一種基于多肽?金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于多肽?金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器的制備方法，屬于生物傳感檢測技術領域。該傳感器包括金叉指電極、石墨烯或碳納米管溝道，在溝道表面接有金納米粒子和多肽分子。利用多肽分子對金屬離子特異性識別引起溝道的電導變化進行金屬離子檢測。本發明利用靜電作用，將金納米粒子吸附在石墨烯表面，金納米粒子在石墨烯表面分布均勻、密度大，可以提高多肽的密度，進而提高檢測靈敏度。利用多肽分子端基C上的巰基，可以方便地將多肽分子固定在金納米粒子表面，多肽在金納米粒子表面的覆蓋率高。特殊設計的多肽分子特異性識別目標金屬離子，從而使所述的傳感器對目標金屬離子的選擇性高，適合復雜水體中目標金屬離子的檢測。
【專利說明】
一種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器的制備方法
技術領域
[0001]本發明公開了一種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器及制備方法，主要用于水體中金屬離子的高靈敏、選擇性檢測，屬于生物傳感檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]水體中的重金屬污染不僅破壞生態系統平衡，也對人類生命健康構成威脅，因此，開發水體中(重)金屬離子的高靈敏、快速檢測方法具有重要意義。傳統的金屬離子檢測方法主要有原子吸收法、電感耦合等離子體發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法、紫外分光光度法、電化學分析法。但這些方法需要較復雜的前處理過程、設備昂貴(如電感耦合等離子體發射光譜儀、電感耦合等離子體質譜法)、靈敏度較低(原子吸收法、紫外分光光度法的檢測限一般為yg/mL水平)。近年來，得益于納米科學、材料科學的快速發展，出現了一些新的金屬離子檢測方法。比如，基于金納米粒子的H g 2 +比色分析方法(Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，4093-4096)，基于量子點或有機熒光探針的Hg2+，Pb2+熒光分析方法(Angew.Chem.1nt.Ed.2008,47,8386-8389)，基于銀或金納米材料的Hg2+表面增強拉曼分析方法(Nanoscale，2012，4，5902-5909)。這些方法的靈敏度高、選擇性好，但是這些方法易受到檢測條件影響，用于實際樣品分析仍然面臨巨大挑戰。
[0003]近年來，基于一維、二維納米材料的電子傳感器獲得廣泛關注(Adv.Mater.2007，19，1439-1451)。其檢測原理是當目標物與傳感器敏感通道相互作用時，引起敏感通道電導變化進行目標物的檢測。為實現復雜體系中目標物的選擇性檢測，通常將對目標物具有特異性識別能力的抗體、DNA單鏈修飾到敏感通道，進行蛋白質、DNA分子的檢測。研究表明一些具有特殊序列的多肽可以選擇性識別金屬離子。比如，三肽GGH能夠特異性識別Cu2 +(J.Am.Chem.Soc.1998，120,609-610)。本發明將金納米粒子、對金屬離子特異性識別的多肽依次修飾到金叉指電極的石墨烯或碳納米管導電溝道，構建了一種新型檢測金屬離子的生物傳感器。該傳感器具有成本低、靈敏度高、特異性好、檢測速度快等優點，而且制備過程簡單，為水體中重金屬離子的檢測提供了一種新途徑。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器及制備方法，它是將金納米粒子、多肽分子依次修飾到金叉指電極的石墨烯或碳納米管導電溝道，通過金屬離子與多肽分子之間的特異性相互作用，進行水體中金屬離子高靈敏、快速檢測。
[0005]本發明的技術方案:
[0006]—種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器，其特征在于，該生物傳感器主體結構為金叉指電極，其上依次沉積導電溝道、金納米粒子和多肽分子；
[0007]所述的金叉指電極沉積在二氧化硅、聚碳酸酯或其它絕緣材料上；
[0008]所述導電溝道由氧化石墨烯沉積在金叉指電極的手指區域構成，溝道長度100?300μηι，寬度為 I ?5μηι;
[0009]所述的金納米粒子吸附在導電溝道上，粒徑在3?20nm;
[0010]所述的多肽分子為GGHC、CALNN、CCCCC或其它氨基酸序列長度為4?10、至少一端為C的肽段，鍵合在金納米粒子表面。
[0011]所述的金納米粒子為Cu2+，A13+或Pb2+。
[0012]—種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器的制備方法，步驟如下:
[0013](I)金叉指電極依次用丙酮、水清洗干凈，然后用體積比為3:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液處理，用離子水清洗干凈，氮氣吹干；
[0014](2)將步驟(I)處理后的金叉指電極置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中5?30min，去離子水清洗，氮氣吹干；
[0015](3)將10?30yL濃度為20?100yg/mL的氧化石墨烯溶液滴加在金叉指電極的手指區域，保持60min，取出金叉指電極用水清洗干凈、晾干；
[0016](4)以金叉指電極為工作電極、Ag/Cl為參比電極、鉑電極為對電極，在PBS溶液進行電化學還原；
[0017](5)將步驟(4)所得的金叉指電極置于含有多苯環烷基胺溶液中保持30?120min，使含有多苯環烷基胺分子吸附在金叉指電極表面；
[0018](6)將步驟(5)所得的金叉指電極置于金納米粒子溶液中保持120min，使金納米粒子吸附在金叉指電極表面;金納米粒子的濃度為0.5?2.0nmol/L，粒徑在3?20nm;
[0019](7)將步驟(6)金叉指電極置于濃度為I?ΙΟΟμπιοΙ/L的多肽分子溶液中保持2?12h，使多肽分子鍵合到金納米粒子上。
[0020]所述的多肽分子的氨基酸序列為GGHC、CALNN、CCCCC或其它序列長度為4?10、至少一端為C的氨基酸肽段。
[0021]所述的含有多苯環烷基胺為萘甲胺、萘乙胺或芘甲胺。
[0022]本發明的有益效果是:
[0023](I)利用靜電作用，將金納米粒子吸附在石墨烯表面，金納米粒子在石墨烯表面分布均勻、密度大，可以提高多肽的密度，進而提高檢測靈敏度。
[0024](2)利用多肽分子端基C上的巰基，可以方便地將多肽分子固定在金納米粒子表面，多肽在金納米粒子表面的覆蓋率高。
[0025](3)特殊設計的多肽分子特異性識別目標金屬離子，從而使所述的傳感器對目標金屬離子的選擇性高，適合復雜水體中目標金屬離子的檢測。
[0026](4)本發明制備的基于多肽-金納米粒子檢測生物傳感器用于檢測金屬離子，選擇性好、靈敏度高、操作簡單、檢測速度快。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的傳感器的示意圖。
[0028]圖2(a)是本發明在放大80000倍下，傳感器的金叉電極-金納米粒子的掃描電鏡圖。
[0029]圖2(b)是本發明在放大160000倍下，傳感器的金叉電極-金納米粒子的掃描電鏡圖。
[0030]圖3是本發明的傳感器對Cu2+響應電流變化曲線圖。
[0031 ]圖中:I導電溝道;2Si/Si02襯底;3干擾離子;4標金屬離子;5多肽分子。
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的【具體實施方式】。
[0033]實施例1
[0034]通過磁濺射方法在Si/Si02表面沉積金叉指電極，依次用丙酮、水清洗干凈，然后用濃硫酸:雙氧水(3:1)混合溶液處理30min，用離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0035]將金叉指電極置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去離子水中清洗干凈，氮氣吹干。
[0036]配置40yg/mL經超聲均勻分散的氧化石墨烯溶液，取20yL滴加叉指電極上保持60min，用水清洗干凈、晾干。以叉指電極為工作電極、Ag/Cl為參比電極、鉑電極為對電極，在0.1M的PBS溶液中以-1.2V電壓還原lOmin。
[0037]配置lmg/mL萘甲胺一N、N-二甲基甲酰胺溶液，將叉指電極置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干凈、晾干。
[0038]將叉指電極置于粒徑6nm的金納米粒子溶液中保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干;再將叉指電極置于IΟΟμΜ的多肽(GGHC)溶液保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干，即得到對Cu2+進行檢測的生物傳感器。
[0039]實施例2
[0040]通過磁濺射方法在Si/Si02表面沉積金叉指電極，依次用丙酮、水清洗干凈，然后用濃硫酸:雙氧水(3:1)混合溶液處理30min，用離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0041]將金叉指電極置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去離子水中清洗干凈，氮氣吹干。
[0042]配置40yg/mL經超聲均勻分散的氧化石墨烯溶液，取20yL滴加叉指電極上保持60min，用水清洗干凈、晾干。以叉指電極為工作電極、Ag/Cl為參比電極、鉑電極為對電極，在0.1M的PBS溶液中以-1.2V電壓還原lOmin。
[0043]配置lmg/mL萘甲胺一N、N-二甲基甲酰胺溶液，將叉指電極置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干凈、晾干。
[0044]將叉指電極置于粒徑為6nm的金納米粒子溶液中保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干;再將叉指電極置于I ΟΟμΜ的多肽(CALNN)溶液保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干，即得到對Al3+進行檢測的生物傳感器。
[0045]實施例3
[0046]通過磁濺射方法在Si/Si02表面沉積金叉指電極，依次用丙酮、水清洗干凈，然后用濃硫酸:雙氧水(3:1)混合溶液處理30min，用離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0047]將金叉指電極置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去離子水中清洗干凈，氮氣吹干。
[0048]配置40yg/mL經超聲均勻分散的碳納米管溶液，取20yL滴加叉指電極上保持60min，用水清洗干凈、晾干。
[0049]配置lmg/mL芘甲胺一 N、N-二甲基甲酰胺溶液，將叉指電極置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干凈、晾干。
[0050]將叉指電極置于粒徑為6nm的金納米粒子溶液中保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干;再將叉指電極置于ΙΟΟμΜ的多肽(GGHC)溶液保持120min，用去離子水清洗干凈、晾干，即得到對Cu2+進行檢測的生物傳感器。
【主權項】
1.一種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器，其特征在于，該生物傳感器主體結構為金叉指電極，其上依次沉積導電溝道、金納米粒子和多肽分子； 所述的金叉指電極沉積在二氧化硅、聚碳酸酯或其它絕緣材料上； 所述導電溝道由氧化石墨烯沉積在金叉指電極的手指區域構成，溝道長度100?300μm，寬度為I?5μηι; 所述的金納米粒子吸附在導電溝道上，粒徑在3?20nm; 所述的多肽分子為GGHC、CALNN、CCCCC或其它氨基酸序列長度為4?10、至少一端為C的肽段，鍵合在金納米粒子表面。2.據權利要求1所述的生物傳感器，其特征在于，所述的金納米粒子為Cu2+、A13+或Pb2+。3.一種基于多肽-金納米粒子檢測金屬離子的生物傳感器的制備方法，其特征在于，步驟如下: (1)金叉指電極依次用丙酮、水清洗干凈，然后用體積比為3:1的濃硫酸和雙氧水的混合溶液處理，用離子水清洗干凈，氮氣吹干； (2)將步驟(I)處理后的金叉指電極置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中5?30min，去離子水清洗，氮氣吹干； (3)將10?30yL濃度為20?100yg/mL的氧化石墨烯溶液滴加在金叉指電極的手指區域，保持60min，取出金叉指電極用水清洗干凈、晾干； (4)以金叉指電極為工作電極、Ag/Cl為參比電極、鉑電極為對電極，在PBS溶液進行電化學還原； (5)將步驟(4)所得的金叉指電極置于含有多苯環烷基胺溶液中保持30?120min，使含有多苯環烷基胺分子吸附在金叉指電極表面； (6)將步驟(5)所得的金叉指電極置于金納米粒子溶液中保持120min，使金納米粒子吸附在金叉指電極表面;金納米粒子的濃度為0.5?2.0nmol/L，粒徑在3?20nm; (7)將步驟(6)金叉指電極置于濃度為I?ΙΟΟμπιοΙ/L的多肽分子溶液中保持2?12h，使多肽分子鍵合到金納米粒子上。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的多肽分子的氨基酸序列為GGHC、CALNN、CCCCC或其它序列長度為4?10、至少一端為C的氨基酸肽段。5.根據權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述的含有多苯環烷基胺為萘甲胺、萘乙胺或芘甲胺。
【文檔編號】G01N27/327GK106093159SQ201610394505
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610394505.X, CN 106093159 A, CN 106093159A, CN 201610394505, CN-A-106093159, CN106093159 A, CN106093159A, CN201610394505, CN201610394505.X
【發明人】譚峰, 王藝, 叢龍超, 姜曉
【申請人】大連理工大學