一种基于离子交换技术及多重放大反应的光致电化学传感器的研制及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于离子交换技术及多重放大反应的光致电化学传感器及其应用。我们成功设计了一种新颖的光电化学(PEC)传感平台，通过银离子和CdTe量子点(QDs)的离子交换反应，对腺苷进行超灵敏检测。当有目标腺苷时，适体与腺苷特异性结合，DNA s1释放出来与发夹DNA(HP1)杂交，进行循环放大。因此，通过多重DNA循环放大产生大量的DNA c，富含大量的胞嘧啶，利用磁珠捕获，在硝酸银和硼氢化钠作用下原位合成Ag NCs。利用HNO3溶解释放出大量的银离子，再与CdTe QDs发生离子交换反应，通过检测CdTe QDs光电信号的变化，实现了对腺苷的高灵敏检测。该PEC传感策略为不同生物分子的快速、超灵敏检测提供了新的思路。

A Photoelectrochemical Sensor Based on Ion Exchange Technology and Multiple Amplification Reaction and Its Application

The invention discloses a photoelectrochemical sensor based on ion exchange technology and multiple amplification reaction and its application. We have successfully designed a novel photoelectrochemical (PEC) sensing platform to detect adenosine by ion exchange reaction between silver ions and CdTe quantum dots (QDs). When the target adenosine is present, the aptamer specifically binds to adenosine, and DNA S1 is released and hybridized with hairpin DNA (HP1) for cyclic amplification. Therefore, a large amount of DNA C is produced by multiplex DNA amplification, which is rich in cytosine. Ag NCs are synthesized in situ under the action of silver nitrate and sodium borohydride by magnetic beads capture. A large number of silver ions were released by HNO_3 dissolution, and then exchanged with CdTe QDs. By detecting the change of CdTe QDs photoelectric signal, a highly sensitive detection of adenosine was realized. The PEC sensing strategy provides a new idea for rapid and ultra-sensitive detection of different biological molecules.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子交换技术及多重放大反应的光致电化学传感器的研制及其应用
：本专利技术涉及了一种基于离子交换技术及多重放大反应的光致电化学传感器的研制新方法；以及利用该光致电化学发光生物传感器结合多重信号放大技术检测腺苷的分析应用。
技术介绍
：生物大分子检测的灵敏度和准确度不仅是非常重要的，而且是生物分析日益增长的需求。这是由于生物分子在很大程度上与某些疾病息息相关，如癌症[Sawyers,C.L.Nature,2008,452(7187):548-552]。人们普遍认识到，在疾病的早期阶段，相关生物标记的浓度通常处于相对较低的水平[Lei,J.,Ju,H.Cheminform,2012,43(24):2122-2134]。因此，为适应临床诊断和疾病治疗的需要，对信号放大策略的设计进行了多方面的研究，以达到临床诊断和治疗的目的。经过多年的发展，信号放大策略通常是通过增加信号分子在纳米粒子上的加载来标记识别分子[Divsar,F.,Ju,H.ChemicalCommunications,2011,47(35):9879-9881]。信号分子包括酶[Nam,J.M.,Thaxton,C.S.,Mirkin,C.A.Science,2003,301(5641):1884-1886]或纳米颗粒(NPs)[Zhang,S.,Zhong,H.,Ding,C.AnalyticalChemistry,2008,80(19):7206-7212]等。在一个传感器表面聚集大量的酶分子可以有效地催化相关的反应产生活性分子来进行目标检测[Ji,H.,Yan,F.,Lei,J.,et.al.AnalyticalChemistry,2012,84(16):7166-7171]。同时具有高催化活性、良好的导电性和良好生物相容性的功能性纳米材料能够加速信号转导，从而提高信号的检测限。另一方面，它们可以通过增加信号标记的加载密度来放大信号，从而实现高灵敏检测。近年来，将目标DNA循环作为一种信号放大策略引起了相当大的关注，因为它对目标分析的检测灵敏度有显著提高[Wang,S.,Fu,B.,Wang,J.,et.al.AnalyticalChemistry,2014,86(6):2925-2930]。目标DNA循环方法通常在多核酶的各种核酸内切酶[Connolly,A.R.,Trau,M.AngewandteChemieInternationalEdition,2010,49(15):2720-2723]、聚合酶[Liu,S.,Lin,Y.,Wang,L.,et.al.AnalyticalChemistry,2014,86(8):4008-4015]、和核酸外切酶[Gao,Y.,Li,B.AnalyticalChemistry,2013,85(23):11494-11500]上进行操作，以间接地放大目标分析物的数量，产生很强的可检测信号。因此，这一策略在目标DNA分析有很大的发展潜力。离子交换技术是无毒害的，发生在两电解质或电解质溶液和复合物之间的，广泛用来表示纯化和分离的过程[Chen,D.,Shen,W.,Wu,S.,et.al.Nanoscale,2016,8(13):7172-7179]。总的来说，离子交换技术利用目标分析的预浓缩过程[Silbernagel,R.,Shehee,T.C.,Caroline,H.Martin.,et.al.ChemistryofMaterials,2016,28(7).2254-2259]，可以提高检测方法的灵敏度和选择性。利用离子交换反应进行化学分析，可应用于离子的回收，以及水的净化包括“超纯”水的制备[Tamura,H.JournalofColloid&InterfaceScience,2004,279(1):1-22]。令人鼓舞的是，基于离子交换的纳米技术的迅速发展以及用于产生、操作和部署纳米材料的过程为新分析工具和仪器的先进开发提供了可能[Xu,Y.,Wu,R.,Zhang,J.,et.al.ChemicalCommunications,2013,49(59):6656-6658]。半导体纳米晶体不断的进步发展，为建立一个高效的光电化学(PEC)检测平台提供了可能，特别是量子点卓越的性能[Zhao,W.W.,Xu,J.J.,Chen,H.Y.ChemicalSocietyReviews,2015,44(3):729-741]，如光电流转换效率高，与单个光子生成的多个电荷载体，大型光学横截面，可调带隙[Fan,G.C.,Zhu,H.,Du,D.,et.al.AnalyticalChemistry,2016,88(6):3392-3399]，使其成为有潜力的光电化学活性材料。CdTeQDs半导体纳米粒子，具有特殊的光稳定性，它的容量带隙为1.54伏特，导带能和价带能量分别为-1.0和0.54(vs.NHE)[Ma,Z.Y.,Pan,J.B.,Lu,C.Y.,et.al.ChemicalCommunications,2014,50(81):12088-12090]。黄等人用CdTeQDs对硒进行敏感的视觉检测，通过Cd和Se元素之间的离子交换反应[Jin,H.B.,Kamat,P.V.AcsNano,2009,3(6):1467-1476]。同时，在纳米晶体的阳离子交换反应的基础上，研究小组也利用CdTeQDs来进行银离子的分析[Huang,K.,Xu,K.,Zhu,W.,et.al.AnalyticalChemistry,2016,88(1):789-795]。实验结果表明，在CdTe离子纳米晶体中，Cd2+离子可以被Ag+置换，形成CdTe和Ag2Te混合溶液。这一发现为生物分子的发展提供了一种新的方向，利用银纳米粒子和CdTeQDs通过离子交换进行光电信号检测。在本专利技术中我们利用Ag+与CdTeQDs离子交换技术以及多重循环放大反应进行光电分析，实现了对腺苷的高灵敏检测。首先合成了新型的CdTeQDs，具有良好的光电性能，能够与Ag+发生离子交换反应，使信号发生改变。最终实现了对腺苷的高灵敏的检测。
技术实现思路
：本专利技术的目的之一是提供一种具有良好光致电化学发光(PEC)性能的传感器，它通过多重循环放大产生富含胞嘧啶(C)的DNA单链，通过NaBH4原位还原AgNO3合成大量银纳米簇AgNCs，之后用硝酸溶解出Ag+，与CdTeQDs发生离子交换。具体包括以下步骤：步骤一制备MPA-CdTeQDs前驱体NaHTe的制备：在高纯氮气保护下将50mgNaBH4和80mgTe粉放于反应容器中，加入2mlH2O，磁力搅拌发生反应，可以适当温度的水浴中使反应加快，当溶液颜色变为深紫色时或者无氢气产生时，说明有NaHTe生成，继续通氮气待用。生成CdTeQDs：将20μL巯基乙酸加入到30mL1.25mMCdCl2溶液中，用0.2MNaOH调节溶液pH＝8(以实际测量为准，滴加NaOH后，溶液有澄清变为白色浑浊，继续边搅拌边滴加，直至溶液由浑浊再次变为澄清)。之后溶液通入氮气30min，除去氧气，之后将刚制备的前驱体NaHTe取500μL加入到反应体系中(注意不要将前驱体中未反应的沉淀物加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离子交换技术以及多重循环放大反应的光致电化学传感器，其特征是：通过核酸内切酶辅助的多重循环放大策略，产生大量的含富C(胞嘧啶)的DNA链，然后原位合成银纳米簇，之后通过硝酸溶解产生银离子，与CdTe量子点发生离子交换反应，产生Ag2Te(无光电信号)，导致光电信号降低，实现了对腺苷的高灵敏检测。

【技术特征摘要】
1.一种基于离子交换技术以及多重循环放大反应的光致电化学传感器，其特征是：通过核酸内切酶辅助的多重循环放大策略，产生大量的含富C(胞嘧啶)的DNA链，然后原位合成银纳米簇，之后通过硝酸溶解产生银离子，与CdTe量子点发生离子交换反应，产生Ag2Te(无光电信号)，导致光电信号降低，实现了对腺苷的高灵敏检测。2.一种制备权利要求1所述的基于离子交换和多重循环放大技术光致电化学传感器，其特征方法由下列步骤组成：步骤一制备MPA-CdTeQDs前驱体NaHTe的制备：在高纯氮气保护下将50mgNaBH4和80mgTe粉放于反应容器中，加入2mLH2O，磁力搅拌发生反应，可以适当温度的水浴中使反应加快，当溶液颜色变为深紫色时或者无氢气产生时，说明有NaHTe生成，继续通氮气待用。生成CdTeQDs：将20μL巯基乙酸加入到30mL1.25mMCdCl2溶液中，用0.2MNaOH调节溶液pH＝8(以实际测量为准，滴加NaOH后，溶液有澄清变为白色浑浊，继续边搅拌边滴加，直至溶液由浑浊再次变为澄清)。之后溶液通入氮气30min，除去氧气，之后将刚制备的前驱体NaHTe取500μL加入到反应体系中(注意不要将前驱体中未反应的沉淀物加入到反应体系中)，混合溶液在氮气保护下加热至沸腾，回流8h，即可制得MPA-CdTeQDs，然后冷却到室温下盛放于棕色瓶中待用。步骤二核酸的预处理配制pH＝7.4的TE缓冲溶液(10mMEDTA,1.0mMTris-HCl和12.5mM的MgCl2)作为DNA的稀释液。DNA在使用前，首先在12000rpm下离心1min，使DNA收集至管底，然后按照具体要求配制成浓度均为100μM(即10-4M)溶液，然后将S1、HP1、HP2、Aptamer稀释成10-6M，于4℃下保存备用。待测腺苷预先配制出其浓度梯度10-8M、10-9M、10-10M、10-11M、10-12M、10-13M、10-14M、10-15M，4℃下保存备用。步骤三腺...

【专利技术属性】
技术研发人员：接贵芬，高晓姗，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37