用于检测活细胞分泌H2O2的传感电极、传感器及方法技术

本发明专利技术属于生物传感器技术领域，具体涉及一种用于检测活细胞分泌H2O2的传感电极、传感器及方法。本发明专利技术以碳布为基底原位生长钴基金属有机骨架前驱体，利用磷酸盐溶液原位刻蚀Co MOF前驱体形成磷酸钴，然后电沉积铂纳米花，制得PtNFs/CoPi@CC传感电极。并在此基础上构建了一种基于碳布上生长Co MOF衍生的磷酸钴

【技术实现步骤摘要】
用于检测活细胞分泌H2O2的传感电极、传感器及方法


[0001]本专利技术属于生物传感器
，具体涉及一种用于检测活细胞分泌H2O2的传感电极、传感器及方法。

技术介绍

[0002]过氧化氢(H2O2)是活性氧(Ractive oxygen species，ROS)的一个重要组成部分，在生理和病理过程中发挥着重要作用。在生物系统中，适量的H2O2对细胞内信号转导、细胞增殖、蛋白质合成等都是至关重要的，当H2O2浓度超过一定限度时，与细胞损伤、氧化应激、阿尔茨海默病、癌症等一系列疾病密切相关。因此，非常有必要对H2O2的浓度或者相对水平进行可靠的测量。目前对H2O2进行测量的主要方法有电子顺磁共振技术(EPR)，荧光染色法，化学发光法，色谱法，分光光度法等，这其中的大多数方法所需仪器昂贵，操作复杂，难以广泛应用；而电化学传感器因其便宜、快速、方便、可用于体外和体内监测等多方面的优势而备受关注。然而，细胞内微环境复杂，干扰物质多，并且内生H2O2含量微小，其半衰期短，所以检测细胞内生性H2O2具有很大的挑战。
[0003]有机金属框架(MOF)因具有较大的表面积，能提供较多的催化位点，是开发优良电催化材料的有效策略。在这其中，Co
‑
MOF由于其简单节能的制备过程，独特的叶片状结构可能为催化提供更多的活性位点等优点而获得了广泛的关注。然而，单独的Co
‑
MOF材料用于物质检测尚未见到相关报道，推测这可能是由于配体2
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甲基咪唑的独特性质导致的。2甲基咪唑在酸性条件下质子化，在碱性条件下去质子化，因此在不同的PH环境下稳定性不足。为了增加Co
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MOF的稳定性，本领域技术人员已经做出了许多努力，例如采用高温碳化，离子交换法等。在这其中，离子交换法由于其温和的反应条件和节能性备受关注。
[0004]现有技术中，公开号为CN113433188A的专利技术专利公开了一种纳米花复合膜的纳米酶H2O2传感器的制备方法及其应用，该专利技术采用采用核壳结构的双金属纳米花附着在MOF材料上，组装并制备了超灵敏、快速检测过氧化氢的纳米酶传感器，检测限为86nM。该纳米酶传感器添加了外源酶，外源酶可能会对生物体系存在干扰，且受到酶的失活和降解的影响。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种将适合细胞生长的交错碳纤维构成的柔性CC导电基底与微纳米阵列(PtNFs/CoPi)相结合形成柔性电极的策略。本专利技术采用原位生长、室温刻蚀和电化学沉积的方法制备PtNFs/CoPi@CC电极，实现了细胞在传感电极上的粘附生长，缩短了反应距离，减少了H2O2的损失。并在此基础上构建了一种基于碳布上生长Co
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MOF衍生的磷酸钴
‑
铂纳米花(PtNFs/CoPi@CC)无酶生物传感器，实现了活细胞分泌H2O2的原位实时检测。
[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种PtNFs/CoPi@CC传感电极，本专利技术对Co
‑
MOF进行改性，合成了稳定的MOF衍生物磷酸钴，以此制得的传感电极具有优异的灵敏度、选择性和重现性，为原位实时检测细胞分泌的H2O2提供了技术支持。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]PtNFs/CoPi@CC传感电极，所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的制备方法为：以碳布为基底原位生长Co
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MOF前驱体，利用磷酸盐溶液原位刻蚀Co
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MOF前驱体形成CoPi，然后采用电沉积法在电极上修饰PtNFs，获得所述PtNFs/CoPi@CC传感电极。
[0009]本专利技术选择碳布(carbon cloth，CC)作为工作电极的基底。本领域检测内源性H2O2的主要挑战在于其浓度低，半衰期短，因此需要传感器具备足够的快速灵敏检测H2O2的能力，而碳布具有大的比表面积，可以增强检测的灵敏度，碳布的纤维丝状结构可以为其他催化材料的修饰提供更多的位点。因此，碳布可以很好的提高检测的灵敏度，获得更低的检测限，为实现活细胞的原位H2O2实时检测提供了可能性。
[0010]进一步，所述CoPi具有类珊瑚微阵列结构。
[0011]进一步，所述PtNFs均匀分布在PtNFs/CoPi@CC传感电极的表面。
[0012]本专利技术提出了一种新型的Co
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MOF改性稳定方案，采用一步刻蚀法合成了稳定的MOF衍生物磷酸钴(CoPi)，并用于后续研究。众所周知，部分贵金属对过氧化氢具有良好的电催化作用，因此，为了进一步提高传感器的灵敏度等检测性能，我们采用电沉积法在电极上修饰了铂纳米花(Pt纳米花，PtNFs)。CoPi的独特的类珊瑚微阵列结构不仅为PtNFs提供了更多的生长位点，可以促进H2O2在传感电极上的快速扩散，从而更好的发挥了PtNFs/CoPi@CC的电催化作用；并且CoPi独特的类珊瑚状结构有利于活细胞的粘附，缩短了催化材料与细胞释放H2O2的距离，减少了过氧化氢的损失，为原位实时检测细胞分泌H2O2提供了重要保证。
[0013]进一步，所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的X射线衍射谱在25.6
°
和43.4
°
处有两个衍射峰，对应碳布的碳的002和100晶面；所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的XRD图像中有九个衍射峰，其2θ值分别为39.3
°
、45.7
°
、66.6
°
、80.1
°
、84.5
°
、20.4
°
、25.9
°
、36.8
°
和54.4
°
，分别对应于铂的111、200、220、311、222晶面和磷酸钴的
‑
101、210、031、312晶面。
[0014]进一步，所述Co
‑
MOF前驱体的生长方法为：将预处理后的有效面积为1cm
×
1cm的锤形碳布电极浸泡在2
‑
甲基咪唑(2
‑
MIM)水溶液和六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)水溶液的混合液中静置4h，采用室温结晶法在碳布上生长Co
‑
MOF。
[0015]进一步，所述混合液中，2
‑
甲基咪唑水溶液和六水合硝酸钴水溶液的体积比为1：1，2
‑
甲基咪唑水溶液的浓度为0.4M，六水合硝酸钴水溶液的浓度为0.05M。
[0016]进一步，所述碳布前处理方法为：商用柔性碳布(CC，1
×
1cm2)分别在丙酮，乙醇和超纯水中进行2分钟的超声波处理以去除杂质；清洗后，将碳布浸泡在体积比为1：1的浓硝酸和浓硫酸的混合物中，加热煮沸1h以改善碳布的亲水性；冷却后，用大量超纯水冲洗，直至脱酸，用PH计测量洗脱液的PH值为7.00；清洁后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.PtNFs/CoPi@CC传感电极，其特征在于，所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的制备方法为：以碳布为基底原位生长Co
‑
MOF前驱体，利用磷酸盐溶液原位刻蚀Co
‑
MOF前驱体形成CoPi，然后采用电沉积法在电极上修饰PtNFs，获得所述PtNFs/CoPi@CC传感电极。2.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述PtNFs均匀分布在PtNFs/CoPi@CC传感电极的表面。3.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的X射线衍射谱在25.6
°
和43.4
°
处有两个衍射峰，对应碳布的碳的002和100晶面；所述PtNFs/CoPi@CC传感电极的XRD图像中有九个衍射峰，其2θ值分别为39.3
°
、45.7
°
、66.6
°
、80.1
°
、84.5
°
、20.4
°
、25.9
°
、36.8
°
和54.4
°
，分别对应于铂的111、200、220、311、222晶面和磷酸钴的
‑
101、210、031、312晶面。4.根据权利要求1所述的传感电极，其特征在于，所述Co
‑
MOF前驱体的生长方法为...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧广超，曾仲源，兰华林，赵爽，王健，吴悔，张玉婵，兰远胜，王贵学，
申请(专利权)人：重庆医疗器械质量检验中心，
类型：发明
国别省市：