一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器及其制备方法。本发明专利技术采用磁性纳米球MBs用于生物分离，银纳米立方体AgNCs作为信号指示剂，当目标RNA出现时，DSN酶触发cDNA的裂解反应，导致AgNCs从MBs/cDNA/AgNCs组装体表面分离；之后，酸解AgNCs产生的Ag

【技术实现步骤摘要】
一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电化学领域，具体涉及一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电化学 (PEC) 过程是指由施加的光引起的光活性材料的电子激发和随后的电荷转移而产生的光电转换。 随着对先进生物分析的需求不断增长，将光电化学与生物分析的结合开创了PEC生物分析的创新领域，其中利用光来激发光活性物质，并采用电信号作为检测读数，从而具有较低的背景噪音。PEC生物分析是一种新开发的具有更高灵敏度的分析技术，检测范围更广，仪器成本低。因此广泛应用于DNA、RNA分析，免疫分析，酶传感和细胞检测等方面。在PEC分析过程中，显着的PEC响应受益于抑制电荷复合、快速电荷转移和宽光谱吸收范围。因此，光活性材料在 PEC 传感中起着至关重要的作用，光活性材料的合理设计被认为是设计高性能PEC 传感器最关键的步骤之一。
[0003]钒酸铋 (BiVO4) 是一种 n 型半导体，已被确定为最有前途的光电阳极材料之一。 它由廉价元素组成，带隙为 2.4 eV，价带（VB）边缘位于约2.4 V vs. RHE（可逆氢电极），为空穴光氧化水提供足够的过电位，而 导带（CB）边缘位于 H2的热力学水平附近。它的带隙略大于光阳极所需的带隙（ca. 2.0 eV) 但其非常负的 CB 位置可以弥补这一缺点，因为没有多少可以利用可见光的 n 型半导体具有与 BiVO4一样负的 CB 边缘位置。然而，未改性的 BiVO
4 光阳极用于水氧化的效率并不高，因为它们存在过多的电子
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空穴复合、较差的电荷传输特性和较差的水氧化动力学。因此，最近开发了各种策略，例如形貌控制、复合结构的构建、 掺杂以及与析氧催化剂的耦合，以解决一种或多种限制。一种简单的方法是将贵金属注入 BiVO
4 表面形成肖特基势垒，这可以促进光致电荷分离和 OER（析氧反应） 动力学。在各种贵金属材料中，Ag是一种相对低成本的修饰半导体的贵金属，其局部表面等离子体共振（LSPR）效应也可以导致更强的光散射和增强的光吸收。 因此，Ag具有太阳能利用、电荷分离、OER活性中心等多重功能，使其广泛应用于钒酸铋基PEC水中。
[0004]MicroRNA（miRNA）是一种短的内源性非编码RNA，长度约为18
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25个核苷酸，控制基因表达。miRNA失调和异常表达与某些癌症密切相关，如甲状腺癌、肺癌、 结直肠癌、 膀胱癌、胰腺癌、白血病等，因此，miRNA 可作为肿瘤标志物。常用的miRNA检测技术主要包括Northern blot分析、实时定量PCR（qRT
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PCR）检测、微阵列、荧光、电化学法、电化学发光法等，但这些方法灵敏度较低、耗时。PEC技术是一种基于PEC过程和生物识别过程的新型分析方法。具有灵敏度高、成本低、设备简单、易于小型化等优点，这引起了人们的广泛关注。
[0005]由于miRNA 的序列同源性高、序列长度短、体液中的浓度低，为了提高miRNA检测的灵敏度。Ye等首先提出了用于荧光检测的双链特异性核酸酶（DSN酶）信号放大机制（DSNSA），使得miRNA的检出限低至fM级。DSN是从某些十足目动物的消化腺或肝脏和胰腺中分离出来的，如虾和蟹，可以水解DNA/RNA异源双链中的DNA 链，但保留 RNA 链，这意味着反应后可以释放 RNA 序列，引发更多的DNA切割反应。基于DSN 的系统不需要复杂的探针
设计或特殊仪器。因此，结合不同的传感技术，DSN辅助的目标循环放大策略已广泛应用于miRNA 检测。但到目前为止，光电化学中关于miRNA检测的工作较少。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器及其制备方法，用于microRNA
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155 的超灵敏检测。本专利技术的传感器结构简单、制备工艺简单、检测时间短、灵敏度高、选择性好，为宫颈癌癌和乳腺癌的诊断提供了非常有前景的检测方法。
[0007]为了实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤：（1）FTO电极的前处理将FTO电极依次用乙醇和去离子水超声清洗，干燥后，用透明胶带包裹FTO电极，留出5mm*10mm大小的面；（2）制备电沉积液先向250mL烧杯中加入50mL去离子水，控温在30℃，加入KI，搅拌溶解后，加入浓HNO3以将其酸碱度调节至1.7，再向其中逐次加入Bi(NO3)3·
5H2O，磁力搅拌至完全溶解，溶液颜色为不透明的橙红色溶液，得到硝酸铋混合溶液，再向硝酸铋混合溶液中倒入20ml无水乙醇，溶液颜色为透明的橙红色溶液，然后加入对苯醌，得到澄清的红褐色溶液，即为电沉积液；（3）制备BiVO4电极以步骤（1）最后得到的FTO电极作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，铂丝作为对电极，用于电沉积获得BiOI电极，再用去离子水冲洗BiOI电极，干燥；向沉积好的BiOI电极上滴加20μL乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，在马弗炉中以2℃/min从室温升至450℃煅烧2h；将煅烧后的BiOI电极放入1M NaOH中温和搅拌下碱洗30min，再用去离子水冲洗，即得到黄绿色BiVO4电极，并将其在空气中干燥；（4）合成银纳米立方块AgNCs取6 mL乙二醇于反应瓶中，150℃油浴加热1 h，加入100 μL 3 mM Na2S，反应8
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9分钟，加入1.5 mL 0.02 g/mL 的PVP，加入0.5 mL 0.048 g/mL 的硝酸银，反应10
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15 min，停止反应，将反应瓶冷却，纳米粒子先用丙酮冲洗一次，离心，加入超纯水分散后离心，去除上清液，超纯水重新分散，这个步骤重复3次，最后分散在4 mL超纯水中，即得到银纳米立方块原液，放入4 ℃冰箱备用；（5）组装MBs/cDNA/AgNCs将5 μL修饰巯基的cDNA 与5 μL TCEP避光孵育1 h，将混合液加入40 μL步骤（4）制得的银纳米立方块原液中，再加入150 μL 10 mM PBSS，在37℃孵育过夜，孵育完后，6000rpm离心10min，然后将离心后的上清液去除，向沉淀中加入50μL 10mM PB，得到cDNA/AgNCs溶液；取100μL链霉亲和素修饰的磁珠，用100μL PBST洗三遍，重新分散在100μL 10mM PBST中，向其中加入25μL cDNA/AgNCs溶液，37℃孵育2h，孵育后，通过磁铁将磁珠与溶液分离，将磁珠用PBST缓冲液洗三次，去除上清液，将磁珠重新分散在70μL 10mM PBST缓冲液中，获得MBs/cDNA/AgNCs纳米复合物；
（6）DSN辅助目标循环放大过程分别取不同浓度的miRNA
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155，加入10 μL的10
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DSN buffer和1 μL DSN 酶，加入6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BiVO4/Ag的光电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）FTO电极的前处理将FTO电极依次用乙醇和去离子水超声清洗，干燥后，用透明胶带包裹FTO电极，留出5mm*10mm大小的面；（2）制备电沉积液先向250mL烧杯中加入50mL去离子水，控温在30℃，加入KI，搅拌溶解后，加入浓HNO3以将其酸碱度调节至pH 为1.7，再向其中加入Bi(NO3)3·
5H2O，磁力搅拌至完全溶解，溶液颜色为不透明的橙红色溶液，得到硝酸铋混合溶液，再向硝酸铋混合溶液中倒入20ml无水乙醇，溶液颜色为透明的橙红色溶液，然后加入对苯醌，得到澄清的红褐色溶液，即为电沉积液；（3）制备BiVO4电极以步骤（1）最后得到的FTO电极作为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，铂丝作为对电极，用于电沉积获得BiOI电极，再用去离子水冲洗BiOI电极，干燥；向沉积好的BiOI电极上滴加20μL乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，在马弗炉中以2℃/min从室温升至450℃煅烧2h；将煅烧后的BiOI电极放入1M NaOH中温和搅拌下碱洗30min，再用去离子水冲洗，即得到黄绿色BiVO4电极，并将其在空气中干燥；（4）合成银纳米立方块AgNCs取6 mL乙二醇于反应瓶中，150℃油浴加热1 h，加入100 μL 3 mM Na2S，反应8
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9分钟，加入1.5 mL 0.02 g/mL 的PVP，加入0.5 mL 0.048 g/mL 的硝酸银，反应10
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15 min，停止反应，将反应瓶冷却，纳米粒子先用丙酮冲洗一次，离心，加入超纯水分散后离心，去除上清液，超纯水重新分散，这个步骤重复3次，最后分散在4 mL超纯水中，即得到银纳米立方块原液，放入4 ℃冰箱备用；（5）将AgNCs修饰的捕获探针cDNA 组装到磁珠上制备MBs/cDNA/AgNCs纳米复合物将5 μL修饰巯基的cDNA 与5 μL TCEP，避光孵育1 h，将混合液加入40 μL步骤（4）制得的银纳米立方块原液中，再加入150 μL 10 mM PBSS，在37℃孵育过夜，孵育完后，6000rpm离心10min，然后将离心后的上清液去除，向沉淀中加入50μL 10mM PB，得到cDNA/AgNCs溶液；取100μL链霉亲和素修饰的磁珠，用100μL PBST洗三遍，重新分散在100μL 10mM PBST中，向其中加入25μL cDNA/AgNCs溶液，37℃孵育2h，孵育后，通过磁铁将磁珠与溶液分离，将磁珠用PBST缓冲液洗三次，去除上清液，将磁珠重新分散在70μL 10mM PBST缓冲液中，获得MBs/cDNA/AgNCs纳米复合物；（6）双链特异性核酸酶辅助目标循环放大过程分别取不同浓度的miRNA
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155，加入10 μL的10
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DSN buffer和1 μL DSN ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴韶华，魏玉杨，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：