非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器。包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，纤维基体液过滤单元包括亲水过滤区和围绕亲水过滤区的疏水区，亲水过滤区包括若干层孔径由上至下逐渐减小的多孔纳米纤维膜过滤层，多孔纳米纤维膜过滤层表面修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物；纤维基有机电化学晶体管布置于亲水过滤区的下方，包括电解液、源漏纤维电极和栅纤维电极，栅纤维电极的表面修饰有抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子，用于检测体液中的C反应蛋白。本发明专利技术提供的纤维基C反应蛋白传感器的跨导值高达40～100mS，具有高灵敏度和低检测下限，能够实现体液过滤与传感的一体化，适于穿戴。

【技术实现步骤摘要】
非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器
本专利技术属于生物传感检测
，涉及一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器。
技术介绍
当人体受到微生物(细菌、病毒等)入侵、组织损伤或急性炎症等刺激时，肝细胞会迅速合成一种急性相蛋白即C反应蛋白(CRP)，CRP浓度变化敏感性极高，甚至早于白细胞数变化。CRP是炎症反应和早期新型冠状病毒感染的肺炎辅助诊断的重要生物标志物，普遍存在于体液(如血液、尿液、唾液等)中。目前，CRP被广泛应用于心血管疾病的临床早期诊断及鉴别诊断，此外CRP的测定对于肿瘤的治疗和预后也有积极意义，因此发展灵敏、准确、快速的CRP检测方法在临床上具有重要意义。然而，现有技术对CRP的检测多为侵入式检测或无法实现实时和连续的检测，检测样本多为人体血清、血浆或全血，需要专业医护人员采集血样、结果判读依赖专业检测仪器，无法完成家庭自测；此外，由于CRP浓度低，对传感器灵敏度和检测下限要求高，体液中存在大量的干扰物质，容易影响检测结果的准确性。相较于侵入式血液提取方式，唾液或尿液的非侵入式提取、纯化与储存更便捷和安全。例如专利技术专利CN106370861B公开了一种C反应蛋白唾液检测试纸条及其制备方法，包括包被有C反应蛋白单克隆抗体的检测线和羊抗鼠IgG的质控线的硝酸纤维反应膜和包被有胶体金标记的C反应蛋白单克隆抗体的聚酯膜金标垫，该试纸条以唾液为检测样本，虽然操作简单、适于现场检测，但最低检出量仅为10mg/L，且无法实现定量检测，灵敏度不够高。由于唾液或尿液中的CRP浓度极低，仅为10-6mg/L，因此，要准确检测体液中极低浓度的CRP，生物传感器需要具有高的灵敏度和低的检测下限。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器，包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，纤维基体液过滤单元通过多层孔径由上层至下层逐渐减小的多孔纳米纤维膜以及膜上修饰的有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物，由上层至下层逐渐滤除分子量逐渐减小的干扰物质，然后通过具有高跨导值的纤维基有机电化学晶体管检测体液中的CRP，具有高灵敏度和低检测下限，能够实现体液过滤与传感的一体化，适于穿戴。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器，包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，所述纤维基体液过滤单元包括亲水过滤区和围绕所述亲水过滤区的疏水区，所述亲水过滤区包括若干层孔径由上层至下层逐渐减小的多孔纳米纤维膜过滤层，至少一层所述多孔纳米纤维膜过滤层表面修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物；所述纤维基有机电化学晶体管检测单元布置于所述亲水过滤区的下方，包括电解液以及相交布置的源漏纤维电极和栅纤维电极，所述栅纤维电极的表面修饰有抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子，用于检测滤除干扰物质后的体液中的C反应蛋白。进一步的，最上层所述多孔纳米纤维膜过滤层的孔径为100～200nm，用于滤除体液中分子量大于200000的干扰物质，且由上层至下层的所述多孔纳米纤维膜过滤层依次用于滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质。进一步的，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层表面均修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物，且由上层至下层的所述多孔纳米纤维膜过滤层表面的修饰物依次用于滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质。进一步的，所述亲水过滤区包括至少五层多孔纳米纤维膜过滤层，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层由上层至下层的孔径依次为75～100nm、50～75nm、50～75nm、50～75nm。进一步的，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层由上层至下层的表面依次修饰有免疫球蛋白G抗体、免疫球蛋白M抗体、疏油超亲水改性材料和多元胺官能团。进一步的，所述纤维基有机电化学晶体管检测单元的跨导值为40～100mS。进一步的，所述源漏纤维电极和栅纤维电极的活性层包括具有三维网状结构与花状结构的导电高分子。进一步的，所述源漏纤维电极通过以下步骤制备：S1.选取具有织造强度的纤维，采用体积比为95％～85％：5％～15％的氮气和氢气组成的混合气体对纤维进行等离子体溅射处理10～60min，得到等离子体处理后的纤维；S2.将步骤S1得到的所述等离子体处理后的纤维在浓度为1wt％～10wt％的氧化石墨烯溶液中浸渍吸附后取出，采用体积比为95％～85％：5％～15％的氮气和氢气组成的混合气体对纤维进行等离子溅射技术将氧化石墨烯还原，得到还原氧化石墨烯改性的纤维；S3.将步骤S2得到的所述还原氧化石墨烯改性的纤维置于吡咯和阴离子表面活性剂溶液中，搅拌均匀，再缓慢加入氧化剂，反应完毕后取出得到源漏纤维电极。进一步的，在步骤S3中，所述阴离子表面活性剂包括但不限于为蒽醌-2-磺酸钠、十二万基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的任一种，所述氧化剂包括但不限于为九水合硝酸铁、氯化铁、过硫酸钾或二氧化锰中的任一种。进一步的，所述栅纤维电极是在所述源漏纤维电极表面修饰抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子得到。有益效果与现有技术相比，本专利技术提供的非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器，包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，将纤维基有机电化学晶体管检测单元和纤维基体液过滤单元通过织造等方式实现一体化，体液经纤维基体液过滤单元滤除干扰物质后，滴至纤维基有机电化学晶体管检测单元上，与栅纤维电极表面修饰的抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子接触，发生免疫反应，产生电子变化，最终转变成电信号，从而实现C反应蛋白的高灵敏度的定量检测，由于纤维基的柔性和轻便性，使得本专利技术提供的非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器适用于可穿戴传感器。(2)本专利技术提供的非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器的纤维基体液过滤单元包括亲水过滤区和围绕亲水过滤区的疏水区，亲水过滤区包括若干层孔径由上至下逐渐减小的多孔纳米纤维膜过滤层，多孔纳米纤维膜过滤层表面修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物。当体液滴加到纤维基体液过滤单元上后，亲水性的体液集中富集到亲水过滤区，可减少体液的流失损耗，提高过滤效率，然后通过亲水过滤区多孔纳米纤维膜的多孔结构以及抗干扰物质的修饰物，实现对干扰物质的物理过滤和吸附以及生化消耗滤除。干扰物质的分子量越大，则尺寸越大，因此随着从上层至下层孔径的减小，以及由上层至下层的所述多孔纳米纤维膜过滤层表面依次修饰的用于滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质的修饰物，逐渐滤除分子量逐渐减小的干扰物质，此种具有梯度结构设计的孔径以及修饰物的多孔纳米纤维膜过滤层，能够协同滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质，从而提高干扰物质的滤除率。(3)本专利技术提供的非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器的纤维基有机电化学晶体管检测单元，包括电解液以及相交布置的源漏纤维电极和栅纤维电极，栅纤维电极的表面修饰有抗C反应蛋白本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器，其特征在于，包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，所述纤维基体液过滤单元包括亲水过滤区和围绕所述亲水过滤区的疏水区，所述亲水过滤区包括若干层孔径由上层至下层逐渐减小的多孔纳米纤维膜过滤层，至少一层所述多孔纳米纤维膜过滤层表面修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物；所述纤维基有机电化学晶体管检测单元布置于所述亲水过滤区的下方，包括电解液以及相交布置的源漏纤维电极和栅纤维电极，所述栅纤维电极的表面修饰有抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子，用于检测滤除干扰物质后的体液中的C反应蛋白。/n

【技术特征摘要】
1.一种非侵入式一体化纤维基C反应蛋白传感器，其特征在于，包括纤维基体液过滤单元和纤维基有机电化学晶体管检测单元，所述纤维基体液过滤单元包括亲水过滤区和围绕所述亲水过滤区的疏水区，所述亲水过滤区包括若干层孔径由上层至下层逐渐减小的多孔纳米纤维膜过滤层，至少一层所述多孔纳米纤维膜过滤层表面修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物；所述纤维基有机电化学晶体管检测单元布置于所述亲水过滤区的下方，包括电解液以及相交布置的源漏纤维电极和栅纤维电极，所述栅纤维电极的表面修饰有抗C反应蛋白单克隆抗体靶向分子，用于检测滤除干扰物质后的体液中的C反应蛋白。


2.根据权利要求1所述的非侵入一体化式纤维基C-反应蛋白传感器，其特征在于，最上层所述多孔纳米纤维膜过滤层的孔径为100～200nm，用于滤除体液中分子量大于200000的干扰物质，且由上层至下层的所述多孔纳米纤维膜过滤层依次用于滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质。


3.根据权利要求2所述的非侵入式一体化纤维基C-反应蛋白传感器，其特征在于，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层表面均修饰有用于滤除体液中的干扰物质的修饰物，且由上层至下层的所述多孔纳米纤维膜过滤层表面的修饰物依次用于滤除体液中分子量逐渐减小的干扰物质。


4.根据权利要求1或3所述的非侵入式一体化纤维基C-反应蛋白传感器，其特征在于，所述亲水过滤区包括至少五层多孔纳米纤维膜过滤层，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层由上层至下层的孔径依次为75～100nm、50～75nm、50～75nm、50～75nm。


5.根据权利要求1或4所述的非侵入式一体化纤维基C-反应蛋白传感器，其特征在于，除最上层以外的所述多孔纳米纤维膜过滤层由上层至下层的表面依次修饰有免疫球蛋白G抗体、免疫球...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，卿星，李沐芳，刘轲，程盼，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42