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一种可视化的纸基生物阴极光电化学 传感器的构建方法

阅读：1028发布：2020-06-11

专利汇可以提供一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，涉及电化学检测技术领域。通过一步法制备碘化银 /二氧化铈纳米复合材料作为光电阳极，纸芯片作为基底进行修饰生物分子构建生物阴极，使用外部线圈与一个便携的数字万用表相连接测定两种生物标志物MUC1和miRNA-21。在纸芯片的比色区域滴加TMB 显色剂，利用在H2O2存在的条件下目标物MUC1能够氧化TMB变为蓝色产物oxTMB,实现对生物标志物的肉眼可视化比色显示的预判；在光照下阳极材料碘化银/二氧化铈光电子的转移速度加快，在此过程中产生的瞬时电流可以由数字万用表即时读取，通过与可折叠、便携且易操作的纸基生物阴极的结合实现对MUC1和miRNA-21的高灵敏检测。，下面是一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）将氟掺杂氧化锡（FTO）导电玻璃裁剪成1 cm×5 cm尺寸，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10 20 min，然后放入40 60 ℃烘箱30 min干燥；
~ ~
（2）以导电玻璃作为基底，利用水热合成法在导电玻璃表面制备碘化银/二氧化铈纳米复合材料作为光电阳极；
（3）设计能够实现可视化检测两种生物标志物的纸芯片作为生物阴极；
（4）在准备好的纸基生物阴极表面修饰对应两种标志物的适配体链用于捕获癌细胞，然后用牛血清白蛋白封闭工作电极表面的活性位点；
（5）将纸基折叠到相应位置，把不同浓度的癌细胞加入到修饰后的纸基生物阴极的工作区域表面，然后在纸基显色区域加入由TMB和H2O2溶液构成的显色剂，对目标物进行肉眼可视化的预判；
（6）将显色反应结束的生物阴极用超纯水冲洗三次，将其和步骤（2）中制备的光电阳极用外部导线与数字万用表连接，构建纸基生物阴极光电化学传感器。
2.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，其特征是：步骤（1）中是将FTO导电玻璃裁剪成1 cm×5 cm尺寸，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10 min然后放入60 ℃ 烘箱30 min干燥。
3.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，碘化银/二氧化铈纳米复合材料的制备；其特征是：首先将0.20 g二氧化铈和0.033 g碘化钾溶于60 mL超纯水中，搅拌30 min使其充分溶解混合，随后加入2 mL 0.1 M的硝酸银溶液, 然后把混合溶液转移到100 mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内并将（1）中处理好的FTO导电玻璃置于反应釜中封闭拧紧，置于预热180゜C的烘箱反应12 h，反应完毕后冷却至室温，取出FTO导电玻璃，用二次水冲洗三次并在室温下干燥，即可得到碘化银/二氧化铈纳米复合材料。
4.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，设计能够实现可视化检测两种生物标志物的纸芯片作为生物阴极，其特征是：在计算机上利用AI 软件设计如附图1所示的纸芯片的疏水蜡批量打印图案，然后将纸芯片剪裁成A4大小的纸，利用蜡打印机将设计的疏水蜡批量打印图案打印到A4纸上，随后将其放置到烘箱中加热直至蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水区域，最后采用丝网印刷的方法，将工作电极依次印刷到纸芯片。
5.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，在准备好的纸基生物阴极表面修饰对应两种标志物的适配体链用于捕获癌细胞，然后用牛血清白蛋白封闭工作电极表面的活性位点，其特征是：对步骤（3）中制备好的纸芯片进行功能化，首先原位生长金纳米粒子在工作区域便于适配体的连接，然后在其表面滴加10 μL由适配体1和适配体2构建的组合信号探针，在黑暗的室温环境下反应15 h。
6.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，将纸基折叠到相应位置，把不同浓度的癌细胞加入到修饰后的纸基生物阴极的工作区域表面，然后在纸基显色区域加入由TMB和H2O2溶液构成的显色剂，对目标物进行肉眼可视化的预判，其特征是：将步骤（4）中处理好的纸芯片用磷酸缓冲溶液（PBS）进行冲洗，干燥后折叠使工作区域与显色区域接触，然后将由5 μL MUC1和5 μL miRNA-21目标物构成的混合液滴加在工作区域1，在室温下反应30 min，然后滴加PBS和1% 牛血清白蛋白（BSA）阻止非特异性结合位点，反应结束后将纸芯片展开，滴加10 μL TMB和H2O2溶液构成的显色剂在对应的显色区域，3分钟时观察颜色深浅程度即可对目标物浓度进行肉眼可视化的预判，同理，将5 μL 1号目标物MUC1和5 μL 2号目标物miRNA-21分别滴加到工作区域2和工作区域3表面同样可实现可视化比色检测。
7.根据权利要求 1 所述的一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，其特征是：将步骤（5）中比色反应结束的生物阴极工作区域用超纯水冲洗三次，然后将其与步骤（2）构建的光电阳极通过导线和数字万用表相连接，实现了对两种目标物的即时检测。

说明书全文

一种可视化的纸基生物阴极光电化学 传感器的构建方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学检测技术领域，更具体地说是一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着人们经济水平的提高，环境污染、不良生活方式与精神压力过大等原因导致中国的癌症患者也逐年增加。据统计我国近六分之一的死亡是由癌症引起的并预测在未来的二十癌症发病率与死亡率将持续升高。为了有效的实现早期癌症的筛查，特别是对低水平的肿瘤标志物进行超灵敏检测，寻找一种快速、定量的检测肿瘤目标物的方法是非常必要的。然而常见的临床诊断手段都涉及到昂贵的检测仪器和复杂的专业性操作，因此本发明利用纸芯片的成本低、快速、便携、试剂消耗量小等优点实现对肿瘤标志物的现场高效检测。

[0003] 由于比色技术不断应用到分析化学中，主要原理是分析物通过一定方式促进物质从无色变化到有色，通过观察颜色的强度检测物质的浓度。因此，纸芯片作为基底可以为比色显示提供一个更加快捷的平台，这种方法不需要大型昂贵的仪器来检测，通过肉眼可视化即可实现对目标物浓度的早期预判，使得对肿瘤标志物的检测更加简单高效。

[0004] 为了提高传感器检测的灵敏度和准确性，光敏纳米材料由于其较大比表面积和良好的吸光性引起了研究者的极大兴趣。光敏纳米复合材料更是因其分布均匀和电子转移速率更佳的优势被极大地应用于光电化学分析中。其中，由碘化银和二氧化铈构成的纳米复合材料在电化学应用中受到广泛关注。

发明内容

[0005] 针对目前存在的问题，本发明提供一种可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建方法，其特征是包括以下步骤：（1）将氟掺杂氧化锡（FTO）导电玻璃裁剪成1 cm×5 cm尺寸，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10 20 min然后放入40 60 ℃烘箱30 min干燥；
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（2）以导电玻璃作为基底，利用水热合成法在导电玻璃表面制备碘化银/二氧化铈纳米复合材料作为光电阳极；
（3）设计能够实现可视化检测两种生物标志物的纸芯片作为生物阴极；
（4）在准备好的纸基生物阴极表面修饰对应两种标志物的适配体链用于捕获癌细胞，然后用牛血清白蛋白封闭工作电极表面的活性位点；
（5）将纸基折叠到相应位置，把不同浓度的癌细胞加入到修饰后的纸基生物阴极的工作区域表面，然后在纸基显色区域加入由TMB和H2O2溶液构成的显色剂，对目标物进行肉眼可视化的预判；
（6）将显色反应结束的生物阴极用超纯水冲洗三次，将其和步骤（2）中制备的光电阳极用外部导线与数字万用表连接，构建纸基生物阴极光电化学传感器。

[0006] 本发明所述以导电玻璃作为基底，利用水热合成法在导电玻璃表面制备碘化银/二氧化铈纳米复合材料作为光电阳极的制备过程包括以下步骤：首先将0.20 g二氧化铈和0.033 g碘化钾溶于60 mL超纯水中，搅拌30 min使其充分溶解混合，随后加入2 mL 0.1 M的硝酸银溶液, 然后把混合溶液转移到100 mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内并将（1）中处理好的FTO导电玻璃置于反应釜中封闭拧紧，置于预热180゜C的烘箱反应12 h，反应完毕后冷却至室温，取出FTO导电玻璃，用二次水冲洗三次并在室温下干燥，即可得到碘化银/二氧化铈纳米复合材料。

[0007] 本发明所述设计能够实现可视化检测两种生物标志物的纸芯片作为生物阴极的制备过程包括以下步骤：在计算机上利用AI 软件设计如附图1所示的纸芯片的疏水蜡批量打印图案，然后将纸芯片剪裁成A4大小的纸，利用蜡打印机将设计的疏水蜡批量打印图案打印到A4纸上，随后将其放置到烘箱中加热直至蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水区域，最后采用丝网印刷的方法，将工作电极依次印刷到纸芯片。

[0008] 本发明所述在准备好的纸基生物阴极表面修饰对应两种标志物的适配体链用于捕获癌细胞，然后用牛血清白蛋白封闭工作电极表面的活性位点的制备过程包括以下步骤：对步骤（3）中制备好的纸芯片进行功能化，首先原位生长金纳米粒子在工作区域便于适配体的连接，然后在其表面滴加10 μL由适配体1和适配体2构建的组合信号探针，在黑暗的室温环境下反应15 h。

[0009] 本发明所述将纸基折叠到相应位置，把不同浓度的癌细胞加入到修饰后的纸基生物阴极的工作区域表面，然后在纸基显色区域加入由TMB和H2O2溶液构成的显色剂，对目标物进行肉眼可视化的预判的过程包括以下步骤：将步骤（4）中处理好的纸芯片用磷酸缓冲溶液（PBS）进行冲洗，干燥后折叠使工作区域与显色区域接触，然后将由5 μL MUC1和5 μL miRNA-21目标物构成的混合液滴加在工作区域1，在室温下反应30 min，然后滴加PBS和1% 牛血清白蛋白（BSA）阻止非特异性结合位点，反应结束后将纸芯片展开，滴加10 μL TMB和H2O2溶液构成的显色剂在对应的显色区域，3分钟时观察颜色深浅程度即可对目标物浓度进行肉眼可视化的预判，同理，将5 μL 1号目标物MUC1和5 μL 2号目标物miRNA-21分别滴加到工作区域2和工作区域3表面同样可实现可视化比色检测。

[0010] 本发明的有益效果：（1）实验合成的碘化银/二氧化铈复合材料具有更大的比表面积，有利于扩大了对光的吸收。

[0011] （2）构建可检测两种目标物的纸基生物阴极，使得此传感器除了数字万用表定量检测外可实现即时可视化比色显示。

[0012] （3）采用成本低廉的纸材料，简化了光电化学纸芯片的制备步骤，降低了制备成本，提高了纸芯片的制备与检测的可重复性；（4）采用此光电化学分析装置检测目标物可以极大地降低背景信号，提高检测的灵敏度。

附图说明

[0013] 下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细描述图1为该光电化学传感器的纸基生物阴极的设计图。

[0014] 图2为该可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的机理图。

具体实施方式

[0015] 实施例1：可视化的纸基生物阴极光电化学传感器的构建（1）将氟掺杂氧化锡（FTO）导电玻璃裁剪成1 cm×5 cm尺寸，依次放入丙酮、无水乙醇、超纯水超声处理10 min然后放入40 ℃烘箱30 min干燥；
（2）以导电玻璃作为基底，利用水热合成法在导电玻璃表面制备碘化银/二氧化铈纳米复合材料作为光电阳极，首先将0.20 g二氧化铈和0.033 g碘化钾溶于60 mL超纯水中，搅拌30 min使其充分溶解混合，随后加入2 mL 0.1 M的硝酸银溶液, 然后把混合溶液转移到
100 mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内并将（1）中处理好的FTO导电玻璃置于反应釜中封闭拧紧，置于预热180゜C的烘箱反应12 h，反应完毕后冷却至室温，取出FTO导电玻璃，用二次水冲洗三次并在室温下干燥，即可得到碘化银/二氧化铈纳米复合材料；
（3）设计能够实现可视化检测两种生物标志物的纸芯片作为生物阴极，具体操作包括在计算机上利用AI软件设计如附图1所示的纸芯片的疏水蜡批量打印图案，然后将纸芯片剪裁成A4大小的纸，利用蜡打印机将设计的疏水蜡批量打印图案打印到A4纸上，随后将其放置到烘箱中加热直至蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水区域，最后采用丝网印刷的方法，将工作电极依次印刷到纸芯片；
（4）在准备好的纸基生物阴极表面修饰对应两种标志物的适配体链用于捕获癌细胞，然后用牛血清白蛋白封闭工作电极表面的活性位点，具体操作包括对步骤（3）中制备好的纸芯片进行功能化，首先原位生长金纳米粒子在工作区域便于适配体的连接，然后在其表面滴加10 μL由适配体1和适配体2构建的组合信号探针，在黑暗的室温环境下反应15 h；
（5）将纸基折叠到相应位置，把不同浓度的癌细胞加入到修饰后的纸基生物阴极的工作区域表面，然后在纸基显色区域加入由TMB和H2O2溶液构成的显色剂，对目标物进行肉眼可视化的预判，具体步骤包括将步骤（4）中处理好的纸芯片用磷酸缓冲溶液（PBS）进行冲洗，干燥后折叠使工作区域与显色区域接触，然后将由5 μL MUC1和5 μL miRNA-21目标物构成的混合液滴加在工作区域1，在室温下反应30 min，然后滴加PBS和1% 牛血清白蛋白（BSA）阻止非特异性结合位点，反应结束后将纸芯片展开，滴加10 μL TMB和H2O2溶液构成的显色剂在对应的显色区域，3分钟时观察颜色深浅程度即可对目标物浓度进行肉眼可视化的预判，同理，将5 μL 1号目标物MUC1和5 μL 2号目标物miRNA-21分别滴加到工作区域2和工作区域3表面同样可实现可视化比色检测；
（6）将显色反应结束的生物阴极用超纯水冲洗三次，将其和步骤（2）中制备的光电阳极用外部导线与数字万用表连接，实现了对两种目标物的即时检测。

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