一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法制造方法及图纸

一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法。将微流控技术、目标物诱导光电流极性转换技术和磁性辅助捕获技术进行有机组合，提出了一种高选择性、高灵敏、一步快速检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法。在液相流动过程中，具有良好光电性能的磁性捕获单元Fe3O4@CdS

【技术实现步骤摘要】
一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种光电化学免疫检测装置及方法，尤其是涉及一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法，属于功能生物材料和生物传感


技术介绍

[0002]疾病相关生物标志物的高度灵敏和高选择性检测是疾病早期诊断、监测和预后的关键挑战。常见的疾病标志物检测策略是使用多个连续的步骤，例如，样品稀释、亲和捕获、洗涤、标记以及化学或生化扩增。多步策略的缺点是每增加一步都会增加时间、试剂、操作并引入可变性。尽管多步分析可以实现高灵敏度检测，但通常需要数小时才能完成，且需使用昂贵的试剂，有时还需要复杂的设备。因此，尝试构思和开发一种能够实现一步法检测目标物的装置及方法，将极少量的检测试剂直接加入血清等复杂样品中，检测目标物的存在诱导检测信号发生变化。这种通过一个步骤就可以实现复杂介质中目标物的检测方法是目前生物标志物检测所亟需实现的。
[0003]光电化学(PEC)技术具有简单、经济和小型化等优点，并且由于其低背景信号和较高的灵敏度而受到了极大的关注。PEC免疫分析是一种基于特异性抗原
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抗体识别和光电效应的有力技术，受益于其免疫分子的特异性生物亲和性和未来诊断的潜在应用。为了提高PEC检测方法的灵敏度，在过去的几十年里，已经开发了一系列基于位阻、能量转移效应、生物催化沉淀和电子供体/受体的原位消耗/产生的PEC传感器。另一方面，为了提高PEC方法的选择性，PEC传感界面通常引入一些有机分子或生物分子如巯基己醇、牛血清白蛋白和肽类等，以防非特异性吸附。但是，以上这些方法仅放大PEC响应电流或降低其背景电流，而不会改变光电流方向，无法避免由于氧化或还原性干扰物和非氧化还原活性生物分子共存而可能出现的假阳性或假阴性信号。为了提高检测的灵敏度，并且从根本上避免假阳性或假阴性信号以提高检测的特异性，目标物引入诱导光电流极性改变无疑是较为理想的选择。
[0004]本专利技术利用磁性复合光电材料Fe3O4@CdS标记疾病标志物抗原的一抗(Ab1)得到磁性捕获单元Fe3O4@CdS
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Ab1，并用可以使Fe3O4@CdS光电流极性发生翻转的p型半导体CuO标记目标物的二抗(Ab2)得到信号单元Ab2
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CuO，将捕获单元、检测物及信号单元加入同一个容器中，利用微流控技术，控制加样速度，在液相流动过程中完成免疫夹心反应，最后利用磁性吸附将磁性颗粒和免疫夹心复合物引入到磁性工作电极表面并同步完成清洗步骤，光照检测光电流极性翻转后的信号变化，实现目标物的高选择性、高灵敏检测。目前，国内外还没有公开任何一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法。此装置及方法首次将微流控技术、目标物诱导光电流极性转换技术和磁性辅
助捕获技术组合到一起，实现高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法，具体步骤如下：
[0007](1)捕获单元制备
[0008]a.制备多孔磁性Fe3O4纳米颗粒：将氯化铁(5～30mmol)和1,4
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苯二甲酸(5～30mmol)溶解在50～200mL N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，并通过微波辐射加热混合物(300～800W)，在150℃下持续10～25min，获得铁基金属有机骨架材料(Fe
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MOFs)。将获得的Fe
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MOFs用DMF和甲醇洗涤2～4次，在60℃下真空干燥。然后，将制备的Fe
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MOFs在氮气气氛下以1～15℃/min的升温速率在400～800℃下加热1～3.5h，最终合成多孔磁性Fe3O4纳米颗粒；
[0009]b.制备磁性光电复合材料Fe3O4@CdS：将5～20mg多孔磁性Fe3O4纳米颗粒分散在0.01～0.2M四水合硝酸铬的甲醇溶液中0.5～2min，用甲醇洗涤，随后分散在0.01～0.2M九水合硫化钠的甲醇/水(1:1，v/v)溶液中0.5～2min并用甲醇洗涤。经过2～8次以上操作后，将获得的磁性光电复合材料Fe3O4@CdS用甲醇和超纯水洗涤，利用磁性分离将多余的分散液除去，并在60℃下真空干燥；
[0010]c.制备捕获单元Fe3O4@CdS
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Ab1：将1～10mg Fe3O4@CdS分散到3
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巯基丙酸溶液中，于4℃冰箱缓慢摇晃6～12h。而后利用磁分离将羧基化的Fe3O4@CdS用水洗涤2～5次。然后，加入0.2～2mL含10～100mmol/L 1
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乙基
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(3
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二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和1～10mmol/L N
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羟基琥珀酰亚胺(NHS)的混合溶液缓慢摇晃30～60min。利用磁分离洗掉多余的EDC/NHS后，加入0.01～1mL浓度为1～3mg/mL的一抗Ab1并缓慢摇晃30～60min，然后洗涤除去多余的Ab1，最后加入0.01～1mL BSA(1～5wt.％)并缓慢摇晃30～60min。磁性分离清洗并用磷酸盐(PBS)缓冲液(10mM，pH 7.4)定容至1mL，即得捕获单元溶液。
[0011](2)信号单元制备
[0012]a.制备氨基化氧化铜多面体CuO
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NH2：将含有11～80mg三水合硝酸铜、5～40mg 1,3,5
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苯三甲酸和含有1.5～3.0g月桂酸的5～20mL正丁醇溶液转移到衬有聚四氟乙烯的高压釜中，并在140℃下保持3～5h。通过离心获得沉淀，并用超纯水或乙醇洗涤。将得到的多面体蓝色粉末在60℃下真空干燥后，在管式炉中300～400℃(氩气气氛下)和450～550℃(空气中)下分别再煅烧30～60min，得到CuO多面体。将CuO(1～5mg)分散在乙醇/水溶液(1～5mL，v/v，19/1)中。然后，CuO悬浮液中加入60～300μL 3
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氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)，超声20min。之后，将其在60～80℃下加热0.8～1.9h。接着将悬浮液离心，乙醇洗涤2～5次，60℃烘干，得到CuO
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NH2。
[0013]b.制备信号单元：为了制备信号单元Ab2
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CuO，将氨基化的CuO(0.5～4mg)分散在0.4～3.5mL PBS缓冲液(10mM，pH 7.4)中。然后，将60～500μL戊二醛溶液(5wt.％)加入上述溶液中并在室温下缓慢摇动4～8h。然后，将沉淀物洗涤数次并重新分散在1mL含有Ab2(0.5～3mg/mL)的PBS缓冲液(10mM，pH 7.4)溶液中。在缓慢摇动下，混合物反应0.7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法，其特征在于，机理如下：Fe3O4@CdS负载大量第一抗体Ab1，得到可以特异性识别目标物的捕获单元Fe3O4@CdS
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Ab1。通过微流控技术，信号单元Ab2
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CuO可以与目标物及捕获单元快速形成免疫夹心复合物，使得捕获单元的阳极光电流翻转为阴极光电流。此外，利用磁性辅助分离技术可以将免疫夹心复合物快速引入磁性工作电极表面。实现一步法检测疾病标志物。基于微流控技术、目标物诱导光电流极性转换技术和磁性辅助捕获技术的有机组合，我们实现了高灵敏度和高选择性检测疾病标志物抗原。2.根据权利要求1所述的一种高选择性一步检测复杂介质中疾病标志物的光电化学装置及方法，其特征在于：第一次基于CuO诱导磁性光电复合材料Fe3O4@CdS的光电流信号极性翻转策略实现了特异性检测疾病标志物，所用的光电化学方法为计时电流法，电压为
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈金华，张青青，张小华，杜翠翠，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：