一种光电化学生物传感器及其制备方法和应用技术

本申请属于生物检测技术领域，特别是涉及一种光电化学生物传感器及其制备方法和应用。针对适配体DNA在传感器捕捉界面构建研究中，单位面积适配体DNA数量少、肿瘤细胞异质性、与细胞结合的亲和力不够，导致的捕捉效率不高，以及传感体系选用材料光电转化效率低、纳米材料合成质量不高、能级匹配不精确等问题，本申请提供了一种光电化学生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极；所述工作电极包括依次层叠的枝状DNA多联体捕获电极、循环肿瘤细胞和量子点敏化信号放大探针；所述参比电极为饱和Ag/AgCl电极，所述对电极为铂电极。解决现有的光电传感技术在CTC检测灵敏度低、检测限高、难以满足临床要求。难以满足临床要求。难以满足临床要求。

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学生物传感器及其制备方法和应用


[0001]本申请属于生物检测
，特别是涉及一种光电化学生物传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]循环肿瘤细胞(CTC)是从肿瘤组织原发位置脱落，经由外周血实现转移的肿瘤细胞。作为重要标志物，CTC为肿瘤诊断、个性化治疗和肿瘤治疗效果监测，提供更多实时信息。然而，由于血液中的CTC数量极少，每毫升仅仅1～10个CTC，且具有异质性，以及血液中大量的红细胞和白细胞存在，目前所采用的如磁分离、流式细胞仪、色谱法、近红外荧光、光致发光、荧光成像、电感耦合等离子体质谱、拉曼成像、以及电介质电泳、微流控芯片等检测方法，由于其耗时长、成本高、灵敏度低、检测限高等缺点，难以满足临床上检测CTC的要求。光电化学(PEC)生物传感器是一种集光电转换过程与电化学检测为一体的检测方法。由于其具有低背景信号和操作简单等显著优势而受到广泛关注。当前，国内外PEC生物传感器应用于肿瘤细胞高灵敏度检测的研究主要集中在生物识别原件构建以及传感体系检测信号放大两个方面。
[0003]近年来，DNA适配体，由于其序列的可编程性、高精度性、分子识别特异性以及与抗体相媲美的高亲和力，成为高选择性PEC生物传感识别元件构建研究的焦点。Gu等利用SH
‑
Sgc8c aptamer DNA/AuNP/g
‑
C3N4用于光电极捕捉界面实现低检测限检测CTCs，在20
‑2×
105cells/mL线性区间内，检测限达到10cells/mL。Mazhabi等采用anti
‑
CEM/PTK7 aptamer DNA/g
‑
C3N4/AgI实现对HeLa细胞的特异性捕捉和检测，在10
‑
106cells/mL浓度范围内，检测限为5cells/mL。Wang等构建AS1411 aptamer DNA/NaYF4:Yb,Er/CdTe NP/TiO2界面对MCF
‑
7细胞的高灵敏度检测，在1
×
103‑1×
105cells/mL区间内，检测限为400cells/mL。尽管DNA适配体在生物识别元件的检测界面构建方面显示出特有的优势，但在实际研究中仍存在着明显不足。一方面，DNA适配体作为检测元件往往与捕获电极直接相连，单位面积DNA适配体数量少，往往导致CTCs捕捉效率不高；另一方面，仅仅依靠单一适配体，如上皮细胞黏附分子(EpCAM)特异性核酸适配体，应用于CTCs捕获和分离，由于CTCs的EpCAM表达水平的不同，也会导致CTCs数量的低估。第三，构建的捕捉界面与细胞结合的亲和力不够，导致捕捉效率不高。
[0004]在光电化学生物传感体系检测信号放大研究中，通过间接的生物反应或者化学反应修饰在生物传感体系内构成共敏化体系，加速传感检测过程中的电子转移速度、减少载流子的复合几率，也是实现PEC生物传感高灵敏度、低检测线检测的有效手段之一。例如，Fan等通过修饰电极的光活性材料CdSeTe@CdS:Mn/TiO2与CuS量子点(QDs)构建PEC免疫传感器中的共敏化体系，对CEA实现灵敏检测。在0.5pg/mL
‑
100ng/mL线性范围内，其检测极限达到0.16pg/mL。Zhu利用CdSe@ZnS/Au/TiO2纳米管与联吡啶在PEC传感体系中实现对CA19
‑
9的0.0039U/mL高灵敏检测。Wang等在WO3/CdS/PDA和PDA@CNT构建的共敏化PEC传感体系中实现对2.8pg/mL低浓度胰岛素的检测。然而，在传感体系信号放大研究中，寻求能级梯度匹
配的半导体信号放大探针与电极材料构建共敏化体系方面，选用材料光电转化效率低、纳米材料合成质量不高、能级匹配不精确等缺点，仍然是传感体系信号放大、检测灵敏度提高等方面的技术瓶颈。

技术实现思路

[0005]1.要解决的技术问题
[0006]适配体DNA在捕捉界面构建研究中，单位面积适配体DNA数量少、肿瘤细胞异质性、与细胞结合的亲和力不够，导致的捕捉效率不高，以及在传感体系信号放大研究中，寻求能级梯度匹配的半导体信号放大探针与电极材料构建共敏化体系方面，选用材料光电转化效率低、纳米材料合成质量不高、能级匹配不精确等缺点的问题，本申请提供了一种光电化学生物传感器及其制备方法和应用。
[0007]2.技术方案
[0008]为了达到上述的目的，本申请提供了一种光电化学生物传感器，包括工作电极、参比电极和对电极；所述工作电极包括依次层叠的枝状DNA多联体捕获电极、循环肿瘤细胞和量子点敏化信号放大探针；所述参比电极为饱和Ag/AgCl电极，所述对电极为铂电极。
[0009]本申请提供的另一种实施方式为：所述工作电极为枝状DNA多联体捕获电极、所述循环肿瘤细胞和所述量子点敏化信号放大探针构成三明治结构FTO/Au NPs/α
‑
Fe2O3/aptamer/CTC/CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM；所述量子点敏化信号放大探针为CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM探针，所述捕获电极电极包括FTO/Au NPs/α
‑
Fe2O3/aptamer，所述CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM探针与所述Au NPs/α
‑
Fe2O3构成级联信号放大体系。
[0010]本申请还提供一种光电化学生物传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)制备光电化学生物传感电极；(2)制备枝状DNA多联体电化学生物传感电极界面；(3)制备量子点敏化信号放大探针；(4)采用所述枝状DNA多联体电化学生物传感电极界面捕获循环肿瘤细胞后，与所述量子点敏化信号放大探针构建三明治结构工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极得到光电化学生物传感器。
[0011]本申请提供的另一种实施方式为：所述制备光电化学生物传感电极制备包括将FeSO4·
7H2O作为铁源与尿素在水和乙醇中回流，制得花状α
‑
FeOOH；然后利用硼氢化钠和柠檬酸钠将氯金酸原位还原于α
‑
FeOOH，制得Au NPs/α
‑
FeOOH异质结构；将所述Au NPs/α
‑
FeOOH滴于FTO玻璃电极表面，干燥、煅烧后制得FTO/Au NPs/α
‑
Fe2O3传感电极。
[0012]本申请提供的另一种实施方式为：将巯基功能化主链DNA1和含有靶向上皮细胞粘附分子DNA2混合并孵育组装成所述枝状DNA多联体。
[0013]本申请提供的另一种实施方式为：所述量子点敏化信号放大探针制备包括将CdCl2·
2.5H2O、MPA、SeO2、NaBH4和Na2S<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电化学生物传感器，其特征在于：包括工作电极、参比电极和对电极；所述工作电极包括依次层叠的枝状DNA多联体捕获电极、循环肿瘤细胞和量子点敏化信号放大探针；所述参比电极为饱和Ag/AgCl电极，所述对电极为铂电极。2.如权利要求1所述的光电化学生物传感器，其特征在于：所述工作电极为枝状DNA多联体捕获电极、所述循环肿瘤细胞和所述信号放大探针构成三明治结构FTO/Au NPs/α
‑
Fe2O3/aptamer/CTC/CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM；所述量子点敏化信号放大探针为CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM探针，所述捕获电极包括FTO/Au NPs/α
‑
Fe2O3/aptamer，所述CdSe@CdS QDs
‑
anti
‑
EpCAM探针与所述Au NPs/α
‑
Fe2O3构成级联信号放大体系。3.一种根据权利要求1或2所述的光电化学生物传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)制备光电化学生物传感电极；(2)制备枝状DNA多联体电化学生物传感电极界面；(3)制备量子点敏化信号放大探针；(4)采用所述枝状DNA多联体电化学生物传感电极界面捕获循环肿瘤细胞后，与所述量子点敏化信号放大探针构建三明治结构工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极得到光电化学生物传感器。4.如权利要求3所述的光电化学生物传感器的制备方法，其特征在于：所述制备光电化学生物传感电极制备包括将FeSO4·
7H2O作为铁源与尿素在水和乙醇中回流，制得花状α
‑
FeOOH；然后利用硼氢化钠和柠檬酸钠将氯金酸原位还原于α
‑
FeOOH，制得Au NPs/α
‑
FeOOH异质结构；将所述Au NPs/α
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继东，高志宏，张亚婷，刘钊鹏，董敏，郭斌斌，张海鹏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：