本发明专利技术是一种基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度的高灵敏度传感器，它涉及传感器的设计与底物检测分析，特别涉及一种三维大孔基底材料及其制备过程。该基底材料是由软体动物墨鱼的硬组织（即墨鱼骨或乌贼骨）经多步骤加工和处理而成的有机膜材料，其微观结构是由孔径大小３０μｍ～１５０μｍ的弯曲单向孔通道组成的类似于房架的结构。该基底材料不仅具有很大的比表面积，而且透光性好，具有优良的化学稳定性和韧性，制备该基底材料的原料来源广泛，都是可再生资源，不破坏生态环境，还能废物利用，制备步骤简单却独到。利用该基底材料的独特结构和优良特性，固定过渡金属纳米颗粒制备而成的这种分析传感器不仅制备方法简单，灵敏度高，具有普遍适用性和便捷性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物分析和生物传感
，涉及传感器的设计与检测，特别 涉及一种。二
技术介绍
现有技术目前检测酶底物还没有什么通用方法，基本都是针对一种底物发展相应的检 测技术(如200610080548.7,电化学胆固醇检测电极测试条和其制造方法)。最 近研究表明，许多酶催化底物产生的中间物质可以作为过渡金属纳米颗粒合成和 生长的活性物质，随着颗粒的长大，其光学性质也会发生相应的变化，因此酶和 过渡金属复合体系可用底物浓度的传感检测，其中，性能优越的纳米金颗粒更是 研究的热点，其直径1~100 nm,—般为分散在水中的水溶胶，故称胶体金。胶体 金在510~550 nm可见光谦范围内有一吸收峰，吸收强度和波长随着金颗粒的直 径增大而增强，这些性质可以可靠的应用于传感器的设计。某些氧化酶能和底物 反应生具有还原性的物质，如H202等。这些产物能在金纳米颗粒的催化下还原 AuCV,从而促使金纳米颗粒长大。利用这种金纳米颗粒长大导致的光学信号的 变化可以发展成一种酶活性和底物检测的检测方法(WO 2006/008742 Al)。酶 和过渡金属复合体系在制备酶和过渡金属复合体系过程中，为了提高过渡金属纳 米颗粒的稳定性以及传感器使用的便捷性i需要把过渡金属纳米颗粒固定在一定 的基底上，现在通常都是玻璃表面或者一些别的基底材料。比如为了吸附纳米 金颗粒， 一般是对玻璃表面进行层层处理，最后修饰上带正电的氨基用来吸附带 负电的金纳米粒子从而达到固定的目的。但现有的直接基于过渡金属纳米颗粒长 大的方法用于分析时，其灵敏度和检测底限不能满足高精度样品的分析，其原因 是多方面的，本专利技术涉及一种特殊基底材料~~墨鱼骨衍生的有机膜，将过渡金 属纳米颗粒固定在该基底材料上设计制备的传感器具有很高的灵敏度和较低的检 测底限。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术问题，目的是提供一种基于墨鱼骨有机质的高灵敏度传 感器及其制备方法，该传感器设计中选用了一种新的基底材料，提高了传感器分 析的灵敏度，其固定过渡金属纳米颗粒而成的复合膜进行底物浓度的传感分析 时，其灵敏度高，检测底线低。本专利技术的技术解决方案如下一种基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器，该传感器包含三维大孔有机 膜材料和过渡态金属纳米颗粒组成的复合膜、过渡态金属盐以及酶类物质。三维 大孔有机膜材料为含有质量百分数为50%~100%的|3-几丁质，其微观结构是 由孔径大小为30 fim~ 150 pm的弯曲单向孔通道组成的类似于房架的结构，该三 維大孔有机膜材料的厚度在200 nm ~ 2000 pm之间。三维大孔有机膜材料为透明 的、表面修饰有各种对过渡态金属纳米颗粒具有很强的络合作用的化学基团。化 学基团是氨基或羟基。过渡金属颗粒的等离激元共振峰位置范围为380 - 680 nm。过渡金属盐的终浓度为0.001 -25 nM/ml，酶类物质的终浓度为0.01-100 pg/ml。基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器，其制备及样品分析步骤为将 墨鱼骨的房架结构部分沿着垂直于其隔片的方向切成块状；将块状墨鱼骨浸入到 浓度为0.01 ~ 5 M的盐酸溶液中，去除无机质；取出上述样品，并沿隔片方向将 薄层分开，用蒸馏水冲洗后获得片状三维大孔有机膜；将上述片状三维大孔有机 膜用浓度为0.01-5 M的NaOH溶液，煮0.1 ~5小时后用蒸馏水清洗干净；将 上述制备的有机膜材料浸在过渡态金属胶体溶液中吸附过渡态金属胶体颗粒，得 到过渡态金属有机复合膜；将上述的过渡态金属有机复合膜、过渡金属盐、能催 化底物产生还原性产物的酶混合，再向混合液中加入待测样品进行酶催化底物反 应，经过上述反应产生的产物将过渡金属盐还原成过渡金属并沉积在过渡态金属 有机复合膜的过渡态金属颗粒上。该基底材料是选取墨鱼骨的房架结构部分，进行去矿化，然后去蛋白，制备 而成的透明的有机膜，类似水凝胶，厚度约为200~2000 nm,其微观结构是由孔 径大小为30 t n~150 nm的弯曲孔通道组成的多孔材料，比表面积大，用扫描电 镜观察其形貌，其保留了脱钙处理之前的完整结构(图l)，图2是有机膜的俯视 图，在透明膜中可见其弯曲走向的墙壁，图3是其侧面图，可见其孔洞大小几个 微米。在上述方案中，所述基底材料的主要成分是p-几丁质，材料表面含有丰富 的氨基，用作纳米金颗粒的载体，不需要别的额外修饰，由于表面积大，荷载量大，有机膜吸附金纳米颗粒后的光学光谱及荷载动力学情况如图8-9，并且因为膜 的透明性，其荷载的金纳米颗粒后的光学性质很好。在上述方案中，所述墨鱼骨为为乌贼科的墨鱼的内骨骼，碳酸钙含量达95%。本专利技术首先是将软体动物墨鱼的骨架组织(墨鱼骨)经各种处理制备出一种 特殊的有机膜栽体材料，然后将其功能化制备成一种复合膜。下面参照附图对本传感器的制备过程作详细的说明 图6 (a)是整个墨鱼骨的脊背观，可见其是一种类椭圆结构，图6 (b)将 其沿横向剖开，从横剖面可见脊背部分像个房子的"屋顶"，下面是肉眼可见的层 状结构部分，图6 (b')是其横剖面结构示意图，上面是坚硬的脊背部分，下面 是松软多孔的房架结构部分。我们制备该基底材料的原料就是房架结构部分。首 先将房架结构部分沿着垂直于其隔片的方向用刀片切成块状，如6 (b)所示，才艮 据所需载体的大小进行合适的切取；然后将块状墨鱼骨浸入到盐酸溶液(0.01 M 5M)中去除无机质(主要是碳酸4丐)，下面给出这类反应的化学方程式<formula>formula see original document page 6</formula>(1 )此过程可以在低真空条件(0.05~0.1MPa)下进行以利于反应产生的气泡C02的 迅速排出，加速去矿化的进程。而且过一段时间要更换新的盐酸溶液，反复进 行。此过程所需时间长短与块状墨鱼骨的大小密切相关，完全去矿化后如图6 (d)所示，层状薄膜互相游离；取出完全脱钙的样品，将薄层分开成一片一片 的，如6(e)所示，用蒸馏水反复冲洗样品，以达到去除钩离子和多余的盐酸的 目的；把上述洗净的片状有机膜再用NaOH溶液(0.01 ~5M)煮0.5 ~ 1小时使 其变成透明的，并用蒸馏水清洗干净即得基底材料。将基底材料浸泡在胶体金溶 液中一段时间使其吸附金纳米颗粒制得粉红色复合膜(6 (f))，可以通过控制 吸附的时间和胶体金溶液的浓度来控制吸附的量。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果1. 该基底材料含有p-几丁质，交连有一定的蛋白，韧性比较好，状似水凝胶却 不容易磁:损，在水中的平展性4艮好，环境友好，不影响环境。2. 与传统的基于金属纳米颗粒的传感设计所用的基底材料(通常是玻璃)相 比，其是一种透明的三维多孔房架结构，比表面积大，孔洞大小在几十个微 米，便于纳米颗粒的渗透和吸附，可以固定大量过渡金属种子，放大了其光学信号，从而可以提高传感器的灵敏度。3. 以该基底材料制备的传感器与传统的基于纳米颗粒的传感分析相比，局域等 离共振峰的强度迁移量大，灵敏度高。 一般以玻璃为基底的纳米颗粒的传感 分析局域等离共振峰的强度迁移量不到0.1 (附附图说明图12-13，来自文献Wa"oi:饥 2005,5,21本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器，其特征为：该传感器包含三维大孔有机膜材料和过渡态金属纳米颗粒组成的复合膜、过渡态金属盐以及酶类物质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱卫平，许桂兰，董健，贾雪平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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