一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法技术

一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，属于呼出气检测技术领域。其首先是利用口罩和呼出气的温度差以及口罩的特殊润湿性收集呼出气冷凝液阵列；再设计等离子体生物传感器，并根据待测物对等离子体生物传感器进行功能化修饰；然后利用功能化修饰的等离子体生物传感器对呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量进行检测，通过对特征峰值的信号采集，检测呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量。本发明专利技术具有基底简单易得、取样简单、自定位收集、浓缩富集等作用，有利于进一步提高检测灵敏度，解决现有疾病检测技术依赖于昂贵仪器、取样及检测步骤繁琐等问题，从而实现对疾病的早期筛查。而实现对疾病的早期筛查。而实现对疾病的早期筛查。

【技术实现步骤摘要】
一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法


[0001]本专利技术属于呼出气检测
，具体涉及一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法。

技术介绍

[0002]疾病的早期筛查和有效诊疗依赖于对反映某种疾病的生化指标的准确检测。疾病筛查是指用快速、简便、灵敏的检验方法，对一些对人体重要器官造成不可逆伤害或是危及个体生命的疾病的检测，以便对疾病做出早期诊断，结合有效治疗，降低患病率、死亡率。然而，传统的疾病筛查往往依赖于昂贵且笨重的仪器、复杂的采样方法以及整个取样检测过程中医护人员繁琐且熟练的操作等等。常见的例子是癌症检测，通过磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)和电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)或通过组织病理学审查进行。MRI或CT需要昂贵的仪器，并且仅在大型医院提供，且组织病理学审查耗时久。同样地，传染性病原体通常通过生物或生物分子诊断方法检测，例如培养细胞或聚合酶链反应(PCR)以检测病原体的特定遗传特征。细胞培养物对于细菌感染诊断非常有用，因为它们可以提供额外的信息，例如抗生素耐药性；但是，这种方法需要数天和专门的实验室设置。同样，PCR也需要专门的设置、人员和仪器。这一系列苛刻且繁琐的检测步骤、昂贵的检测费用以及假阳性给人们造成生活的困扰，不仅阻碍了“我要筛查”这种主动的疾病早期筛查观念的普及，而且使得一些怕繁琐的百姓望而却步。因此，亟需开放一种低成本、不依赖大型仪器、易操作同时又能保证检测准确度的检测策略。
[0003]与耗费人力和时间的传统诊断方法相比，即时检验(point
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care testing，POCT，POCT技术是在患者护理附近进行的诊断，是一种新的智能策略，用于在患者需求点进行实时、快速、准确和现场检测)作为一种便携式且用户友好的技术，可以在采样点直接检测，具有诊断速度更快、灵敏度和特异性更高、成本更低、效率和现场检测能力更高的优势。近年来，随着临床医学对现场检测的高需求，特别是在资源贫乏地区，POCT技术自出现以来越来越受到关注，POCT设备市场巨大。为了实现POCT诊断，开发POCT检测样本、检测方法和相关POCT设备是关键，应给予重视。
[0004]首先，从检测样本方面考虑，开发新的生物标记物用于家庭护理点的实施，有助于疾病的早期筛查和预防。呼出气冷凝液(Exhaled Breath Condensate，EBC)检测具有无创、简单易操作、可反复进行等优点，同时呼出气冷凝液是一种充满有价值生物分子信息的基质，其中某些成分的显著变化可以反映人体内的病理生理状态，是评估人类健康和环境暴露水平的一种重要生物媒介，有望成为疾病早期筛查、病情监测及疗效判断的新型媒介。公布号CN 102841199 A(申请号201210349966.7)的中国专利文献公开了一种快速诊断流感的方法，其特征是利用特异性抗体修饰的硅纳米线效应晶体管生物传感器实现对呼出气冷凝液中的流感病毒进行检测。但其存在将呼出气冷凝液收集和检测分开，且对呼出气冷凝液进行稀释等步骤，操作耗时繁琐，不利于POCT诊断。
[0005]迄今为止，已经有多种新颖的检测方法用于开发POCT诊断，包括电化学生物传感器、荧光生物传感器、比色生物传感器、化学发光生物传感器、基于表面等离子体共振(SPR)的生物传感器和磁性生物传感器。其中，基于光学现象的方法非常适合在POCT上工作，因为可以进行非接触式测量。POCT中最常用的是比色法和荧光法。这两种方法都基于具有宽光谱响应的光学现象，带宽约为100nm。该特性将同时可观察到的峰数限制为两个或三个，从而限制了生物靶标的多重检测。此外，宽光谱分布阻碍了从背景干扰中提取传感器光学响应。相反，拉曼散射是一种光学现象，其振动性质赋予了非常尖锐的光谱特征。尖锐的拉曼峰允许同时检测多种分析物，并清楚地区分背景和拉曼信号。作为一种强大而有效的分析工具，表面增强拉曼散射(Surface
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Enhanced Raman Scattering，SERS)在可穿戴柔性传感和非侵入性即时检测(POCT)医学诊断领域引起了相当大的研究兴趣。通过吸附在纳米结构金属表面上的分子增强拉曼散射的发现是光谱和分析技术史上的一个里程碑。对可靠和稳健的生化传感方法的需求不断增长，这要求传感器技术的不断进步。在过去的二十年中，SERS克服了与拉曼光谱相关的固有灵敏度限制，拉曼光谱提供了分子的振动“指纹”光谱，使其在其他光谱技术中独一无二且用途广泛。SERS是一种等离子体现象，由于金属纳米颗粒表面散射的放大。放大来自局部表面等离子体共振，这是由特定波长的光相互作用产生的导电带电子的集体振荡。拉曼信号的这种增强或放大允许利用拉曼光谱的功能(例如，多路复用、精度)进行诊断。
[0006]如今，自新型冠状病毒疫情爆发以来，口罩逐渐生为人们生活中的必需品。文献表明，戴口罩可以降低COVID
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19的传播，因为人类呼出/吸入的空气可以通过口罩有效过滤。对口罩的使用可以追溯到中世纪，用于佩戴口罩以防止腺鼠疫。在19世纪末和20世纪初，外科口罩被用于减少细菌感染的传播。自2003年SARS爆发以来，人们高度重视开发高效口罩来保护医护人员。一般来说，口罩过滤的功效各不相同，取决于所用材料的类型、层数和在脸上的贴合度。不同的口罩提供不同水平的过滤人类呼气气溶胶和可吸入污染物，从打喷嚏飞沫到气态分子。戴口罩还可以防止呼出有害气溶胶和吸入空气污染物。因此，口罩可以成为一种安全、无创采样且具有成本效益的可穿戴工具，用于对各种呼出和吸入的分析物进行直接采样，并为人类健康和环境暴露提供新的见解，并在生命科学、医学和环境健康等许多领域提供了许多新的可能性。公布号CN 113491363 A(申请号：202110449024.5)的中国专利公布了一种用于收集和检测呼出气中飞沫的口罩装置，利用焦耳汤姆逊效应(节流膨胀效应)设计该口罩，可以实现呼出气飞沫收集检测一体化。和已有的用于收集呼出气飞沫的装置类似，都存在装置制备较为复杂、成本较高等问题。本专利技术基于口罩自身的特殊润湿性实现对呼出气冷凝液的定位收集检测的一体化。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有疾病检测技术依赖于昂贵仪器、取样及检测步骤繁琐等问题，基于口罩这种类似于纳米布沙漠甲虫的特殊润湿性，提出一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，其步骤如下：
[0008](1)利用口罩和呼出气的温度差以及口罩的特殊润湿性收集呼出气冷凝液阵列；
[0009](2)设计等离子体生物传感器，并根据待测物对等离子体生物传感器进行功能化修饰；
[0010](3)利用功能化修饰的等离子体生物传感器对呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量进行检测，通过对特征峰值的信号采集，检测呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量。
[0011]作为上述技术方案的优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，其步骤如下：(1)利用口罩和呼出气的温度差以及口罩的特殊润湿性收集呼出气冷凝液阵列；(2)设计等离子体生物传感器，并根据待测物对等离子体生物传感器进行功能化修饰；(3)利用功能化修饰的等离子体生物传感器对呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量进行检测，通过对特征峰值的信号采集，检测呼出气冷凝液中的亚硝酸盐含量。2.如权利要求1所述的一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，其特征在于：步骤(1)中所采用的口罩为普通医用口罩、医用外科口罩、N95口罩或KN 95口罩，口罩具有被超疏水区域包围的亲水图案化区域。3.如权利要求1所述的一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，其特征在于：步骤(1)中，利用口罩和呼出气的温度差从而对呼出气进行冷凝收集，采用如下之一的方案，(a)将口罩用氮气吹净，装进密封袋，于
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15℃～
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30℃下冷冻20～40min，取出佩戴口罩10～30min；(b)设计用于收集和冷凝呼出气的口罩装置，包括口罩本体(1)、挂耳(2)和制冷囊泡(3)，制冷囊泡(3)设置于口罩外部靠近口鼻的位置，囊泡里一半区域装有制冷剂，一半区域装有水，两个区域用热封通道隔开；当对制冷囊泡(3)进行挤压时热封通道打开，制冷剂和水反应后吸热产生降温效果，再佩戴口罩10～30min；(c)在
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20℃～10℃的室外，佩戴口罩10～30min。4.如权利要求1所述的一种对呼出气冷凝液定位收集并用SERS技术对其亚硝酸盐含量进行原位检测的方法，其特征在于：步骤(2)中等离子体生物传感器是利用微量氯离子刻蚀
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多元醇方法制备的银纳米立方体胶体溶液，制备步骤如下，
①
打开油浴锅，设定温度预热到120～160℃至稳定，转速为300～500rpm；
②
将2.00～8.00mL乙二醇置于敞开体系内，在油浴锅内预热0.5～2h，至体系的温度达到设定的温度且保持稳定，反应体系内的水分被蒸出；
③
向上述敞开体系内加入1.00～1.50mL、1～5mM盐酸的乙二醇溶液，反应8～15min；
④
称取0.1500～0.5000g PVP K30溶解在10.00～30.00mL...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕男，陈春宁，刘嘉琦，卢佳昕，王亚磊，翟婧彤，赵宏琨，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：