一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针的生物传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针的生物传感器及制备方法，该生物传感器包括探针和生物传感器电极，其探针包括纳米片Ti3C2 MXenes、连接分子和生物识别分子1，所述纳米片Ti3C2 MXenes与连接分子通过静电吸附连接，所述连接分子与生物识别分子1通过酰胺基团连接，所述连接分子含有伯胺基团或仲胺基团，且所述连接分子溶于水后能够带有正电荷，所述生物识别分子1为5’端带有羧基的单链DNA序列1，所述单链DNA序列1能够识别外泌体上的CD63蛋白质。本发明专利技术首次发现Ti3C2 MXenes可以改进鲁米诺的电致化学发光，并利用该性质将其制备成探针，进而制备了生物传感器。

A Biosensor Based on Two-dimensional Metal Carbide Catalyzed Luminol Electrochemiluminescence Probe and Its Preparation Method

The invention discloses a biosensor based on a two-dimensional metal carbide catalyzed luminol electrochemiluminescence probe of titanium bicarbonide and a preparation method thereof. The biosensor comprises a probe and a biosensor electrode. The probe comprises a nanosheet Ti3C2 MXenes, a connecting molecule and a bio-recognition molecule 1, and the nanosheet Ti3C2 MXene. S is electrostatically attached to the ligand molecule, and the ligand molecule is connected to the biometric molecule 1 via an amide group. The ligand molecule contains a primary or secondary amine group, and the ligand molecule can be positively charged when dissolved in water. The biometric molecule 1 is a single-stranded DNA sequence 1 with a carboxyl group at the 5'end, and the single-stranded DNA sequence 1 has a carboxyl group at the 5' Chain DNA sequence 1 can recognize CD63 protein on exocrine body. The invention first discovers that Ti3C2 MXenes can improve the electrochemiluminescence of luminol, and uses this property to prepare probes, and then to prepare biosensors.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针的生物传感器及制备方法
本专利技术涉及材料与分析化学领域，具体的，涉及一种新型二维纳米材料-Ti3C2MXenes催化鲁米诺电化学发光以及利用羧基封端的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)聚合物分子的在合适温度下暴露更多活性位点，从而构建电化学发光生物传感器检测外泌体的方法。
技术介绍
外来体是通过内溶酶体途径从多泡体释放的纳米级细胞外囊泡(30～100nm)。外泌体携带丰富的细胞遗传物质，包括跨膜和胞质蛋白、mRNA、DNA和微RNA，从而作为介导细胞间的介质信使。它们具有重要的作用，实验表明它们与疾病有关，特别是与癌症的病发有关，外泌体被认为作为诊断早期癌症的生物标志物，在癌症检测方面具有重要的意义。迄今为止，已经开发了用于外来体检测的各种方法，包括蛋白印迹法、流式细胞术或酶联免疫吸附剂法。这些方法具有的缺点有，需要昂贵的仪器、复杂的技术技能和耗时的操作等。因此，开发简单，灵敏和可靠的外泌体检测方法是一项巨大的挑战。近年来，电致化学发光(ECL)作为一种强大的分析技术，由于其高灵敏度，快速，低的背景噪音，易操作性和低成本等优点，已被广泛用于蛋白质，DNA，酶等一些物质的检测。因此，基于其众多的优点，它可以有望应用于外泌体的检测。MXenes，是最近发现的一个新型二维(2D)早期过渡金属家族碳化物。MXenes是通过从金属导电的MAX相中选择性蚀刻Al元素而制成的，其中，MAX相包括Ti2AlC、Ti3AlC2和Ti4AlC3等多种类型。Ti3C2MXenes是其中的一种，它结合了过渡金属碳化物的金属导电性及羟基或氧封端表面的亲水性质。在本质上，它们表现为“导电粘土”。它们本身具有导电性、催化以及比表面积大等一些性质，这些性质与石墨烯类似，因此基于这些优异的性质，Ti3C2MXenes在催化，生物传感器，污染物处理，超级电容器，锂离子电池等众多应用中显示出巨大的前景。然而截止目前，关于Ti3C2MXenes在生物传感器和生物医学如癌症治疗、细胞摄取和抗菌活性等方面的应用报道很少。因此，基于Ti3C2MXenes优异的催化以及导电等性质，Ti3C2MXenes显示出制造高灵敏度ECL生物传感器的潜力。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光的生物传感器的探针，可以改进鲁米诺的电致化学发光。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针，包括纳米片Ti3C2MXenes、连接分子和生物识别分子1，所述纳米片Ti3C2MXenes与连接分子通过静电吸附连接，所述连接分子与生物识别分子1通过酰胺基团连接，所述连接分子含有伯胺基团或仲胺基团，且所述连接分子溶于水后能够带有正电荷，所述生物识别分子1为5’端带有羧基的单链DNA序列1，所述单链DNA序列1能够识别外泌体上的CD63蛋白质。本专利技术的专利技术人首次发现Ti3C2MXenes可以改进鲁米诺的电致化学发光，所以希望将Ti3C2MXenes制备成鲁米诺电化学发光的生物传感器的探针，然而在对Ti3C2MXenes修饰过程中，发现难以对Ti3C2MXenes进行修饰。经过进一步研究发现纳米片Ti3C2MXenes分散在水中，其表面带有负电荷，因而采用的溶于水能够带有正电荷以及氨基的物质与纳米片Ti3C2MXenes连接，便于Ti3C2MXenes与单链DNA序列1进行连接，从而获得了基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针。本专利技术的目的之二是提供一种上述探针的制备方法，将连接分子与纳米片Ti3C2MXenes置于水中混合均匀后，搅拌一段时间离心获得沉淀，将获得的沉淀与生物识别分子1进行酰胺反应即可获得。本专利技术的目的之三是提供一种与上述探针配合使用的生物传感器电极，玻碳电极表面通过金纳米颗粒修饰，金纳米颗粒与至少含有两个氨基的分子中的一个氨基通过酰胺基团进行连接，至少含有两个氨基的分子中的另一个氨基与羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)中的一个羧基通过酰胺基团使羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺与至少含有两个氨基的分子进行连接，羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺中的另一个羧基与生物识别分子2通过酰胺基团使羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺与生物识别分子2进行连接，其中，生物识别分子2为5’端带有氨基的单链DNA序列2，所述单链DNA序列2能够识别外泌体上的EpCAM蛋白质。金纳米颗粒表面含有羧基，通过至少含有两个氨基的分子与羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺进行连接，由于羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺在室温条件下聚合物链伸展，使其暴露多个适配体的活性位点，因而能够使电极捕获更多的外泌体。本专利技术的目的之四是提供一种上述生物传感器电极的制备方法，将金纳米颗粒分散液滴加至玻碳电极表面使金纳米颗粒附着在玻碳电极表面，通过酰胺反应将至少含有两个氨基的分子连接至金纳米颗粒，再通过酰胺反应使羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺与至少含有两个氨基的分子连接，然后通过酰胺反应使生物识别分子2与羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺连接。本专利技术的目的之五是提供一种电致化学发光的生物传感器，包括上述探针和生物传感器电极。本专利技术的目的之六是提供一种电致化学发光的试剂盒，包括上述探针、生物传感器电极及鲁米诺。本专利技术的目的之七是提供一种上述探针、生物传感器电极、生物传感器或试剂盒在电致化学发光检测外泌体中的应用。本专利技术的目的之八是提供一种电致化学发光检测外泌体的方法，将上述生物传感器电极浸没至待测外泌体溶液中，使外泌体附着在生物传感器电极上，然后将附着外泌体生物传感器电极浸没至上述探针溶液中，使探针附着在生物传感器电极的外泌体上，从而组成探针和生物传感器电极夹载外泌体的生物传感器，对探针和生物传感器电极夹载外泌体的生物传感器进行电化学发光检测即可。本专利技术的有益效果为：本专利技术首次发现Ti3C2MXenes可以改进鲁米诺的电致化学发光，并利用该性质将Ti3C2MXenes制备成探针，然后针对该探针制备获得了与之配合使用的生物传感器电极，从而获得了生物传感器，采用该生物传感器成功对外泌体进行检测，且在外泌体的浓度为5×105～5×109个/mL范围内，该生物传感器的电化学发光信号的大小与外泌体的浓度的对数呈线性关系，相关系数R＝0.9740，检测限为2.5×105个/mL。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为电化学发光生物传感器制备机理图；图2为实施例1制备的Ti3C2MXenes的扫描电镜(SEM)照片；图3为实施例1制备的电化学发光生物传感器的电致化学发光强度与外泌体浓度的关系图，其中，a为5.0×105个/mL，j为5.0×109个/mL。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针，其特征是，包括纳米片Ti3C2MXenes、连接分子和生物识别分子1，所述纳米片Ti3C2MXenes与连接分子通过静电吸附连接，所述连接分子与生物识别分子1通过酰胺基团连接，所述连接分子含有伯胺基团或仲胺基团，且所述连接分子溶于水后能够带有正电荷，所述生物识别分子1为5’端带有羧基的单链DNA序列1，所述单链DNA序列1能够识别外泌体上的CD63蛋白质；优选的，所述连接分子为聚乙烯亚胺。

【技术特征摘要】
1.一种基于二碳化三钛二维金属碳化物催化鲁米诺电化学发光探针，其特征是，包括纳米片Ti3C2MXenes、连接分子和生物识别分子1，所述纳米片Ti3C2MXenes与连接分子通过静电吸附连接，所述连接分子与生物识别分子1通过酰胺基团连接，所述连接分子含有伯胺基团或仲胺基团，且所述连接分子溶于水后能够带有正电荷，所述生物识别分子1为5’端带有羧基的单链DNA序列1，所述单链DNA序列1能够识别外泌体上的CD63蛋白质；优选的，所述连接分子为聚乙烯亚胺。2.如权利要求1所述的探针，其特征是，所述单链DNA序列1由5’至3’的序列为TTTTTTCACCCCCACCTCGCTCCCGTGACACTAATGCTA。3.一种权利要求1或2所述的探针的制备方法，其特征是，将连接分子与纳米片Ti3C2MXenes置于水中混合均匀后，搅拌一段时间离心获得沉淀，将获得的沉淀与生物识别分子1进行酰胺反应即可获得；优选的，搅拌时间为1～1.5h；离心分离的转速超过10000rpm；优选的，所述酰胺反应的反应体系为1-(3-(二甲基氨基)丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺钠盐。4.一种与权利要求1或2所述的探针配合使用的生物传感器电极，其特征是，玻碳电极表面通过金纳米颗粒修饰，金纳米颗粒与至少含有两个氨基的分子中的一个氨基通过酰胺基团进行连接，至少含有两个氨基的分子中的另一个氨基与羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺中的一个羧基通过酰胺基团使羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺与至少含有两个氨基的分子进行连接，羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺中的另一个羧基与生物识别分子2通过酰胺基团使羧基封端的聚N-异丙基丙烯酰胺与生物识别分子2进行连接，其中，生物识别分子2为5’端带有氨基的单链DNA序列2，所述单链D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗花，张慧欣，刘洋，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37