CN104391113A - 一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法及应用 - Google Patents
一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法及应用，属于新型功能材料、生物传感检测技术领域。基于金铜纳米线和三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物对双氧水有良好的电化学催化能力和电子转移能力，显著提高了生物传感器的灵敏度，对癌胚抗原的早期诊断具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法及应用。具体是采用具有良好电催化性能的金铜纳米线和三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物，制备一种检测癌胚抗原的电化学免疫传感器，属于新型功能材料与生物传感检测技术领域。
背景技术
癌胚抗原是一个广谱性肿瘤标志物，它能向人们反映出多种肿瘤的存在，对大肠癌、乳腺癌和肺癌的疗效判断、病情发展、监测和预后估计是一个较好的肿瘤标志物，目前电化学免疫传感器已经广泛用于肿瘤标志物的检测，因为电化学免疫传感器具有灵敏度高、选择性好、结构简单、操作简便、易于小型化、可连续、快速自动化检测分析等一系列优点。其中，由于无标记电化学免疫传感器可以直接用于检测抗原抗体的识别过程并且避免了标记物带来的干扰，得到了更加广泛的关注。
本发明将金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯通过形成金硫键化学键合复合到一起修饰到玻碳电极表面，构建无标记电化学免疫传感器，首先，金铜纳米线对双氧水具有良好的催化效果，其次，三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯具有良好的电子转移能力和大的比表面积，最后，三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯上含有大量的巯基可以与金铜纳米线结合，能够有效固定大量的抗体。该方法在检测过程中产生了良好的电化学信号，可用于癌胚抗原的分析。该方法具有成本低、灵敏度高、特异性好、检测快速等优点，而且制备过程较为简单，为目前有效检测癌胚抗原提供了新途径。
发明内容
本发明的目的之一是基于金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物，构建了一种无电子媒介体、无标记的电化学免疫传感器。
本发明的目的之二是将该无标记电化学传感器应用于癌胚抗原的高灵敏、特异性检测。
本发明的技术方案如下
1. 一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法
（1）依次用1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，分别在超纯水和乙醇中超声清洗，氮气吹干；
（2）在电极表面滴加6 μL浓度为1 ~ 2 mg/mL的金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物水溶液，干燥；
（3）继续将6 μL浓度为8 ~ 12 μg/mL的癌胚抗原检测抗体溶液滴加到修饰电极表面，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（4）用3 μL浓度为5 ~ 15 mg/mL的牛血清白蛋白溶液封闭非特异性活性位点，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（5）将6 μL浓度为0.000001 ~ 1 ng/mL的一系列不同浓度的癌胚抗原用于和检测抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
（1）三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯的制备
将0.3 ~ 0.6g的石墨粉和1.8 ~3.6 g高锰酸钾放入三口瓶中，加入40 ~ 80 mL体积比为9：1混合的硫酸和磷酸混合液，50℃下反应12 h，倾倒至40 ~ 80 mL的冰上，加入300 ~ 600 μL的过氧化氢，缓慢磁力搅拌0.5 h，离心，分别用盐酸、乙醇、乙醚离心洗涤，35℃真空干燥，制得棕黄色氧化石墨烯固体粉末，在10 mL无水乙醇中分散0.1 ~ 0.2 g氧化石墨烯，超声5 h，加入0.2 ~ 0.4 mL三巯丙基三乙氧基硅烷，70℃回流1.5 h，离心洗涤，35℃真空干燥，制得黑色粉末为三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯；
（2）金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
将40 ~ 80 mL浓度为5 mmol/L的氯金酸、40 ~ 80 mL浓度为5 mmol/L的氯化铜溶液、1 ~ 2 mg 柠檬酸钠、10 ~ 20 mL浓度为0.3 mg/mL的曲拉通X-100和20 ~ 40 mL新鲜制备的浓度为60 mmol/L硼氢化钠溶液在室温下混合，磁力搅拌2 min，静止1 h，离心后，分别用乙醇和超纯水清洗，分散于40 ~ 80 mL超纯水中，得到金铜纳米线水溶液，将0.1 ~ 0.2 mg三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯加入到20 ~ 40 mL金铜纳米线水溶液中，震荡12 h，离心分离，真空下干燥，得到金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物。
癌胚抗原的检测方法
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，所制备的免疫传感器为工作电极，在10 mL的pH值为6.8的磷酸盐缓冲溶液中进行测试；
（2）选择计时电流法对癌胚抗原进行检测，将输入电压设置为-0.4 V，取样间隔设置为0.1 s，运行时间设置为400 s；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔50 s向磷酸盐缓冲溶液中注入10 μL浓度为5 mol/L的双氧水溶液，然后记录电流随时间的变化，绘制工作曲线；
（4）将待测样品溶液代替癌胚抗原标准溶液进行检测。
本发明的有益成果
（1）本发明采用金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯通过形成金硫键化学键合复合至玻碳电极表面，增强了电子的传递效率，放大了电化学信号。
（2）金铜纳米线和三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合材料具有大的比表面积，能够有效固定大量的抗体，使传感器的稳定性加强。
（3）本发明首次制备了金铜纳米线和三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合材料，对双氧水的电化学催化性能得到显著提升，提高了免疫传感器的灵敏度，检测限可达到0.5 fg/mL。
（4）本发明将制备的无标记电化学免疫传感器用于癌胚抗原的检测，检测限低，线性范围宽，可以实现简单、快速、灵敏和特异性检测。
具体实施方式
实施例1一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法
（1）依次用1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，分别在超纯水和乙醇中超声清洗，氮气吹干；
（2）在电极表面滴加6 μL浓度为1 mg/mL的金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物水溶液，干燥；
（3）继续将6 μL浓度为8 μg/mL的癌胚抗原检测抗体溶液滴加到修饰电极表面，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（4）用3 μL浓度为5 mg/mL的牛血清白蛋白溶液封闭非特异性活性位点，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（5）将6 μL浓度为0.000001 ~ 1 ng/mL的一系列不同浓度的癌胚抗原用于和检测抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例2一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法
（1）依次用1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，分别在超纯水和乙醇中超声清洗，氮气吹干；
（2）在电极表面滴加6 μL浓度为1.5 mg/mL的金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物水溶液，干燥；
（3）继续将6 μL浓度为10 μg/mL的癌胚抗原检测抗体溶液滴加到修饰电极表面，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（4）用3 μL浓度为10 mg/mL的牛血清白蛋白溶液封闭非特异性活性位点，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（5）将6 μL浓度为0.000001 ~ 1 ng/mL的一系列不同浓度的癌胚抗原用于和检测抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例3一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法
（1）依次用1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，分别在超纯水和乙醇中超声清洗，氮气吹干；
（2）在电极表面滴加6 μL浓度为2 mg/mL的金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物水溶液，干燥；
（3）继续将6 μL浓度为12 μg/mL的癌胚抗原检测抗体溶液滴加到修饰电极表面，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（4）用3 μL浓度为15 mg/mL的牛血清白蛋白溶液封闭非特异性活性位点，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（5）将6 μL浓度为0.000001 ~ 1 ng/mL的一系列不同浓度的癌胚抗原用于和检测抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例4金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
（1）三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯的制备
将0.3 g的石墨粉和1.8 g高锰酸钾放入三口瓶中，加入40 mL体积比为9：1混合的硫酸和磷酸混合液，50℃下反应12 h，倾倒至40 mL的冰上，加入300 μL的过氧化氢，缓慢磁力搅拌0.5 h，离心，分别用盐酸、乙醇、乙醚离心洗涤，35℃真空干燥，制得棕黄色氧化石墨烯固体粉末，在10 mL无水乙醇中分散0.1 g氧化石墨烯，超声5 h，加入0.2 mL三巯丙基三乙氧基硅烷，70℃回流1.5 h，离心洗涤，35℃真空干燥，制得黑色粉末为三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯；
（2）金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
将40 mL浓度为5 mmol/L的氯金酸、40 mL浓度为5 mmol/L的氯化铜溶液、1 mg 柠檬酸钠、10 mL浓度为0.3 mg/mL的曲拉通X-100和20 mL新鲜制备的浓度为60 mmol/L硼氢化钠溶液在室温下混合，磁力搅拌2 min，静止1 h，离心后，分别用乙醇和超纯水清洗，分散于40 mL超纯水中，得到金铜纳米线水溶液，将0.1 mg三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯加入到20 mL金铜纳米线水溶液中，震荡12 h，离心分离，真空下干燥，得到金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物。
实施例5金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
（1）三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯的制备
将0.45 g的石墨粉和2.7 g高锰酸钾放入三口瓶中，加入60 mL体积比为9：1混合的硫酸和磷酸混合液，50℃下反应12 h，倾倒至60 mL的冰上，加入450 μL的过氧化氢，缓慢磁力搅拌0.5 h，离心，分别用盐酸、乙醇、乙醚离心洗涤，35℃真空干燥，制得棕黄色氧化石墨烯固体粉末，在10 mL无水乙醇中分散0.15 g氧化石墨烯，超声5 h，加入0.3 mL三巯丙基三乙氧基硅烷，70℃回流1.5 h，离心洗涤，35℃真空干燥，制得黑色粉末为三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯；
（2）金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
将60 mL浓度为5 mmol/L的氯金酸、60 mL浓度为5 mmol/L的氯化铜溶液、1.5 mg 柠檬酸钠、15 mL浓度为0.3 mg/mL的曲拉通X-100和30 mL新鲜制备的浓度为60 mmol/L硼氢化钠溶液在室温下混合，磁力搅拌2 min，静止1 h，离心后，分别用乙醇和超纯水清洗，分散于60 mL超纯水中，得到金铜纳米线水溶液，将0.15 mg三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯加入到30 mL金铜纳米线水溶液中，震荡12 h，离心分离，真空下干燥，得到金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物。
实施例6金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
（1）三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯的制备
将0.6g的石墨粉和3.6 g高锰酸钾放入三口瓶中，加入80 mL体积比为9：1混合的硫酸和磷酸混合液，50℃下反应12 h，倾倒至80 mL的冰上，加入600 μL的过氧化氢，缓慢磁力搅拌0.5 h，离心，分别用盐酸、乙醇、乙醚离心洗涤，35℃真空干燥，制得棕黄色氧化石墨烯固体粉末，在10 mL无水乙醇中分散0.2 g氧化石墨烯，超声5 h，加入0.4 mL三巯丙基三乙氧基硅烷，70℃回流1.5 h，离心洗涤，35℃真空干燥，制得黑色粉末为三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯；
（2）金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
将80 mL浓度为5 mmol/L的氯金酸、80 mL浓度为5 mmol/L的氯化铜溶液、2 mg 柠檬酸钠、20 mL浓度为0.3 mg/mL的曲拉通X-100和40 mL新鲜制备的浓度为60 mmol/L硼氢化钠溶液在室温下混合，磁力搅拌2 min，静止1 h，离心后，分别用乙醇和超纯水清洗，分散于80 mL超纯水中，得到金铜纳米线水溶液，将0.2 mg三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯加入到40 mL金铜纳米线水溶液中，震荡12 h，离心分离，真空下干燥，得到金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物。
实施例7
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，所制备的免疫传感器为工作电极，在10 mL的pH值为6.8的磷酸盐缓冲溶液中进行测试；
（2）选择计时电流法对癌胚抗原进行检测，将输入电压设置为-0.4 V，取样间隔设置为0.1 s，运行时间设置为400 s；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔50 s向磷酸盐缓冲溶液中注入10 μL浓度为5 mol/L的双氧水溶液，然后记录电流随时间的变化，绘制工作曲线；
（4）将待测样品溶液代替癌胚抗原标准溶液进行检测。
（5）该电化学免疫传感器对癌胚抗原检测线性范围为0.000001 ~ 1 ng/mL，检测限0.5 fg/mL。
Claims (3)
1.一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）依次用1.0、0.3、0.05 μm的氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，分别在超纯水和乙醇中超声清洗，氮气吹干；
（2）在电极表面滴加6 μL浓度为1 ~ 2 mg/mL的金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物水溶液，干燥；
（3）继续将6 μL浓度为8 ~ 12 μg/mL的癌胚抗原检测抗体溶液滴加到修饰电极表面，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（4）用3 μL浓度为5 ~ 15 mg/mL的牛血清白蛋白溶液封闭非特异性活性位点，于4℃冰箱中孵化1 h，清洗干净；
（5）将6 μL浓度为0.000001 ~ 1 ng/mL的一系列不同浓度的癌胚抗原用于和检测抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
2. 根据权利要求1所述的制备方法制备的一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器的制备方法，所述金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备，其特征在于，包括以下步骤：
（1）三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯的制备
将0.3 ~ 0.6g的石墨粉和1.8 ~3.6 g高锰酸钾放入三口瓶中，加入40 ~ 80 mL体积比为9：1混合的硫酸和磷酸混合液，50℃下反应12 h，倾倒至40 ~ 80 mL的冰上，加入300 ~ 600 μL的过氧化氢，缓慢磁力搅拌0.5 h，离心，分别用盐酸、乙醇、乙醚离心洗涤，35℃真空干燥，制得棕黄色氧化石墨烯固体粉末，在10 mL无水乙醇中分散0.1 ~ 0.2 g氧化石墨烯，超声5 h，加入0.2 ~ 0.4 mL三巯丙基三乙氧基硅烷，70℃回流1.5 h，离心洗涤，35℃真空干燥，制得黑色粉末为三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯；
（2）金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物的制备
将40 ~ 80 mL浓度为5 mmol/L的氯金酸、40 ~ 80 mL浓度为5 mmol/L的氯化铜溶液、1 ~ 2 mg 柠檬酸钠、10 ~ 20 mL浓度为0.3 mg/mL的曲拉通X-100和20 ~ 40 mL新鲜制备的浓度为60 mmol/L硼氢化钠溶液在室温下混合，磁力搅拌2 min，静止1 h，离心后，分别用乙醇和超纯水清洗，分散于40 ~ 80 mL超纯水中，得到金铜纳米线水溶液，将0.1 ~ 0.2 mg三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯加入到20 ~ 40 mL金铜纳米线水溶液中，震荡12 h，离心分离，真空下干燥，得到金铜纳米线与三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯复合物。
3. 如权利要求1所述的制备方法制备的一种基于金铜纳米线-三巯丙基三乙氧基硅烷化石墨烯构建的生物传感器，其特征在于，用于癌胚抗原的检测，检测步骤如下：
（1）使用电化学工作站以三电极体系进行测试，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，所制备的免疫传感器为工作电极，在10 mL的pH值为6.8的磷酸盐缓冲溶液中进行测试；
（2）选择计时电流法对癌胚抗原进行检测，将输入电压设置为-0.4 V，取样间隔设置为0.1 s，运行时间设置为400 s；
（3）当背景电流趋于稳定后，每隔50 s向磷酸盐缓冲溶液中注入10 μL浓度为5 mol/L的双氧水溶液，然后记录电流随时间的变化，绘制工作曲线；
（4）将待测样品溶液代替癌胚抗原标准溶液进行检测。
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