基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法技术

本发明专利技术涉及基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法，其三维石墨烯生物传感器由玻璃基底和三维石墨烯片层组成，所述玻璃基底的上表面两侧设有氧化铟锡(ITO)，两侧氧化铟锡的部分上表面被三维石墨烯片层覆盖，一侧未被三维石墨烯覆盖的部分作为源极，另一侧未被三维石墨烯覆盖的部分作为漏极。本发明专利技术的方法无需标记，操作简单，使用方便，并且在较低的使用电压下具有较高的选择性和特异性，安全性好。

Detection of cancer marker microRNA based on three-dimensional graphene biosensor

【技术实现步骤摘要】
基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法
本专利技术属于核酸检测
，具体涉及一种基于三维石墨烯生物传感器检测癌症标志物MicroRNA的方法。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。MicroRNA(miRNA)是一类长度大约为18-24个核苷酸组成的非编码单链RNA分子，主要由内源基因编码，可以调节真核基因的表达，而且参与多种生物学过程，例如细胞的增殖、分化、凋亡以及RNA的加工、翻译等过程，在生物的基因调控中起着关键作用，可以导致大量疾病和功能性失调，例如大多数疾病的发病机理，神经退行性疾病等，miRNA已经被证实为有一定研究价值的疾病生物标志物。因此，对于生物学研究和临床诊断来说，开发一种灵敏性高、成本低、操作简单的miRNA检测方法至关重要。目前，传统的miRNA的检测技术主要包括Northernblotting、定量即时聚合酶链锁反应(qRT-PCR)、微阵列等方法，然而这些方法还有很多不足之处，例如操作耗时，步骤复杂，灵敏度低和检测范围有限等，因此开发一种灵敏且高效的miRNA检测方法是非常急迫的。近些年来，以纳米材料作为导电基底制备生物传感器在灵敏度、选择性及检测范围内都表现出了优异的性能，其中基于三维石墨烯的场效应管生物传感器(FET)更是表现出了广阔的应用前景。泡沫石墨烯，是一种由碳原子构成的六角型呈蜂巢晶格状的三维石墨烯材料，不但具有二维石墨烯的固有特性，而且还具有很多独特的优良性质，如独特的机械特性，优异的电导率，高比表面积等，使其成为生物传感器领域的优良材料。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供了一种检测癌症标志物MicroRNA的一种三维石墨烯生物传感器，该三维石墨烯生物传感器灵敏度高，操作简单，成本低廉，并且在较低的使用电压下具有较高的灵敏性，安全性好。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，包括：基底；所述基底上表面的两侧设置氧化铟锡；所述基底中部设置有三维石墨烯层；所述三维石墨烯层覆盖部分氧化铟锡；未被覆盖的氧化铟锡分别位于基底的两侧，分别作为源极和漏极。本专利技术的原理为：选用三维石墨烯为导电层制备场效应管生物传感器，以互补DNA作为探针将其固定在生物传感器件导电沟道，让待测miRNA溶液在导电沟道表面流过，由于碱基互补配对原则，待测miRNA通过探针吸附在导电沟道表面，使导电材料表面电势发生变化，通过电路系统记录电势变化，从而传输探针与互补miRNA相互作用的电化学信号。本专利技术中对基底材料的类型并不做特别的限定，因此，在一些实施例中，所述基底为玻璃基底，以提高负载效率和检测效率；在一些实施例中，所述石墨烯层的上表面设有样品池，所述样品池的池底为三维石墨烯层；三维石墨烯的结构为三维立体结构，相对于二维石墨烯而言，大大的增加了石墨烯的比表面积，增加了探针分子在石墨烯上的结合位点，有助于更多的待测分子在石墨烯骨架上的连接；其次，三维石墨烯在刻蚀转移时并不需要进行涂胶、烘烤等步骤，使得转移方法更为简洁，并且减少了在转移过程中对石墨烯骨架造成的伤害。在一些实施例中，所述氧化铟锡的电阻均为0.9～1.1KΩ，以使其具有较好的电化学性能。在一些实施例中，所述三维石墨烯层制备方法如下：采用化学气相沉积法在金属基底表面制备三维石墨烯层；刻蚀掉金属基底，即得。泡沫镍是一种多孔结构，由相互连接的镍三维支架构成，充当石墨烯生长的模板。在1050℃高温下分解CH4。将碳引入泡沫镍中，沉积在泡沫镍的三维骨架上，形成三维石墨烯。将镍骨架用FeCl3溶液蚀刻后，得到具有良好泡沫状多孔结构的3D-石墨烯。去除镍模板后，3D-石墨烯保持了原有结构。三维石墨烯表面的高倍放大SEM图像中，从三维石墨烯表面观察到一些波纹和褶皱。这些波纹和褶皱结构可以看作是CVD生长的石墨烯的典型特征，这些波纹和皱纹进一步增加了3D石墨烯的比表面积，有望实现更高的传感灵敏度。在一些实施例中，所述刻蚀在氯化铁溶液中进行刻蚀，刻蚀时间为5-6h。所制备的三维石墨烯可以清楚地观察到两个位于～1580cm-1和～2700cm-1位置的显著波段，分别对应于石墨烯的G波段和2D波段。石墨烯层数的信息可以从2D波段强度与G波段强度的比值中提取出来。从拉曼光谱来看，2D波段的强度与G波段的强度之比约为0.6，说明3D石墨烯是一个多层结构。D波段(通常位于1350cm-1)与石墨烯的无序碳有关，通常用于分析合成的石墨烯薄膜的质量。在本专利技术的实验中，没有观察到明显的D波段强度，这证实了3D-石墨烯的高质量。需要注意的是，3D-石墨烯转移到玻璃基板上后，其光谱特征没有明显变化。这一事实表明，转移过程并未导致3D-石墨烯的缺陷或污染，保持了石墨烯优异的传感性能。本专利技术还提供了一种检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器的制作方法，包括：将三维石墨烯生物传感器接入检测电路；三维石墨烯骨架的制备；在水中，将所述三维石墨烯骨架转移到上表面两侧设置有氧化铟锡的基底上，使石墨烯的下表面覆盖玻璃基底上表面两侧的氧化铟锡。对于二维石墨烯转移，PMMA是通常用作保护薄膜，保护石墨烯不受损害。相比之下，3D-石墨烯是自支撑的，因此可以直接转移到目标衬底上。这种无PMMA转移方法避免了石墨烯污染，保证了石墨烯优异的性能。在一些实施例中，所述方法还包括在三维石墨烯片层的上表面安装样品池。在一些实施例中，所述样品池的材质为胶类物质。本专利技术还提供了一种基于三维石墨烯生物传感器检测MicroRNA的方法，包括：将任一上述的三维石墨烯生物传感器接入检测电路；将探针DNA通过1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯连接到三维石墨烯骨架表面；向固定有探针DNA的三维石墨烯层上添加含有MicroRNA的不同浓度的溶液，根据检测栅极电压变化获得生物传感器对MicroRNA检测的灵敏性。本专利技术中的miRNA检测在实验过程中，不需要对探针DNA进行发光修饰，降低了对探针分子的伤害，在实验操作过程中也更为稳定。为了使DNA探针固定在3D-石墨烯上，PBASE因其化学稳定性高、不亲水、不溶于有机溶剂等特点，被用作修饰3D-石墨烯的中间连接剂。PBASE和琥珀酰亚胺可以共价结合DNA探针上的氨基。因此，在一些实施例中，所述探针DNA序列为：5'-CCCCTATCACGATTAGCATTAA-3'，提高了检测的准确性。在一些实施例中，所述MicroRNA分子配制的浓度分别为100pM～100nM。为了防止MicroRNA的降解，所有涉及到MicroRNA的实验都在无菌的环境中进行。在一些实施例中，上述基于三维石墨烯生物传感器检测MicroRNA的方法具体包括如下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，其特征在于，包括：/n基底；/n所述基底上表面的两侧设置氧化铟锡；/n所述基底中部设置有三维石墨烯层；/n所述三维石墨烯层覆盖部分氧化铟锡；/n未被覆盖的氧化铟锡分别位于基底的两侧，分别作为源极和漏极。/n

【技术特征摘要】
1.一种检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，其特征在于，包括：
基底；
所述基底上表面的两侧设置氧化铟锡；
所述基底中部设置有三维石墨烯层；
所述三维石墨烯层覆盖部分氧化铟锡；
未被覆盖的氧化铟锡分别位于基底的两侧，分别作为源极和漏极。


2.如权利要求1所述检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，其特征在于，所述基底为玻璃基底；
或所述石墨烯层的上表面设有样品池，所述样品池的池底为三维石墨烯层；
或所述氧化铟锡的电阻均为0.9～1.1KΩ。


3.如权利要求1所述检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，其特征在于，所述三维石墨烯层制备方法如下：
采用化学气相沉积法在金属基底表面制备三维石墨烯层；
刻蚀掉金属基底，即得。


4.如权利要求3所述检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器，其特征在于，所述刻蚀在氯化铁溶液中进行刻蚀，刻蚀时间为5-6h。


5.一种检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器的制作方法，其特征在于，包括：
将三维石墨烯生物传感器接入检测电路；
三维石墨烯骨架的制备；
在水中，将所述三维石墨烯骨架转移到上表面两侧设置有氧化铟锡的基底上，使石墨烯的下表面覆盖玻璃基底上表面两侧的氧化铟锡。


6.如权利要求5所述的检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器的制作方法，其特征在于，所述方法还包括在三维石墨烯片层的上表面安装样品池。


7.如权利要求5所述的检测癌症标志物MicroRNA的三维石墨烯生物传感器的制作方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许士才，宋瑞洪，李崇辉，王吉华，田蒙，李迎仙，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：山东;37