一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法，包括以下步骤：以色谱纸作为纸基底‑采用电沉积技术制备聚苯胺功能化的纸电极‑合成MnO

Preparation of a portable thermosensitive paper-based biosensor chip

The invention discloses a preparation method of a portable thermosensitive paper-based biosensor chip, which comprises the following steps: Taking chromatographic paper as the paper substrate, preparing polyaniline functional paper electrode by electrodeposition technology, and synthesizing MnO

【技术实现步骤摘要】
一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法
本专利技术涉及一种纸基生物传感芯片的制备方法，更具体地说是一种具有热敏响应的便携式纸基生物传感芯片在癌胚抗原检测中的应用。
技术介绍
近年来，人民不仅对物质文化生活提出了更高要求，同时对自我健康状态追踪需求不断提高。然而，中国作为癌症的高发国之一，每年新增癌症病例以及癌症死亡病例高居全球榜首，国人健康状态也因此受到严重威胁。因此，癌症的早期诊断，成为当下研究热点问题之一。目前癌症的诊断，主要是借助医院的影响设备，如B超检查，磁共振成像，内窥镜检查等完成。这些检测方法检测速度快，灵敏度高，然而，均需要借助大型仪器设备来完成，检测成本较高，不适合于相对落后的偏远地区使用。因此，发展一种简单、便携式、高灵敏的肿瘤标志物检测芯片，是科研工作者重点攻克的难题。温度计，是日常生活中常用的一种简单、廉价的测量工具，它是基于液体的热胀冷缩性质制成的，可以用来准确地判断和测量固体、液体、气体等的温度变化。纸基生物传感芯片，是一种以纸基底作为生物分子固载、识别基底，利用生物敏感材料作为识别元件，借助适当的换能器，实现目标物含量检测的便携式器件。以纸基生物传感芯片表面，引入热敏效应材料，通过简单地测量纸芯片表面温度的变化，实现肿瘤标志物灵敏检测，有望为国民提供一种家居式的癌症检测平台，为癌症的早期预警提供重要科学依据。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是制作一种便携式热敏纸基生物传感芯片，以实现癌胚抗原的高灵敏检测。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下措施来实现的：一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）选用色谱纸作为纸基底，利用AI软件，于纸基底上设计亲疏水图案，样式如附图1所示，将纸片裁剪为A4纸大小；（2）利用蜡打印机，于步骤（1）所得纸基底表面打印亲疏水图案，其中，黑色部分是疏水区，白色部分是亲水区；所述亲疏水图案，其特征是：疏水图案宽为9mm，长度为12mm，亲水图案宽为6mm，长度为9mm；（3）将步骤（2）所得纸基底，放于120°C烘箱中，加热2min，使纸基底表面蜡融化，于纸片上下表面间形成疏水墙；（4）采用丝网印刷技术，于步骤（3）所得纸基底上的亲水区域印刷一层导电碳浆，制备得到碳功能化纸电极；利用切纸刀，将碳功能化纸电极进行裁剪，裁剪为宽度为9mm，长度为12mm的碳功能化纸电极；（5）于步骤（4）所得碳功能化纸电极表面，电沉积聚苯胺纳米材料，制备聚苯胺功能化的纸电极；所述聚苯胺功能化的纸电极的制备，包括以下步骤：以步骤（4）所得的碳功能化纸电极为工作电极，于浓度为0.05M的硫酸溶液和浓度为0.1M的苯胺混合液中，在0.8V电位下，室温下电沉积3min，而后，采用循环伏安技术，在-0.3V到1.0V电位区间内，以0.15V/s的速度，电沉积聚苯胺60s，制备得到聚苯胺功能化的纸电极，最后，将聚苯胺功能化的纸电极室温下干燥；（6）以步骤（5）所制备的聚苯胺功能化的纸电极为传感器基底，构建热敏纸基生物传感芯片；所述热敏纸基生物传感芯片的构建，包括以下步骤：首先，合成MnO2纳米粒子和Ag纳米粒子的复合热敏材料，定义为MnO2@Ag：称取0.25g的高锰酸钾粉末，溶解在125mL的水中，室温下搅拌1h，而后向上述溶液中加入2.5mL的油酸溶液，将溶液混合均匀，室温下反应24h，即可得到MnO2纳米粒子，将得到的MnO2纳米粒子离心，依次用乙醇和二次水清洗离心得到的沉淀，即可得到干净的MnO2纳米粒子，将MnO2纳米粒子60°C下真空干燥12h；称取40mg的MnO2纳米粒子放于圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入100微升的3-氨丙基三乙氧基硅烷以及20mL的甲苯溶液，将圆底烧瓶放于120°C油浴锅内，氮气氛围中回流反应10h，获得氨基功能化的MnO2纳米粒子，将氨基功能化的MnO2纳米粒子用甲苯溶液清洗三次，于60°C真空干燥箱中干燥12h；随后，称取20mg的氨基功能化的MnO2纳米粒子，加入到100mL圆底烧瓶中，向圆底烧瓶中加入15mL的乙二醇溶液，在大力搅拌下将溶液加热到140°C，而后，向圆底烧瓶中加入15mL含有0.1g的硝酸银以及3.5g的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，同时，将反应溶液升温到160°C，反应50min，完成MnO2@Ag复合热敏材料的制备；其次，制备信号抗体标记的MnO2@Ag复合热敏材料：移取20微升浓度为20μgmL-1的信号抗体溶液，加入到2mL的MnO2@Ag复合热敏材料中，室温下震荡反应24h，完成信号抗体标记的MnO2@Ag复合热敏材料的制备；紧接着，制备热敏纸基生物传感芯片：于聚苯胺功能化的纸电极表面，滴加50微升的体积浓度为2.5%的戊二醛溶液，室温下反应40min，随后用二次水冲洗纸电极表面，再次将纸电极室温下干燥，而后，向纸电极表面滴加100微升浓度为20μgmL-1的包被抗体溶液，室温下反应2h，二次水冲洗电极表面后，室温下干燥纸电极，随后，采用100微升，质量分数为1%的牛血清白蛋白封锁电极表面残留的活性位点，而后将100微升的不同浓度的癌胚抗原滴加到电极表面，室温下孵化2h，随后二次水冲洗纸电极表面，室温下干燥，最后，移取100微升的信号抗体标记的MnO2@Ag复合热敏材料滴加到纸电极表面，室温下孵化40min后，再次用二次水冲洗纸电极表面，完成热敏纸基生物传感芯片的构建；（7）测定步骤（6）所得纸电极表面温度，完成癌胚抗原的检测；所述纸电极表面温度的测定，其特征是：先在纸电极表面加入80微升的质量分数为10%的过氧化氢溶液，反应3min后，将温度计探头插入到纸电极表面溶液中，读取和记录纸电极表面的实时温度，绘制癌胚抗原与温度间的响应曲线。本专利技术的有益效果（1）选用MnO2@Ag作为复合热敏材料，能够加速过氧化氢分解放出热量，便于采用温度计对目标抗原进行便携式定量分析。（2）所构建的热敏纸基生物传感芯片，能够不适用任何大型设备，完成癌胚抗原的灵敏检测。（3）采用聚苯胺功能化的纸电极作为传感器基底，能够极大的增加生物分子在纸电极表面负载量，提高检测灵敏度。附图说明图1：纸基底表面亲疏水图案。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面通过实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法，具体制备工艺如下：（1）选用色谱纸作为纸基底，利用AI软件，于纸基底上设计亲疏水图案，将纸片裁剪为A4纸大小；（2）利用蜡打印机，于步骤（1）所得纸基底表面打印亲疏水图案，其中，黑色部分是疏水区，白色部分是亲水区；所述亲疏水图案，其特征是：疏水图案宽为9mm，长度为12mm，亲水图案宽为6mm，长度为9mm；（3）将步骤（2）所得纸基底，放于120°C烘箱中，加热2min，使纸基底表面蜡融化，于纸片上下表面间形成疏水墙；（4）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法，其特征在于该方法的制备步骤如下：/n（1）选用色谱纸作为纸基底，利用AI软件，于纸基底上设计亲疏水图案，将纸片裁剪为A4纸大小；/n（2）利用蜡打印机，于步骤（1）所得纸基底表面打印亲疏水图案，其中，黑色部分是疏水区，白色部分是亲水区；/n所述亲疏水图案，其特征是：疏水图案宽为9 mm，长度为12 mm，亲水图案宽为6 mm，长度为9 mm；/n（3）将步骤（2）所得纸基底，放于120 °C烘箱中，加热2 min，使纸基底表面蜡融化，于纸片上下表面间形成疏水墙；/n（4）采用丝网印刷技术，于步骤（3）所得纸基底上的亲水区域印刷一层导电碳浆，制备得到碳功能化纸电极；利用切纸刀，将碳功能化纸电极进行裁剪，裁剪为宽度为9 mm，长度为12 mm的碳功能化纸电极；/n（5）于步骤（4）所得碳功能化纸电极表面，电沉积聚苯胺纳米材料，制备聚苯胺功能化的纸电极；/n所述聚苯胺功能化的纸电极的制备，包括以下步骤：以步骤（4）所得的碳功能化纸电极为工作电极，于浓度为0.05 M的硫酸溶液和浓度为0.1 M的苯胺混合液中，在0.8 V电位下，室温下电沉积3 min，而后，采用循环伏安技术，在-0.3 V到1.0 V电位区间内，以0.15 V/s的速度，电沉积聚苯胺60 s，制备得到聚苯胺功能化的纸电极，最后，将聚苯胺功能化的纸电极室温下干燥；/n（6）以步骤（5）所制备的聚苯胺功能化的纸电极为传感器基底，构建热敏纸基生物传感芯片；/n所述热敏纸基生物传感芯片的构建，包括以下步骤：首先，合成MnO...

【技术特征摘要】
1.一种便携式热敏纸基生物传感芯片的制备方法，其特征在于该方法的制备步骤如下：
（1）选用色谱纸作为纸基底，利用AI软件，于纸基底上设计亲疏水图案，将纸片裁剪为A4纸大小；
（2）利用蜡打印机，于步骤（1）所得纸基底表面打印亲疏水图案，其中，黑色部分是疏水区，白色部分是亲水区；
所述亲疏水图案，其特征是：疏水图案宽为9mm，长度为12mm，亲水图案宽为6mm，长度为9mm；
（3）将步骤（2）所得纸基底，放于120°C烘箱中，加热2min，使纸基底表面蜡融化，于纸片上下表面间形成疏水墙；
（4）采用丝网印刷技术，于步骤（3）所得纸基底上的亲水区域印刷一层导电碳浆，制备得到碳功能化纸电极；利用切纸刀，将碳功能化纸电极进行裁剪，裁剪为宽度为9mm，长度为12mm的碳功能化纸电极；
（5）于步骤（4）所得碳功能化纸电极表面，电沉积聚苯胺纳米材料，制备聚苯胺功能化的纸电极；
所述聚苯胺功能化的纸电极的制备，包括以下步骤：以步骤（4）所得的碳功能化纸电极为工作电极，于浓度为0.05M的硫酸溶液和浓度为0.1M的苯胺混合液中，在0.8V电位下，室温下电沉积3min，而后，采用循环伏安技术，在-0.3V到1.0V电位区间内，以0.15V/s的速度，电沉积聚苯胺60s，制备得到聚苯胺功能化的纸电极，最后，将聚苯胺功能化的纸电极室温下干燥；
（6）以步骤（5）所制备的聚苯胺功能化的纸电极为传感器基底，构建热敏纸基生物传感芯片；
所述热敏纸基生物传感芯片的构建，包括以下步骤：首先，合成MnO2纳米粒子和Ag纳米粒子的复合热敏材料，定义为MnO2@Ag：称取0.25g的高锰酸钾粉末，溶解在125mL的水中，室温下搅拌1h，而后向上述溶液中加入2.5mL的油酸溶液，将溶液混合均匀，室温下反应24h，即可得到MnO2纳米粒子，将得到的MnO2纳米粒子离心，依次用乙醇和二次水清洗离心得到的沉淀，即可得到干净的MnO2纳米粒子，将MnO2纳米粒子60°C下真空干燥12h；称取40mg的MnO2纳米粒子放于...

【专利技术属性】
技术研发人员：于京华，李丽，于海瀚，陈梦琦，燕钊，刘德忠，解景璇，温婷，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37