一种检测凝血酶的纸基光致电化学免疫传感器的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二氧化钛‑钒酸铋异质结微流控纸芯片光致电化学免疫传感器的构建方法，实现低浓度凝血酶的定量检测。利用蜡打印和激光切割技术在纸上确定亲疏水区域，并借助丝网印刷技术，印制三电极。利用水热法合成二氧化钛‑钒酸铋异质结，实现有效地促进载流子分离，产生较强的光电流信号。将硫化铅量子点‑发夹结构3连接到二氧化钛‑钒酸铋异质结表面，当凝血酶存在时，通过核酸内切酶辅助的信号放大策略及杂交链式反应，改变硫化铅量子点与异质结间的距离，实现对凝血酶高灵敏检测。

A Paper-based Photoelectrochemical Immunosensor for Thrombin Detection

The invention discloses a construction method of a photoelectrochemical immunosensor based on titanium dioxide bismuth vanadate heterojunction microfluidic paper chip to realize the quantitative detection of low concentration thrombin. Wax printing and laser cutting technology were used to determine the hydrophilic and hydrophobic areas on paper, and screen printing technology was used to print three electrodes. Titanium dioxide bismuth vanadate heterojunction was synthesized by hydrothermal method to effectively promote carrier separation and generate strong photocurrent signals. Lead sulfide quantum dots hairpin structure 3 was connected to the surface of titanium dioxide bismuth vanadate heterojunction. When thrombin was present, the distance between lead sulfide quantum dots and heterojunction was changed by endonuclease-assisted signal amplification strategy and hybridization chain reaction to realize high sensitivity detection of thrombin.

【技术实现步骤摘要】
一种检测凝血酶的纸基光致电化学免疫传感器的构建方法
本专利技术涉及复合纳米材料技术、光致电化学分析检测技术及凝血酶检测
，更具体地说是基于二氧化钛-钒酸铋异质结和核酸内切酶辅助的信号放大策略特异性检测凝血酶的光致电化学免疫传感器的构建。
技术介绍
凝血酶(TB)是一种由凝血酶前体形成的丝氨酸蛋白质水解酶，可催化血浆中可溶性纤维蛋白原转变为不溶性纤维蛋白，具有促进和调控凝血等作用，在揭示肿瘤的发生机制及作为早期诊断、疗效及愈后判断依据等方面有重大意义。机体内TB水平过高，会引起血栓栓塞性疾病，而水平过低，会导致出血过多，危害人体健康。因此构建高灵敏的免疫传感器用于TB定量检测刻不容缓。现如今，构建免疫传感器的方法主要有电化学、电化学发光和光致电化学(PEC）法等。其中PEC免疫分析法具有成本低、环保和易于集成化等优点。且由于激发光源和检测信号完全分离，PEC免疫传感器具有背景信号低、灵敏度高、响应速度快等优势，被广泛应用于TB定量检测。目前，已经构建的用于检测TB的PEC免疫传感器中，最常用的方法是直接检测待测液中TB的含量。尽管这些PEC免疫传感器能够达到一定的分析灵敏度，但很难实现较低浓度TB的定量检测。鉴于此情况，迫切需要设计一种操作简单、灵敏度高、检测低浓度TB的PEC免疫传感器。众所周知，PEC免疫传感器的灵敏度与光敏材料的光电转换效率密切相关。二氧化钛纳米片(TiO2NSs)作为本专利技术的光敏材料，具有高光催化活性、大比表面积大，优良化学和光化学稳定性等优势。但TiO2NSs作为宽带隙(3.2eV)半导体材料，只能吸收紫外激发光，且其光生电子-空穴对复合速率过快，导致光电转换效率较差。为解决这些问题，将TiO2NSs与其他窄带隙半导体复合，可显著提高TiO2NSs的光电转换效率。钒酸铋(BiVO4)作为窄带隙(2.4eV)的半导体材料，其导带位置比TiO2NSs导带位置低，与TiO2NSs配对可产生能带电势差，且由于BiVO4与TiO2NSs不同的能带结构会产生耦合作用，因而BiVO4与TiO2NSs复合形成TiO2NSs-BiVO4异质结，可将材料吸收范围拓展至可见光，有效促进光生载流子的转移，进而抑制电子-空穴对的复合，提高PEC传感器的灵敏度。
技术实现思路
在本专利技术中，我们构建了基于高性能TiO2NSs-BiVO4异质结的PEC免疫传感器，用于TB定量检测。利用水热法合成高性能的TiO2NSs-BiVO4异质结，有效地促进载流子分离，产生较强的光电流信号。一端连接硫化铅量子点(PbSQDs)的发夹结构(HP3)固定于电极表面，形成TiO2NSs-BiVO4-PbSQDs结构，进一步促进光生载流子分离，产生更强的光电流信号。当TB存在时，通过核酸内切酶辅助的信号放大策略，将有限数量的TB转化为放大倍数的目标DNA并与HP3杂交，PbSQDs远离电极表面，TiO2NSs-BiVO4-PbSQDs结构被破坏，同时PbSQDs与TiO2NSs-BiVO4竞争光能和电子供体，产生的光电流信号急剧降低，通过检测TB加入前后光电流信号的变化，实现TB的准确、灵敏、低浓度检测。本专利技术是通过以下实验方案来实现：（1）制备微流控纸芯片：用计算机设计微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案，式样如附图1所示，该微流控纸芯片包括两个蜡打印图案分别为A和B，单个单元尺寸为15~35mm，亲水区域直径尺寸为5~9mm，其中B亲水区域用于合成TiO2NSs-BiVO4异质结。（2）制备TiO2NSs：首先B亲水区域表面丝网印刷银(Ag)，干燥后以导电面向下的方式倾斜放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中；称取0.1~10g草酸钛钾氧化物加入5~50mL超纯水中，室温搅拌5min，加入10~50mL一缩二乙二醇，继续搅拌30min得到混合溶液并转移至内衬中，封闭拧紧反应釜，于预热的160℃烘箱内恒温反应2~8h；反应完毕后，取出样品，用超纯水彻底清洗3次，于真空干燥箱中60℃干燥6h。（3）制备TiO2NSs-BiVO4异质结：称取0.1~10g偏钒酸铵，1~10g硝酸铋，10~100mL(2molL-1)硝酸，室温混合并用氨水调节溶液pH值至9，继续搅拌30min得到混合溶液并转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将步骤（2）制备的TiO2NSs以导电面向下的方式放入内衬中，封闭拧紧反应釜，于预热的120℃烘箱内恒温反应1~6h，取出样品，用超纯水冲洗3次，于真空干燥箱中60℃干燥6h。（4）制备PbSQDs及PbSQDs-发夹结构(HP)3：量取20μL巯基乙酸，10~30mL(4.5mM)Pb(NO3)2水溶液，室温混合并搅拌30min，用氢氧化钠调节混合溶液pH值至11。通入30min氮气(N2)后，加入1~5mL(0.015mM)硫化钠。在N2气氛下继续搅拌4h，取出样品，离心洗涤。量取20μLPbSQDs溶液加入10~40μL含有20mgmL-11-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和10mgmL-1N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶液中，室温活化30min，离心洗涤后，加入20μL5’端修饰羧基的HP3且其碱基序列如核苷酸序列表所示，室温保持1h，即制得PbSQDs-HP3溶液。（5）制备磁珠(MB)-HP2：量取40μLMB，加入10~50μL含有20mgmL-1EDC和10mgmL-1NHS溶液中，室温活化30min，加入10~30μL3’端修饰氨基的HP2且其碱基序列如核苷酸序列表所示，继续轻轻搅拌2h。磁分离后，得MB-HP2溶液。（6）核酸内切酶辅助的信号放大过程：取1~30μLHP1溶液、1~30μLMB-HP2溶液、1~30μLNIB缓冲液(10×)和不同浓度TB，室温混合并孵育1h。加入1~10μLNt.AlWI，室温孵育2h，随后80℃保温20min，磁分离后获得含不同浓度目标DNA(tDNA)的PBS溶液。（7）光致电免疫传感平台的构建：量取10~40μL壳聚糖滴加到电极表面，室温孵育2h，用1MNaOH和超纯水分别清洗3次，滴加10~40μL戊二醛，室温孵育30min，用超纯水彻底清洗3次，滴加10~40μLPbSQDs-HP3溶液，孵育2h，用pH7.4PBS彻底冲洗3次，滴加10~40μL己硫醇溶液，孵育30min，将步骤（6）所得tDNA溶液滴加到电极表面，室温孵育1h。（8）PEC检测在自制的配备500W氙灯和单色仪的，外部电压为0V，0.1molL-1的AAPBS溶液作为电子供体，激发光源为氙气灯所产生的白光，其光谱范围从200到2500nm，每隔10秒打开，每隔10秒关闭，通过光电流强度与凝血酶浓度之间的关系，实现对凝血酶的检测。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术中，利用水热法制备的TiO2NSs-BiVO4异质结，显著促进光生载流子分离和传输，抑制电子-空穴对的复合，产生较强的光电流信号，显著提高传感器的灵敏度。（2）本专利技术中，PbSQDs-HP3固定于电极表面，形成的TiO2NSs-BiVO4-PbSQDs结构进一步促进光生载流子分离，产生更强的光电流信号。（3）当TB存在时，通过核酸内切酶辅助的信号放大策略，将有限数量的TB转化为放大倍数的目标DNA并与H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 基于二氧化钛‑钒酸铋 (TiO2 NSs‑BiVO4) 异质结特异性检测凝血酶的光致电化学 (PEC) 免疫传感器的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）制备微流控纸芯片；（2）制备二氧化钛纳米棒 (TiO2 NSs)；（3）制备二氧化钛‑钒酸铋异质结 (TiO2 NSs‑BiVO4)；（4）制备硫化铅量子点 (PbS QDs) 及PbS QDs‑发夹结构 (HP) 3；（5）制备磁珠 (MB)‑HP2；（6）构建PEC免疫传感器；（7）PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测。

【技术特征摘要】
1.基于二氧化钛-钒酸铋(TiO2NSs-BiVO4)异质结特异性检测凝血酶的光致电化学(PEC)免疫传感器的制备方法，其特征包括以下步骤：（1）制备微流控纸芯片；（2）制备二氧化钛纳米棒(TiO2NSs)；（3）制备二氧化钛-钒酸铋异质结(TiO2NSs-BiVO4)；（4）制备硫化铅量子点(PbSQDs)及PbSQDs-发夹结构(HP)3；（5）制备磁珠(MB)-HP2；（6）构建PEC免疫传感器；（7）PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测。2.根据权利要求1所述基于TiO2NSs-BiVO4异质结特异性检测凝血酶的PEC免疫传感器的构建方法，制备微流控纸芯片，其特征是：在计算机上设计微流控纸芯片的疏水蜡批量打印图案，该微流控纸芯片的蜡打印图案包括两个颜色区域：灰色区域和浅灰色区域，单个单元尺寸为15~35mm，亲水区域直径尺寸为5~9mm，其中灰色亲水区域用于合成TiO2NSs-BiVO4异质结，所用纸芯片为普通滤纸或色谱纸。3.根据权利要求1所述基于TiO2NSs-BiVO4异质结特异性检测凝血酶的PEC免疫传感器的构建方法，制备TiO2NSs，其特征是：在灰色亲水区域表面丝网印刷银，干燥后以导电面向下的方式倾斜放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中；称取0.1~10g草酸钛钾氧化物加入5~50mL超纯水中，室温搅拌5min，加入10~50mL一缩二乙二醇，继续搅拌30min得到混合溶液并转移至内衬中，封闭拧紧反应釜，于预热的160℃烘箱内恒温反应2~8h；反应完毕后，取出样品，用超纯水彻底清洗3次，于真空干燥箱中60℃干燥6h。4.根据权利要求1所述基于TiO2NSs-BiVO4异质结特异性检测凝血酶的PEC免疫传感器的构建方法，制备TiO2NSs-BiVO4异质结，其特征是：称取0.1~10g偏钒酸铵，1~10g硝酸铋，10~100mL(2molL-1)硝酸，室温混合，用氨水调节溶液pH值至9，继续搅拌30min得到混合溶液并转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将TiO2NSs以导电面向下的方式倾斜放入内衬中，封闭拧紧反应釜，于预热的120℃烘箱内恒温反应1~6h，取出样品，用超纯水冲洗3次，于真空干燥箱中60℃干燥6h。5.根据权利要求1所述基于TiO2NSs-BiVO4异质结特异性检测凝血酶的PEC免疫传感器的构建方法，制备PbSQDs及PbSQDs-HP3，其特征是：量取20μL巯基乙酸与10~30mL(4.5mM)硝酸铅水溶液混合，室温搅拌30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛洁，高超民，于京华，葛慎光，颜梅，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37