CN104391123A - 一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料构建的生物传感器的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料构建的生物传感器的制备方法及应用。属于新型功能材料与生物传感检测技术领域。本发明具体是采用具有良好电化学催化性能的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料，实现了对人免疫球蛋白的高灵敏检测，对肿瘤标志物的早期诊断具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料构建的生物传感器的制备方法及应用。具体是采用花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料，制备一种检测人免疫球蛋白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
电化学免疫传感器具有选择性好，灵敏度高，检测限低，适合联机化，操作简便等优点，可实现在线电化学检测，样品预处理简单或不需预处理，检测不受样品物理性质的影响，所需仪器设备相对简单，具有简便、快速、体积小等特点，目前已经广泛应用于肿瘤标志物的检测。因此本发明制备了一种花状纳米复合材料的生物传感器，实现了对人免疫球蛋白的检测。
本发明利用花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记检测抗体，首先，氧化锌和金钯合金都是对双氧水具有良好电化学催化性能的纳米材料，其次，花状结构具有更大的比表面积，增加了检测抗体的负载量，最后，由于其与双氧水有更多的接触面积，花状纳米复合材料比球形纳米复合材料对双氧水显示出更加良好的电化学催化性能。在检测人免疫球蛋白的过程中产生了逐步放大的电化学信号，有效地增强了电化学免疫传感器的灵敏度。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，为目前有效检测肿瘤标志物提供了新途径。
发明内容
本发明的目的之一是基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料，构建了一种无酶、快速且超灵敏的夹心型电化学免疫传感器。
本发明的目的之二是将该夹心型电化学免疫传感器应用于人免疫球蛋白的检测。
本发明的技术方案如下：
1. 一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料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）以质量分数为1% 的2 mL氯金酸溶液为底液，在-0.2 V电压下扫描30 s，得到电沉积金纳米颗粒修饰的电极；
（3）将6 μL浓度为8 ~ 12 μg/mL的人免疫球蛋白捕获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0.00002 ~ 5 ng/mL的一系列不同浓度的人免疫球蛋白用于和捕获抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净；
（6）将6 μL浓度为1 ~ 3 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液滴在电极上与抗原特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
2. 花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
（1）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的制备
将15 ~ 30 mL浓度为0.01 mol/L的硝酸锌溶液加入到15 ~ 30 mL浓度为0.01 mol/L六亚甲基四胺溶液中，搅拌均匀后加入1 ~ 2 mL浓度为0.005 mol/L的柠檬酸三钠溶液，将该混合溶液转入聚四氟乙烯高压反应釜中，95℃下反应1 h，冷却到室温，用超纯水离心洗涤后真空干燥，得到花状纳米氧化锌微球，取0.1 ~ 0.2 g花状氧化锌纳米微球，加入到10 ~ 20 mL无水乙醇中，加入0.1 ~ 0.2 mL的三氨丙基三乙氧基硅烷，将该混合溶液于70℃下反应1.5 h，冷却到室温，用无水乙醇离心洗涤后真空干燥，得到氨基化的花状纳米氧化锌微球；
将50 ~ 100 mL超纯水、0.25 ~ 0.5 mL质量分数为1%的氯金酸溶液和2.5 ~ 5 mg氯钯酸钾在三口烧瓶中混合，加热煮沸后，快速加入3 ~ 6 mL质量分数为2%的柠檬酸钠水溶液，煮沸10 min，冷却到室温，得到金钯纳米花，向20 ~ 40 mL的金钯纳米花溶液中加入10 ~ 20 mg的氨基化的花状纳米氧化锌微球，震荡12 h，离心洗涤，真空干燥后，得到花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料；
（2）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
将1 mL浓度为1 ~ 2 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料溶液与1 mL浓度为5 ~ 15 μg/mL人免疫球蛋白检测抗体混合，震荡12 h，离心洗涤，将得到的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体孵化物分散于1 mL、pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，制得花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液，于4℃冰箱中储存备用。
3. 人免疫球蛋白的检测方法
（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）选择计时电流法对人免疫球蛋白进行检测，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人免疫球蛋白标准溶液进行检测。
本发明的有益成果
（1）本发明利用花状纳米复合材料做为标记物，花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料具有良好的电化学催化性能，实现了电化学信号的双重放大，显著提高了传感器的灵敏度。
（2）本发明利用花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的花状结构具有更大的比表面积，使检测抗体得到有效固定，在构建电化学免疫传感器的过程中，显著提高了传感器的稳定性。
（3）本发明利用的花状纳米复合材料增加了与双氧水的有效接触面积，对双氧水电化学催化性能显著优于球形纳米复合材料。
（4）本发明将制备的夹心电化学免疫传感器用于人免疫球蛋白的检测，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，本法发明用于人免疫球蛋白检测的线性范围为0.00002 ~ 5 ng/mL，检测限10 fg/mL。
具体实施方式
实施例1 一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料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）以质量分数为1% 的2 mL氯金酸溶液为底液，在-0.2 V电压下扫描30 s，得到电沉积金纳米颗粒修饰的电极；
（3）将6 μL浓度为8 μg/mL的人免疫球蛋白捕获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0.00002 ~ 5 ng/mL的一系列不同浓度的人免疫球蛋白用于和捕获抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净；
（6）将6 μL浓度为1 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液滴在电极上与抗原特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例2 一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料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）以质量分数为1% 的2 mL氯金酸溶液为底液，在-0.2 V电压下扫描30 s，得到电沉积金纳米颗粒修饰的电极；
（3）将6 μL浓度为10 μg/mL的人免疫球蛋白捕获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0.00002 ~ 5 ng/mL的一系列不同浓度的人免疫球蛋白用于和捕获抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净；
（6）将6 μL浓度为2 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液滴在电极上与抗原特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例3 一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料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）以质量分数为1% 的2 mL氯金酸溶液为底液，在-0.2 V电压下扫描30 s，得到电沉积金纳米颗粒修饰的电极；
（3）将6 μL浓度为12 μg/mL的人免疫球蛋白捕获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0.00002 ~ 5 ng/mL的一系列不同浓度的人免疫球蛋白用于和捕获抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净；
（6）将6 μL浓度为3 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液滴在电极上与抗原特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
实施例4 花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
（1）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的制备
将15 mL浓度为0.01 mol/L的硝酸锌溶液加入到15 mL浓度为0.01 mol/L六亚甲基四胺溶液中，搅拌均匀后加入1 mL浓度为0.005 mol/L的柠檬酸三钠溶液，将该混合溶液转入聚四氟乙烯高压反应釜中，95℃下反应1 h，冷却到室温，用超纯水离心洗涤后真空干燥，得到花状纳米氧化锌微球，取0.1 g花状氧化锌纳米微球，加入到10 mL无水乙醇中，加入0.1 mL的三氨丙基三乙氧基硅烷，将该混合溶液于70℃下反应1.5 h，冷却到室温，用无水乙醇离心洗涤后真空干燥，得到氨基化的花状纳米氧化锌微球；
将50 mL超纯水、0.25 mL质量分数为1%的氯金酸溶液和2.5 mg氯钯酸钾在三口烧瓶中混合，加热煮沸后，快速加入3 mL质量分数为2%的柠檬酸钠水溶液，煮沸10 min，冷却到室温，得到金钯纳米花，向20 mL的金钯纳米花溶液中加入10 mg的氨基化的花状纳米氧化锌微球，震荡12 h，离心洗涤，真空干燥后，得到花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料；
（2）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
将1 mL浓度为1 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料溶液与1 mL浓度为5 μg/mL人免疫球蛋白检测抗体混合，震荡12 h，离心洗涤，将得到的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体孵化物分散于1 mL、pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，制得花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液，于4℃冰箱中储存备用。
实施例5 花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
（1）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的制备
将28 mL浓度为0.01 mol/L的硝酸锌溶液加入到28 mL浓度为0.01 mol/L六亚甲基四胺溶液中，搅拌均匀后加入1.5 mL浓度为0.005 mol/L的柠檬酸三钠溶液，将该混合溶液转入聚四氟乙烯高压反应釜中，95℃下反应1 h，冷却到室温，用超纯水离心洗涤后真空干燥，得到花状纳米氧化锌微球，取0.15 g花状氧化锌纳米微球，加入到15 mL无水乙醇中，加入0.15 mL的三氨丙基三乙氧基硅烷，将该混合溶液于70℃下反应1.5 h，冷却到室温，用无水乙醇离心洗涤后真空干燥，得到氨基化的花状纳米氧化锌微球；
将75 mL超纯水、0.38 mL质量分数为1%的氯金酸溶液和3.8 mg氯钯酸钾在三口烧瓶中混合，加热煮沸后，快速加入4.5 mL质量分数为2%的柠檬酸钠水溶液，煮沸10 min，冷却到室温，得到金钯纳米花，向30 mL的金钯纳米花溶液中加入15 mg的氨基化的花状纳米氧化锌微球，震荡12 h，离心洗涤，真空干燥后，得到花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料；
（2）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
将1 mL浓度为1.5 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料溶液与1 mL浓度为10 μg/mL人免疫球蛋白检测抗体混合，震荡12 h，离心洗涤，将得到的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体孵化物分散于1 mL、pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，制得花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液，于4℃冰箱中储存备用。
实施例6 花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
（1）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的制备
将30 mL浓度为0.01 mol/L的硝酸锌溶液加入到30 mL浓度为0.01 mol/L六亚甲基四胺溶液中，搅拌均匀后加入2 mL浓度为0.005 mol/L的柠檬酸三钠溶液，将该混合溶液转入聚四氟乙烯高压反应釜中，95℃下反应1 h，冷却到室温，用超纯水离心洗涤后真空干燥，得到花状纳米氧化锌微球，取0.2 g花状氧化锌纳米微球，加入到20 mL无水乙醇中，加入0.2 mL的三氨丙基三乙氧基硅烷，将该混合溶液于70℃下反应1.5 h，冷却到室温，用无水乙醇离心洗涤后真空干燥，得到氨基化的花状纳米氧化锌微球；
将100 mL超纯水、0.5 mL质量分数为1%的氯金酸溶液和5 mg氯钯酸钾在三口烧瓶中混合，加热煮沸后，快速加入6 mL质量分数为2%的柠檬酸钠水溶液，煮沸10 min，冷却到室温，得到金钯纳米花，向40 mL的金钯纳米花溶液中加入20 mg的氨基化的花状纳米氧化锌微球，震荡12 h，离心洗涤，真空干燥后，得到花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料；
（2）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
将1 mL浓度为2 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料溶液与1 mL浓度为15 μg/mL人免疫球蛋白检测抗体混合，震荡12 h，离心洗涤，将得到的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体孵化物分散于1 mL、pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，制得花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液，于4℃冰箱中储存备用。
实施例7人免疫球蛋白的检测步骤
（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）选择计时电流法对人免疫球蛋白进行检测，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人免疫球蛋白标准溶液进行检测。
（5）该电化学免疫传感器人免疫球蛋白检测线性范围为0.00002 ~ 5 ng/mL，检测限10 fg/mL。
Claims (3)
1.一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料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）以质量分数为1% 的2 mL氯金酸溶液为底液，在-0.2 V电压下扫描30 s，得到电沉积金纳米颗粒修饰的电极；
（3）将6 μL浓度为8 ~ 12 μg/mL的人免疫球蛋白捕获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0.00002 ~ 5 ng/mL的一系列不同浓度的人免疫球蛋白用于和捕获抗体的特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净；
（6）将6 μL浓度为1 ~ 3 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液滴在电极上与抗原特异性识别，室温下孵化1 h，清洗干净，于4℃冰箱中储存备用。
2.如权利要求1所述的一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料构建的生物传感器的制备方法，所述花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备，其特征在于，包括以下步骤：
（1）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料的制备
将15 ~ 30 mL浓度为0.01 mol/L的硝酸锌溶液加入到15 ~ 30 mL浓度为0.01 mol/L六亚甲基四胺溶液中，搅拌均匀后加入1 ~ 2 mL浓度为0.005 mol/L的柠檬酸三钠溶液，将该混合溶液转入聚四氟乙烯高压反应釜中，95℃下反应1 h，冷却到室温，用超纯水离心洗涤后真空干燥，得到花状纳米氧化锌微球，取0.1 ~ 0.2 g花状氧化锌纳米微球，加入到10 ~ 20 mL无水乙醇中，加入0.1 ~ 0.2 mL的三氨丙基三乙氧基硅烷，将该混合溶液于70℃下反应1.5 h，冷却到室温，用无水乙醇离心洗涤后真空干燥，得到氨基化的花状纳米氧化锌微球；
将50 ~ 100 mL超纯水、0.25 ~ 0.5 mL质量分数为1%的氯金酸溶液和2.5 ~ 5 mg氯钯酸钾在三口烧瓶中混合，加热煮沸后，快速加入3 ~ 6 mL质量分数为2%的柠檬酸钠水溶液，煮沸10 min，冷却到室温，得到金钯纳米花，向20 ~ 40 mL的金钯纳米花溶液中加入10 ~ 20 mg的氨基化的花状纳米氧化锌微球，震荡12 h，离心洗涤，真空干燥后，得到花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料；
（2）花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液的制备
将1 mL浓度为1 ~ 2 mg/mL的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料溶液与1 mL浓度为5 ~ 15 μg/mL人免疫球蛋白检测抗体混合，震荡12 h，离心洗涤，将得到的花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体孵化物分散于1 mL、pH为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，制得花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料标记的人免疫球蛋白检测抗体溶液，于4℃冰箱中储存备用。
3.如权利要求1所述的制备方法制备的一种基于花状纳米氧化锌微球和金钯纳米花复合材料构建的生物传感器，其特征在于，用于人免疫球蛋白的检测，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）选择计时电流法对人免疫球蛋白进行检测，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人免疫球蛋白标准溶液进行检测。
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