本发明专利技术提供了在导电底物上固定生物分子的方法。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在导电底物上固定生物分子的方法，更具体地说，本专利技术涉及的方法是先将生物分子(例如酶和抗体)电沉积在导电底物上，然后将该生物分子进行化学交联，形成不溶于水的物质。生物分子在分析或工业上的广泛应用需要将生物分子固定在底物上。这种固定一般是通过至少将若干分子附加到不溶于水的物理载体物质上，将溶于水的生物分子(例如酶或抗体)转化为不溶于水的复合物。按此固定的生物分子通常能够应用于许多方面，但并不改变其浓度或活性。这种固定的另一个优点在于该生物分子能够仅仅保持在装置或传感器的特定所需的部位，使物质消耗降至最低程度，但可最大限度地检测生物活性。固定的生物分子，例如酶、抗体或糖蛋白(如外源凝集素)的一个重要的分析应用是在生理配体与固定的生物分子作用后，用于检测所选择的生理分子的存在或浓度的生物传感器。令人遗憾的是将已知固定技术与按常规的半导体技术制造的微型电化学生物传感器结合使用时困难颇多。现有半导体技术所制造的传感器，其表面积仅为1.0μm2。由于所制造的生物传感器通常都要求生物分子仅仅沉积在用于监测酶反应产物的工作电极的表面上，因此这样小的面积尺寸表示在传感器制造方面存在着种种困难。沉积在生物传感器的其他面积上的生物分子发生的反应，产生了不能检测到的产物，从而经常损失了昂贵的生物分子。解决沉积生物分子方面存在的上述问题的一个方法决定于推动带电生物分子(例如蛋白、两性分子的脂类或核酸)的移动。在适当的介质中，这类生物分子含有与产生电场的相反电极相连接的正电荷部分或负电荷部分。因此如果在介质中提供两个电极之间的电势位，则可推动介质中所含生物分子的移动和促使在具有与带电分子相反的电极上的沉积。举例来说，Ikariyama等所使用的电泳沉淀技术(J.Electrochem.Soc.136(6)，PP.702-706，1989)。该方法加速了铂粒和葡萄糖氧化酶的一起沉积。由于pH低于葡萄糖氧化酶的等电点4.3，所以在产生镀铂作用的pH时，其具有净正电荷。因此，仅仅用铂离子使葡萄糖氧化酶被吸引到相反电荷的电极上。为了增加已被沉积的酶的稳定性，将传感器浸没在清蛋白和甘油醛的溶液中，使与分子交联。然而由于用以加速酶沉淀所用pH值相当低，该技术能导致酶的失活。Aizawa等报导了电沉淀葡萄糖氧化酶技术的研究(J.Chem.Soc.Japan(Nippon Kagaku Kaishi)，11，pp.2210-2213，1987)。在控制水溶液电位的情况下，葡萄糖氧化酶吸附在铂电极表面上，最佳的沉积条件为0.1伏，Ag/AgCl和pH3。采用该方法获得的最大厚度为4分子层的葡萄糖氧化酶，约等于56×10-9m葡萄糖氧化酶的最大厚度。在pH为3-9的范围内，该技术得到的最佳沉积是在pH3。对要求在反应中配体与生物分子的反应不受速率限制因素的许多目的来说，该技术所得到的超薄沉积层并不适用，其另一个缺点是寿命有限，并且这样薄的固定分子层没有实用意义。因此，本专利技术的目的之一是提供在导电底物上沉积和固定较厚层的生物分子的方法，使配体与生物分子的作用不受速率限制。本专利技术的目的之二是提供在微型电子传感器上能重现的精确的沉积和固定生物分子的方法。本专利技术的目的之三是提供在导电底物上同时沉积和固定大量不同的生物分子的方法。本专利技术的目的之四是提供层厚为10-8-10-5m的沉积和固定生物分子的方法。制备具有由所需种类的生物分子涂覆的导电底物的生物传感电极的方法，包括制备至少一种用于沉积的生物分子的溶液，该溶液是在足以防止生物分子变性并且使用于沉积的不同等电点的各种生物分子都具有相同净电荷符号的范围内经过缓冲的。生物传感电极和反电极都浸没在溶液中，提供电极之间的100毫伏至1伏的电位差，从而产生电流。通过计算使电位随时间而改变，在电极之间保持基本稳定的电流，使生物分子能够移动并沉积在生物传感电极上。在生物传感电极上沉积至所需厚度的生物分子后，通过与适当的交联剂交联可以提高沉积的生物分子膜的稳定性。在较佳的实施例中，含生物分子的溶液是水溶液，生物传感电极和反电极之间的电流选为5mA/cm2左右。在沉积过程中，将电压调高，使电流保持稳定，不受由于生物分子膜的沉积引起生物传感电极电阻增加的影响。沉积持续到膜的平均厚度比生物传感电极高5微米以上。本专利技术的优点之一是其可广泛应用于具有不同几何形状的导电底物。由于生物分子的沉积是以电泳为基础，所以生物分子能够沉积在实际为各种形状或构形的任何导体或半导体上。例如，非常粗糙的导体表面可以均匀地覆盖生物分子膜，或在导体材料的内侧(例如铂管)很容易涂覆生物分子，并且将其插入到用于分析的流动的液流系统中。与许多其他膜沉积技术不同，生物分子的沉积局限于这种电泳技术，所需生物分子仅仅沉积在导体底物附近。本专利技术的优点之二在于能够沉积在生物传感电极上的生物分子层较厚。许多生理测定包括较大数量的需要检测特定生理配体和沉积在生物传感电极上的生物分子间的作用。非常薄的单分子薄膜或厚度小于1微米的薄膜可以发生生理配体和生物分子间的作用，但由于用于反应的生物分子的量很少，所以速率受到限制，降低了传感器的敏感度，产生了生物分子和配体间的非线性作用函数，使测定溶液中的配体数量造成困难。本专利技术的优点之三是由在生物传感电极上的沉积过程中采用稳定电流产生的。即使生物分子的沉积封阻了电极表面并且极大地提高了电阻，也能在生物传感电极上稳定地沉积生物分子。由于在整个沉积过程中生物传感电极的电阻的提高，如果不逐步提高电压，那么电流和生物分子沉积的速率则会降低。沉积速率的减低可以持续到不再沉积，即使沉积的薄膜远低于所要求的厚度。与此相反，本专利技术能够保持稳定的电流，并使电压随着电阻的增加而增加，以至所达到的电压值能使水还原或氧化，形成气泡，从而加速形成厚度为10微米以上的薄膜。本专利技术的优点之四在于其所采用的pH值与形成生物分子的生理pH值相一致。非常厚的蛋白质生物分子(例如酶)膜能够在生理pH值(7.4)的水溶液中沉积，将酶的失活和变性问题减至最低限度，这与沉积酶膜的其他方法不能相比。对本领域专业人员来说，通过对以下列举的实施本专利技术最佳方式的实施例所作的详细说明，显然可以看到本专利技术的其他特征和优点。附图说明图1是在浸没在含有所需生物分子的水流体中的生物传感电极上电沉积生物分子的装置。如图1所示，电沉积装置10适宜于实施本专利技术方法。装置10包括具有能装载液体30的形状的容器12。液体30可以是含有所需种类的生物分子的溶液或悬浮液。电源14供应两个电极20和22之间的基本稳定的电流，该电源具有与生物传感电极22相连接的阳极导线16和与反电极20相连接的阴极导线18。生物传感电极22构成包括生物传感电极22和非导电底物24的生物传感装置25。导线16和18是由能防止浸没在液体30中导电的非导电材料加以绝缘的。如果需要，可通过变换连接，即将导线16和18与电源14连接，使导线16带负电，导线18带正电，从而能使电流方向相反。由于导线16和18都是绝缘的，并且生物传感电极周围的底物24是由非导电材料构成的，所以液体30中所含各种生物分子仅沉积在电荷与液体30中的生物分子相反的电极20或22上。适宜于沉积在电极20或22的生物分子包括但不限于下列本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备具有生物分子组分的生物传感电极的方法，该方法包括：制备用于沉积的至少一种生物分子的溶液，该溶液是在足以防止生物分子变性并由于它们各自不同的等电点，使各种用于沉积的生物分子都具有相同净电荷符号的范围内经过缓冲的；将所述生物传感电极 和反电极都浸没在溶液中；通过选择随时间改变的电势，使用生物传感电极与反电极之间的可变电势小于１伏，以提供电极之间足以使用于沉积的生物分子向所述生物传感电极移动并积累在该电极上的基本稳定的电流。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：KW约翰逊，
申请(专利权)人：伊莱利利公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。