基苯甲醛加入到2,3,4,6-四乙酰基-α-D-吡喃糖溴化物的乙腈溶液中搅拌14-18小时，过滤纯化，得到产物1；2)产物1溶解在三氯甲烷和异丙醇的混合溶液中，冰浴，分批加入硼氢化钠，室温下搅拌3-5小时，点板跟踪反应，加入10％的柠檬酸钠溶液猝灭反应，10％的碳酸氢钠溶液清洗三次，水洗一次，有机相用无水硫酸镁干燥，纯化得到产物2；3)4-氨基-1,8-萘二甲酸酐溶于无水乙醇中，加入1-丁胺，氮气保护下加热到80-90℃，避光反应16-24小时，旋干柱色谱分离，得到产物3；4)将产物3和4-二甲氨基吡啶溶解到甲苯中，慢慢滴加与产物3等物质的量的三光气的甲苯溶液，混合物氮气氛围下加热回流3-5小时，冷却至室温，反应体系用二氯甲烷稀释，过滤，滤液中加入产物2，反应体系在室温下反应3-5小时，旋干柱色谱分离，得到最终产物4；5)室温下将化学刻蚀法制得的硅纳米线浸泡在溶解的产物4的乙醇溶液中，震荡24-28小时，离心洗净，得到基于硅纳米线的β-半乳糖苷酶荧光传感器。进一步，步骤1)中所述氧化银、对羟基苯甲、2,3,4,6-四乙酰基-α-D-吡喃糖溴化物的摩尔比为2:1-2:1-2；优选的为2:1:1.步骤2)中所述产物1与硼氢化钠的摩尔比为2:1-3；优选的为1:1。步骤3)中所述4-氨基-1,8-萘二甲酸酐与1-丁胺的摩尔比为1-2:1；优选的为1:1。步骤4)中所述产物3、4-二甲氨基吡啶、三光气、产物2的摩尔比为2:1-2:1-2:1-2；优选的为2:1:1:2。本专利技术中所述的化学刻蚀法制备单根硅纳米线的方法是：取不同尺寸的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗(超声清洗的时间为10～30分钟)，将清洗后的硅片置于含有浓度为3～8mmol/L的AgNO3和2～7mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡(一般浸泡的时间为8分钟)，将硅片取出后浸入含有浓度为2～7mol/L的HF和0.05～0.4mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为50℃的水浴保温，60-120分钟后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)：浓硝酸(质量浓度为36％)的体积比为3：1的混合液中，浸泡0.5～2.5小时后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由硅纳米线构成的硅纳米线阵列；将硅纳米线阵列放入马弗炉高温加热600-800℃，200-240分钟。取出冷却至室温，超声使硅纳米线从基底上脱落，离心收集硅纳米线。所述的硅纳米线是由化学刻蚀法制备得到的直径为200-400nm，长度为120-150μm的硅纳米线。通过上述方法制备得到的基于单根硅纳米线的β-半乳糖苷酶的荧光传感器是通过对能与β-半乳糖苷酶响应的吡喃糖分子进行酯化，连接荧光分子4-氨基-1,8-萘二甲酸酐组成对β-半乳糖苷酶特异性响应的分子，物理吸附在单根硅纳米线表面形成基于硅纳米线的β-半乳糖苷酶荧光传感器。因此，该β-半乳糖苷酶的荧光传感器的发光基团是4-氨基-1,8-萘二甲酸酐；对β-半乳糖苷酶的响应基团是酯化的吡喃糖。本专利技术还公开了一种基于单根硅纳米线的β-半乳糖苷酶的荧光传感器在在含有酯酶的体系中β-半乳糖苷酶的检测中的应用。本专利技术传感器响应原理：首先酯酶会水解吡喃糖上的酯基，形成羟基吡喃糖。羟基吡喃糖是β-半乳糖苷酶的特异性分子，和β-半乳糖苷酶作用后，作为连接分子的苯甲基与4-氨基-1,8-萘二甲酸酐分子分离，从而发光波长红移，使硅纳米线传感器的荧光发射波长从蓝光波段移至绿光波段。本专利技术当溶液体系中不含有酯酶和β-半乳糖苷酶或只存在酯酶或β-半乳糖苷酶时基于单根硅纳米线的β-半乳糖苷酶的荧光传感器发蓝色荧光，只有当酯酶和β-半乳糖苷酶同时存在时基于单根硅纳米线的β-半乳糖苷酶的荧光传感器发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单根硅纳米线的检测β‑半乳糖苷酶的荧光传感器，其特征在于：所述荧光传感器是表面物理吸附有β‑半乳糖苷酶特异性响应分子的单根硅纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种基于单根硅纳米线的检测β-半乳糖苷酶的荧光传感器，其特征在于：所述荧光传感器是表面物理吸附有β-半乳糖苷酶特异性响应分子的单根硅纳米线。2.根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于：所述β-半乳糖苷酶特异性响应分子是通过对能与β-半乳糖苷酶响应的吡喃糖分子进行酯化，连接荧光分子4-氨基-1,8-萘二甲酸酐形成的。3.根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于：所述的硅纳米线是由化学刻蚀法制备得到的直径为200-400nm，长度为120-150μm的硅纳米线。4.一种制备如权利要求1-3任一所述荧光传感器的方法，其特征在于：1)室温下，氧化银、对羟基苯甲醛加入到2,3,4,6-四乙酰基-α-D-吡喃糖溴化物的乙腈溶液中搅拌14-18小时，过滤纯化，得到产物1；2)所得产物1溶解在体积比为25:8的三氯甲烷和异丙醇的混合溶液中，冰浴，分批加入硼氢化钠固体，室温下搅拌3-5小时，点板跟踪反应，加入10％的柠檬酸钠溶液猝灭反应，10％的碳酸氢钠溶液清洗三次，水洗一次，有机相用无水硫酸镁干燥，纯化得到产物2；3)4-氨基-1,8-萘二甲酸酐溶于无水乙醇中，加入1-丁胺，氮气保护下加热到80-90℃，避光反应16-24小时，旋干柱色谱分离，得到产物3；4)将产物3和4-二甲氨基吡啶溶解到甲苯中，慢慢滴加与产物3三光气的甲苯溶液，混合物氮气氛围下加热回流3-5小时，冷却至室温，反应体系用二氯甲烷稀释，过滤，滤液中加入产物2，反应体系在室温下反...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆丽璇，陈敏，师文生，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11