一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法及应用，属于新型功能材料与生物传感检测技术领域；本发明专利技术以尖晶石型锌铁氧体为基底材料吸收可见光而获得光电流；基底的三种组分能带匹配良好，大大提高光电转换效率，从而获得大的输出信号；将固定量的示踪剂与不同浓度水平的分析物同时与抗体孵育，示踪剂的结合量是标记和未标记抗原的总浓度的函数，与抗体结合的示踪剂越少，标记的阻碍作用越小，从而使测量信号上升；该传感器可检测信号与样品中分析物浓度成正比，且对目标物表现出了高灵敏度，宽检测范围以及低检出限，能够实现人体血清中PCT的快速灵敏测定，对临床上患者感染类型的判断有着较大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法及应用
本专利技术涉及基于尖晶石型锌铁氧体的光电化学免疫传感器的制备方法及应用，具体是采用尖晶石型锌铁氧体作为基底材料制备了一种灵敏检测PCT的竞争型光电化学免疫传感器，属于新型功能材料与生物传感检测

技术介绍
光电化学（PEC）免疫传感器的光电转换过程是通过光电活性材料实现的，材料在光的激发下，电子从价带跃迁到导带，而产生电子-空穴对，电子与空穴的分离产生光电压，在外部电路形成光电流，使光信号转换为电信号；基于此原理，寻求具有高转换性能、高稳定性、无毒的光电活性材料用于构建光电化学传感器至关重要；目前研究最多的TiO2因禁带较宽，仅能对只占太阳光总能量4%的紫外光（<400nm）响应，发展可见光响应光电材料是实现高效光电转换的最重要途径之一；尖晶石型铁氧体磁性纳米材料因其带有表面电荷和含有变价元素所以具有良好的表面吸附和氧化还原等化学活性，多用于通信技术、锂电池、微波吸收剂、催化材料和医药应用等领域；尖晶石结构的锌铁氧体种类繁多，禁带宽度在1.6-1.9eV之间，能带宽度相对较窄，能对可见光响应；ZnO、AuNPs的引入形成匹配的三能级结构，以及材料表面的等离子共振效应都进一步增强对可见光的吸收，提高对光的利用率，增强光电信号的激发；在PEC免疫传感器制备过程中，由于空间位阻，电子的转移受到了阻碍。因此，大多数PEC免疫传感器属于信号衰减型；二氧化硅（SiO2）纳米颗粒因其具有表面积大、生物相容性好、稳定性高、成本低、导电性差且易修饰等优点，可作为连接PCT进行信号放大的良好信号标签；而银纳米粒子（AgNPs）与抗体之间的Ag-NH2键可以有效增加复合材料表面Ab2分子的数量；为了将SiO2与AgNPs连接起来，利用具有良好的生物相容性和弱还原能力的多巴胺(PDA)在SiO2表面形成涂层，AgNPs可以在PDA表面原位形成，得到SiO2/PDA-AgNPs；通过标记与未标记抗原竞争性的与抗体的特异性结合，不同水平的SiO2/PDA-Ag-PCT在电极上固定，使光电流明显变化；所提出的竞争型PEC免疫传感器具有超高的灵敏度、良好的重现性和可接受的特异性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是通过水热法及煅烧法得到性能优越的锌铁氧体双壳异质结构，并通过修饰进一步优化光电转换活性；本专利技术的目的之二是以尖晶石型锌铁氧体为基底制备出一种灵敏度高、特异性强、检测速度快的竞争型光电化学免疫传感器，实现可见光条件下对PCT的超灵敏检测。本专利技术的技术方案如下：1.一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将ITO导电玻璃切割成2.5×1.0cm2，依次用去污粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗0.5h，氮气下吹干；2）取6µL、1~6mg/mL的双壳异质结构的尖晶石型锌铁氧体@氧化锌（ZnFe2O4@ZnO）溶液滴加到ITO导电玻璃的导电面，室温下晾干；3）将以上修饰的电极在浓度为1%~5%的氯金酸溶液中以-0.2V电镀30s，在电极表面沉积金纳米粒子（AuNPs）；4）在修饰电极表面滴加1~5mg/mL的降钙素原（PCT）抗体溶液，4oC下孵化1h后超纯水清洗，自然晾至湿润薄膜状态；5）滴加6µL、质量分数为1%~3%的牛血清白蛋白溶液于修饰电极表面，0.5h后用超纯水冲洗电极表面，4oC冰箱中晾至湿润薄膜状态；6）滴加6µL混合了不同浓度未标记PCT与固定浓度二氧化硅/聚多巴胺-银纳米微粒缀连PCT（SiO2/PDA-AgNPs-PCT）的标准溶液，4℃恒温孵化4h后超纯水冲洗电极表面制得工作电极。2.所述浓度为1μg/mL的PCT抗体溶液为从南京金斯瑞生物科技有限公司购得的1mg/mL的PCT抗体溶液用磷酸盐缓冲液稀释得到。3.所述的固定浓度SiO2/PDA-AgNPs-PCT溶液为，将3~6mgSiO2/PDA-AgNPs溶入1mLPBS（pH=7.4）中，然后加入从南京金斯瑞生物科技有限公司购得的1mg/mL的PCT标准溶液，并用磷酸盐缓冲液稀释。4.所述磷酸盐缓冲液为用0.1mol/L的磷酸氢二钠溶液与0.1mol/L的磷酸二氢钾混合制得，并且调制其酸碱度为7.4。5.所述SiO2/PDA-AgNPs溶液为，将1wt%~5wt%的氨水逐渐加入到10mg/mLAgNO3溶液中，得到银氨溶液作为AgNPs前驱液后；将50mg~80mgSiO2/PDA粉末溶解于40mL以上的溶液中，室温下黑暗中连续搅拌所得。6.所述SiO2/PDA粉末为二氧化硅与盐酸多巴胺按1:1比例溶解在40ml三羟甲基氨基甲烷（10mM，PH=8.5）中，在常温下搅拌过夜后，离心分离，并用超纯水和无水乙醇洗涤，然后在真空中于35oC干燥所制得。7.所述ZnFe2O4@ZnO溶液其特征在于，制备步骤如下：室温下将1~5mmol醋酸锌二水合物(Zn(CH3COO)2·2H2O)和0.1~1mmol的柠檬酸三钠二水合物(Na3C6H5O7·2H2O)加入200ml去离子水中；然后向上述溶液中加入1~9ml氨水(水中NH3含量为30%)；充分混合后，透明溶液转移到三口烧瓶中，60~100oC加热40分钟；反应结束后，收集白色产物，离心洗涤几次，在60℃真空干燥制得ZnO中空微球；将40~60mg已合成的ZnO分散到47ml的去离子水中超声溶解,然后加入3mL的FeSO4溶液(0.1~0.5M)搅拌5分钟后,离心收集悬浮液，用乙醇和去离子水清洗几次60oC真空干燥；最后,500~600oC煅烧3小时得到ZnO@ZnFe2O4双层异质结构；研磨粉末配置成浓度为1~6mg/mL的水溶液。8.应用所述制备方法制备的一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器，用于PCT的检测，其特征在于，检测步骤如下：1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，修饰的ITO电极为工作电极，在15mL、pH为5.0~8.5的溶有浓度为0.05~0.25mol/L的抗坏血酸的磷酸盐缓冲溶液中进行测试；2）用时间-电流法对PCT标准标准溶液进行检测，设置电压为0V，运行时间120s，光源波长为400~500nm；3）电极放置好之后，每隔20s开灯持续照射20s，记录光电流，绘制工作曲线；4）用待测的PCT样品溶液代替PCT标准溶液进行检测。本专利技术的有益成果1.本专利技术首次应用尖晶石型ZnFe2O4材料构建PEC传感模型，通过ZnO的复合解决了材料单独使用时光电转换效率低的问题，并通过引入AuNPs进一步放大材料对可见光的响应，该复合材料在光电转换方面应用潜力巨大；2.本专利技术制备的竞争型光电化学免疫传感器，用于PCT的检测，响应时间短，检测限低，线性范围宽，稳定性好，可以实现简单、快速、高灵敏和特异性检测，为PCT的早期临本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1）将ITO导电玻璃切割成2.5×1.0 cm

【技术特征摘要】
1.一种基于尖晶石型锌铁氧体的竞争型光电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将ITO导电玻璃切割成2.5×1.0cm2，依次用去污粉、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗0.5h，氮气下吹干；
2）取6µL、1~6mg/mL的双壳异质结构的尖晶石型锌铁氧体@氧化锌（ZnFe2O4@ZnO）溶液滴加到ITO导电玻璃的导电面，室温下晾干；
3）将以上修饰的电极在浓度为1%~5%的氯金酸溶液中以-0.2V电镀30s，在电极表面沉积金纳米粒子（AuNPs）；
4）在修饰电极表面滴加1~5mg/mL的降钙素原（PCT）抗体溶液，4oC下孵化1h后超纯水清洗，自然晾至湿润薄膜状态；
5）滴加6µL、质量分数为1%~3%的牛血清白蛋白溶液于修饰电极表面，0.5h后用超纯水冲洗电极表面，4oC冰箱中晾至湿润薄膜状态；
6）滴加6µL混合了不同浓度未标记PCT与固定浓度二氧化硅/聚多巴胺-银纳米微粒缀连PCT（SiO2/PDA-AgNPs-PCT）的标准溶液，4℃恒温孵化4h后超纯水冲洗电极表面制得工作电极。


2.如权利要求1所述浓度为1μg/mL的PCT抗体溶液为从南京金斯瑞生物科技有限公司购得的1mg/mL的PCT抗体溶液用磷酸盐缓冲液稀释得到。


3.如权利要求1所述的固定浓度SiO2/PDA-AgNPs-PCT溶液为，将3~6mgSiO2/PDA-AgNPs溶入1mLPBS（pH=7.4）中，然后加入从南京金斯瑞生物科技有限公司购得的1mg/mL的PCT标准溶液，并用磷酸盐缓冲液稀释。


4.如权利要求1所述磷酸盐缓冲液，为用0.1mol/L的磷酸氢二钠溶液与0.1mol/L的磷酸二氢钾混合制得，并且调制其酸碱度为7.4。


5.如权利要求3所述SiO2/PDA-AgNPs溶液为，将1wt%~5wt%的氨水逐渐加入到10mg/mLAgNO3溶液中，得到银氨溶液作为AgNPs前驱液后；将50mg~80mgSiO2/P...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌迪，魏琴，刘雪静，贾洪英，任祥，吴丹，王欢，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37