复合膜修饰的生物传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术具体公开了一种复合膜修饰的生物传感器及其制备和应用，该生物传感器包括有一基体电极，其感应端包覆有一芳香族二胺聚合物膜，膜上修饰有碳纳米管－刚果红结合物层，结合物层上吸附有纳米金颗粒层。其制备方法为：先在基体电极感应端通过电聚合反应形成聚合物膜；再在膜上修饰碳纳米管－刚果红结合物层，最后在结合物层上电沉积纳米金即可。本发明专利技术的生物传感器可应用于检测目标基因，检测时的先设计探针，然后修饰捕获探针，经过一、二次杂交和酶催化反应后，即可判断待测杂交液中是否含有目标基因及目标基因的浓度大小。本发明专利技术的生物传感器具有导电性好、生物相容性好、灵敏度高、抗干扰性强、选择性好、制作成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物传感器领域，尤其涉及一种经过复合膜修饰后的生物传感器及其 制备方法和应用。
技术介绍
生物传感器是一个极具发展潜力的学科领域，其快速敏锐的检测性能给诸多学科 提供不可或缺的信息。随着纳米科技的不断发展和检测手段的日新月异，基于纳米材料的 多种生物传感器的集成是生物传感器发展的重要趋势。目前，国内外众多研究者对碳纳米 材料、金属纳米材料在生物传感器方面的应用进行了大量的理论和实验研究，并取得了突 破性的进展，为纳米材料在生物传感器方面的应用开创了新的局面。碳纳米管(CNTs)是一种良好的传感及载体材料，其优良的导电性能会很好地促 进生物电活性分子的电子传递，应用于电化学传感器上能显著提高对多种无机、有机和生 物靶目标的响应程度。碳纳米管作为一种理想的电极材料，有着其独特的性能，例如比表 面积大、表面活性高、催化效率高、表面带有较多的功能基团等，能提高生物识别分子(酶、 DNA、抗原/抗体等)在碳纳米管电极上的固定效率。与常规的固态碳传感器相比，碳纳米 管制作的传感器灵敏度高、反应速度快、检测范围广，必将为生物传感器的发展带来更大的 进步。纳米金颗粒是最稳定的贵金属纳米粒子之一，其特殊的稳定性、小尺寸效应、量子 效应、表面效应及生物亲和性等，使它成为在光学、电子、催化和生物医药等方面研究和应 用的热点。在生物分析中，金纳米颗粒已用于DNA检测以及免疫检测等。金纳米金颗粒直径 小，比表面积大，且具有良好的生物兼容性，可与氨基发生非共价的静电吸附而牢固结合， 与巯基之间形成很强的Au-S共价键，这使得纳米金与生物活性分子之间的结合能力大大 提高，且不会影响生物活性分子的结构和活性。因此，纳米金颗粒在生物传感器的制作方面 同样具有潜在而广泛的应用价值。应用生物传感器进行靶基因的痕量分析，这对于疾病诊断和治疗以及污染物的监 测和控制来说是十分关键的。由于常规的紫外分光光度法对待测样品的浓度和纯度要求较 高，因此对低浓度或者浊度较大的基因序列进行分析检测比较困难，且不能进行在线监测。 而现有的基因传感技术由于其灵敏度有限，对低于皮摩尔级(pM，I(T12M)的基因序列也难以 进行检测。因此，研制一种灵敏度极高、选择性好、操作简便、成本低的在线检测技术是生命 科学研究、临床医学以及环境污染控制领域的一项重要的研究课题，而基于上述纳米材料 修饰的基因传感器是目前生物传感器发展的一个重要方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种具有良好导 电性、生物相容性、灵敏度高、抗干扰性强、选择性好、制作成本低的复合膜修饰的生物传感 器，还提供一种该生物传感器相应的制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种复合膜修饰的生物传感器， 所述生物传感器包括有一基体电极，所述基体电极的感应端包覆有一芳香族二胺聚合物 膜，所述芳香族二胺聚合物膜上修饰有碳纳米管_刚果红结合物层，所述碳纳米管_刚果红 结合物层上吸附有纳米金颗粒层。上述的复合膜修饰的生物传感器中，所述基体电极可以为现有电化学反应体系中 用到的各种常规电极，但经过我们的实验，其优选为玻碳电极、金电极或钼电极。上述的复合膜修饰的生物传感器中，所用到的芳香族二胺聚合物是一种较理想的 有机导电材料，其良好的环境稳定性、优良的导电率及相对简单的制膜方法等都吸引着研 究者的关注；芳香族二胺单体可以通过分子内一个或两个胺基的氧化而合成线形或梯形结 构聚合物，这类特殊的结构使得芳香族二胺聚合物表现出比聚苯胺和聚吡咯更多的功能。 由于芳香族二胺单体经电化学氧化聚合后，能直接在基体电极上形成性能良好的聚合物 膜，该聚合物膜结构中的自由氨基还能与其他官能团结合而稳定存在，因此本专利技术选用芳 香族二胺聚合物对基体电极首先进行修饰，这对本专利技术生物传感器功能的有效发挥起到了 不可忽视的作用。经过我们的实验，所述芳香族二胺聚合物优选为1，5_萘二胺、1，8_萘二 胺或对二氨基联苯。上述的复合膜修饰的生物传感器中，所用到的碳纳米管(CNTs)可以为单壁碳纳 米管，也可以为多壁碳纳米管。碳纳米管本身具有优良的物理化学性质(如较大的比表面 积)，将其修饰在芳香族二胺聚合物膜表面，可增加DNA在生物传感器表面的固定量；同时， CNTs优良的导电性可使其作为固定DNA载体时的电信号明显增强，从而提高DNA修饰电极 的灵敏度。上述的复合膜修饰的生物传感器中，所用到的纳米金具有很好的生物相容性，其 颗粒直径小，比表面积大，可使其与生物分子之间的结合能力大大提高；同时纳米金的放大 效应也可以很好的提高本专利技术生物传感器的敏感度。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种上述的复合膜修饰的生物传感器的制 备方法，包括以下步骤(1)材料准备准备一经过预处理的基体电极，并配制碳纳米管_刚果红溶液和氯 金酸溶液；(2)电聚合芳香族二胺单体以所述的基体电极作为工作电极，在添加有芳香族 二胺单体的电解液中建立三电极系统，通过控制扫描电位(优选控制在-0. 2V 0. 8V)和 扫描速率(优选控制在40mV · S1 60mV · s—1)将芳香族二胺单体电聚合至所述基体电极 的感应端，形成所述的芳香族二胺聚合物膜(该膜带自由氨基且相对致密)；(3)修饰碳纳米管向配制好的碳纳米管-刚果红溶液中滴加活化剂，再向所述芳 香族二胺聚合物膜上滴涂添加了活化剂的碳纳米管_刚果红溶液(碳纳米管_刚果红溶 液可以是利用酸处理后羧基化的碳纳米管与刚果红所带的氨基通过物理研磨共价结合制 成)，自然晾干后在所述芳香族二胺聚合物膜上形成碳纳米管_刚果红结合物层；(4)电沉积纳米金以上述修饰有碳纳米管_刚果红结合物层的基体电极作为工 作电极，以氯金酸溶液作为电解液，并建立三电极系统，通过控制扫描电位(优选控制在 OV 0. 9V)和扫描速率(优选控制在IOmV · s—1 15mV · s—1)在碳纳米管-刚果红结合物 层上电沉积纳米金颗粒，得到基于芳香族二胺聚合物_碳纳米管_纳米金的复合膜修饰的生物传感器。上述制备方法的电聚合芳香族二胺单体步骤中，所述电解液优选为0. IM 0. 2M 的HCl溶液，所述芳香族二胺单体在电解液中的浓度优选为IOmM 15mM。上述制备方法的修饰碳纳米管步骤中，所述碳纳米管_刚果红溶液的浓度优选为 3. Omg/mL 4. Omg/mL,滴加量优选为4 μ L 6 μ L，所述活化剂优选为1_乙基_3-(3_ 二 甲基氨丙基)_碳化二亚胺(EDC)溶液和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶液，所述1-乙 基-3-(3- 二甲基氨丙基)-碳化二亚胺溶液和N-羟基琥珀酰亚胺溶液的浓度分别优选为 3mM 5mM 禾口 8mM 10mM。上述制备方法的电沉积纳米金步骤中，所述氯金酸溶液的质量分数优选为 0. 0. 2%。上述本专利技术的生物传感器主要是基于以下原理和思路首先，在裸基体电极表面 形成一层芳香族二胺聚合物，由于芳香族二胺聚合物具有良好的导电性，且带有大量的自 由氨基基团，这使得酸处理后带有羧基基团的碳纳米管-刚果红结合物能通过共价键牢 固结合在芳香族二胺聚合物膜层表面，该碳纳米管_刚果红结合物的水溶性很好，滴于芳 香族二胺聚合物膜层表面干燥后便可形成一层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合膜修饰的生物传感器，所述生物传感器包括有一基体电极，其特征在于：所述基体电极的感应端包覆有一芳香族二胺聚合物膜，所述芳香族二胺聚合物膜上修饰有碳纳米管－刚果红结合物层，所述碳纳米管－刚果红结合物层上吸附有纳米金颗粒层。

【技术特征摘要】
一种复合膜修饰的生物传感器，所述生物传感器包括有一基体电极，其特征在于所述基体电极的感应端包覆有一芳香族二胺聚合物膜，所述芳香族二胺聚合物膜上修饰有碳纳米管 刚果红结合物层，所述碳纳米管 刚果红结合物层上吸附有纳米金颗粒层。2.根据权利要求1所述的复合膜修饰的生物传感器，其特征在于所述基体电极为玻 碳电极、金电极或钼电极。3.根据权利要求1或2所述的复合膜修饰的生物传感器，其特征在于所述芳香族二 胺聚合物为1，5_萘二胺、1，8_萘二胺或对二氨基联苯。4.一种如权利要求1 3中任一项所述的复合膜修饰的生物传感器的制备方法，包括 以下步骤(1)材料准备准备一经过预处理的基体电极，并配制碳纳米管_刚果红溶液和氯金酸 溶液；(2)电聚合芳香族二胺单体以所述的基体电极作为工作电极，在添加有芳香族二胺 单体的电解液中建立三电极系统，通过控制扫描电位和扫描速率将芳香族二胺单体电聚合 至所述基体电极的感应端，形成所述的芳香族二胺聚合物膜；(3)修饰碳纳米管向配制好的碳纳米管-刚果红溶液中滴加活化剂，再向所述芳香族 二胺聚合物膜上滴涂添加了活化剂的碳纳米管_刚果红溶液，自然晾干后在所述芳香族二 胺聚合物膜上形成碳纳米管_刚果红结合物层；(4)电沉积纳米金以上述修饰有碳纳米管-刚果红结合物层的基体电极作为工作电 极，以氯金酸溶液作为电解液，并建立三电极系统，通过控制扫描电位和扫描速率在碳纳米 管_刚果红结合物层上电沉积纳米金颗粒，得到基于芳香族二胺聚合物_碳纳米管_纳米 金的复合膜修饰的生物传感器。5.根据权利要求4所述的复合膜修饰的生物传感器的制备方法，其特征在于所述电 聚合芳香族二胺单体步骤中，所述电解液为0. IM 0. 2M的HCl溶液，所述芳香族二胺单体 在电解液中的浓度为IOmM 15mM。6.根据权利要求4或5所述的复合膜修饰的生物传感器的制备方法，其特征在于所 述电聚合芳香族二胺单体步骤中，所述扫描电位控制在-0. 2V 0. 8V，所述扫描速率控制 在 40mV. S-1 60mV. s-1。7.根据权利要求4所述的复合膜修饰的生物传感器的制备方法，其特征在于所述修 饰碳纳米管步骤中，所述碳纳米管_刚果红溶液的浓度为3. Omg/mL 4. Omg...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贞，曾光明，汤琳，伍梦诗，刘灿，庞娅，章毅，黎媛萍，雷晓霞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[]