一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用。该传感器利用Fe3O4@D

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于功能生物材料和生物传感
，具体涉及一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]MicroRNA(miRNA)是由19
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24个核苷酸构成的内源性非编码RNA。miRNA在多种疾病的发生和发展阶段皆存在异常表达，可以作为非创伤性诊断的标志物。因此，发展灵敏检测miRNA的分析方法对于临床诊断具有重要意义。然而，由于miRNA的序列长度短、浓度低、序列同源性高且易降解，准确地检测miRNA极具挑战。当前，应用最为广泛的miRNA检测方法包括印迹法、反转录聚合酶链反应法以及微阵列法。其中，印记法是检测miRNA的标准方法，但该方法耗时长、灵敏度低且样品需求量大。反转录聚合酶链反应法虽然具有灵敏度高和特异性好的优势，但是所需的引物短，导致该方法检测准确度不高。此外，该方法中存在的反转录步骤使得实验复杂性增加，同时増加了实验成本。尽管微阵列分析法可以实现miRNA的多重检测，但其重现性低、交叉杂交及非特异性吸附等问题降低了检测的准确度。因此，开发一种高特异性、高灵敏度且简便的miRNA检测方法是十分必要的。
[0003]光电化学(PEC)生物传感器依靠光敏材料与电极之间的电子和空穴的转移，能够将生化指标转化为可读取的光电信号，其灵敏度高、背景信号低，比传统检测方法更有优势。另外，该传感技术由于成本低，操作简单且易于小型化，目前已被推广应用于各类生物检测中。然而，传统的PEC传感器在检测过程中是基于光电信号相对于背景信号的增强或减弱进行分析，其缺点在于共存干扰物易于造成假阳性或假阴性信号，导致检测的特异性和灵敏度降低。针对上述问题，光电流极性翻转策略是一种理想的选择。光电流极性翻转型光电化学生物传感器的构建可以实现在目标物存在的情况下光电流的极性发生改变，因而具备高灵敏度和高选择性的优势。
[0004]在PEC生物传感器中，光电活性材料的选择至关重要。一些传统光电材料，如硫化物、氮化碳、氧化物等，由于光电性能良好而广泛应用于PEC传感领域。然而，对于多数传统活性材料构建的PEC传感器，在检测中都需加入电子供体，如抗坏血酸和过氧化氢等，从而补偿电子消耗而获得稳定的PEC信号。同时，光电子在光电活性材料和电子供体间的传递是分子间的传递过程，这大大降低了电子传递的效率和稳定性，因而限制了光电流响应信号强度的提高。电子供体
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受体型(D
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A)共价有机框架材料(COF)是由供电子基团和吸电子基团构成的新型半导体。基于D
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A COF的PEC分析无需在检测液中加入电子供体即可获得良好的光电信号。另外，D
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A COF能实现分子内的电子转移，具备自增强效应，有望提升PEC传感的性能，在PEC传感领域具有潜在应用前景。因此，基于供体
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受体型COF材料优异的光电性质，发展新的光电流极性翻转体系，构建可用于灵敏检测miRNA的PEC生物传感器具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是结合催化发卡自组装(CHA)信号放大策略与磁分离技术，发展一种基于磁性COF复合材料的光电流极性翻转型光电化学生物传感器用于高灵敏、高特异性地检测复杂样品中的miRNA。如附图1所示，首先，发卡结构DNA(HP1)修饰的Fe3O4@D
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A COF(Fe3O4@D
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A COF
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HP1)通过碱基互补配对从复杂样品中高效富集目标物miRNA，并打开HP1的发卡结构。随后，修饰ZnSe量子点(QDs)的发卡结构DNA HP2(ZnSe QDs
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HP2)的引入启动CHA反应，取代miRNA。释放的miRNA进而与下一个发卡结构的HP1杂交，引发下一个CHA反应，如此循环使得Fe3O4@D
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A COF表面捕获大量的ZnSe QDs，从而实现信号放大。最后，利用磁性吸附将磁性复合物引入到磁性工作电极表面，在光照下检测PEC信号变化，从而实现对目标物的高灵敏、特异性检测。其中，ZnSe QDs作为一种光敏材料，与D
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A COF在能级上相匹配，这不仅有利于光生载流子的转移，还能诱导磁性COF复合材料(Fe3O4@D
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A COF)的光电流极性发生改变。所提出的基于ZnSe QDs诱导磁性COF复合材料新型光电流极性翻转体系有利于提升PEC生物传感器的特异性。此外，通过更换相应的HP1和HP2，可实现不同种类miRNA的检测。
[0006]基于上述目的，本专利技术所涉及的技术方案如下：
[0007](1)Fe3O4@D
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A COF
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HP1的制备
[0008]a.Fe3O4的制备
[0009]首先，将FeCl3·
6H2O(0.24～1.88g)溶解于10～80mL乙二醇中。随后，依次加入0.40～1.86g乙酸钠和0.10～1.00g柠檬酸钠，搅拌10～90min。将混合溶液转移到具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，并在150～220℃下反应6～20h。冷却至室温后，用磁铁收集产物，用去离子水和乙醇洗涤数次，然后真空干燥。
[0010]b.Fe3O4@D
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A COF的制备
[0011]称取10～50mg的Fe3O4，将其分散在5～50mL的乙腈溶液中，超声处理10～60min。然后加入1,3,5
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三(4
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氨苯基)苯(0.1～0.3mmol)，室温下用摇床缓慢摇晃2～8h。随后，加入0.1～0.4mmol的2,5
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二甲氧基对苯
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1,4
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二甲醛和1～8mL的冰醋酸(6～12mol/L)，继续室温摇晃12～36h后，外加磁场分离产物，用甲醇洗涤3次，最后真空干燥。
[0012]c.羧基化Fe3O4@D
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A COF(Fe3O4@D
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A COF
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PAA)的制备
[0013]将0.5～2mL的聚丙烯酸(PAA)溶液(5mg/mL)与0.5～2mL含有0.1M EDC/NHS(1
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(3
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二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐/N
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羟基丁二酰亚胺)的水溶液混合后，在黑暗中摇晃10～40min。然后，加入0.5～2mL的Fe3O4@D
‑
A COF溶液(4mg/mL)。将混合溶液摇晃12～36h后，用超纯水洗涤3次，并进行磁分离。最后，将产品分散在2mL的超纯水中，并在4℃下保存备用。
[0014]d.Fe3O4@D
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A COF
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HP1的制备
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器，其特征在于：将电子供体
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受体型共价有机框架材料(D
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A COF)作为光电化学生物传感器的光电活性材料。2.如权利要求1所述的一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器，其特征在于：将光电流极性翻转策略、催化发卡自组装信号放大策略及磁分离技术相结合。3.如权利要求1或2所述的一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器，其特征在于：所述磁性COF复合材料是Fe3O4与电子供体
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受体型共价有机框架材料的复合材料。4.根据权利要求2或3所述的一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器，其特征在于：所述光电流极性翻转策略是基于供体
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受体型COF材料与ZnSe量子点(QDs)实现的。5.如权利要求1～4任意所述的一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：a.制备发卡结构DNA(HP1)修饰的Fe3O4@D
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A COF复合材料(Fe3O4@D
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A COF
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HP1)；b.制备发卡结构DNA(HP2)修饰的ZnSe量子点(QDs)(ZnSe ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金华，肖克，张小华，杜翠翠，张青青，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：