CN104569435A - 一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，属于新型纳米功能材料和生物传感器领域。发明首先在二氧化钛纳米颗粒基底上，利用光电化学合成方法，制备枝晶纳米棒状的三金属合金纳米材料，进而制得了成低、灵敏度高、特异性好、检测快速、制备简单的检测甲胎蛋白的无标记光电化学免疫传感器。

Description

一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法。属于新型纳米功能材料与生物传感器技术领域。
背景技术
肿瘤标志物的检测可反映肿瘤的生物学特性，是对肿瘤患者的临床治疗及诊断的关键环节。甲胎蛋白是一种肿瘤标志物，被用来作为诊断原发性肝癌的一个特异性临床指标。目前，检测甲胎蛋白的方法主要有放射免疫法、质谱法等。此类方法仪器贵重、操作复杂，化验人员需要专业培训后才能进行检测。因此，研发灵敏度高、特异性强、检测速度快的甲胎蛋白传感器具有重要意义。
光电化学传感器由于灵敏度高、检测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，再利用生物免疫结合，就可以根据光电流的变化实现对分析物的定性定量分析。
光电化学传感器最关键技术就是对光电流的大小及稳定性等性能的提高。基于单一半导体纳米材料构建的光电化学传感器的灵敏度普遍不高，不利于实际应用。这是由于单一的半导体纳米材料的光生电子-空穴对易复合，从而导致光电信号的减弱，如二氧化钛、氧化锌、镉系硫族化合物等。但是，在半导体纳米材料上修饰或复合特殊的纳米材料，可以有效提高光生载流子对的有效浓度，提高光电转换效率，并大大提高检测灵敏度。因此，设计、制备高效、稳定的半导体及修饰物是制备光电化学传感器的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备简单、灵敏度高、检测快速、特异性强的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，所制备的传感器，可用于甲胎蛋白的快速、灵敏检测。基于此目的，本发明先后使用二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs和金银纳米棒溶胶AuAg NRs对电极进行修饰，然后利用光电化学合成方法，直接快速地制备了金银钯合金纳米棒材料AuAg-Pd NDRs，通过戊二醛的交联作用固定甲胎蛋白抗体，在进行检测时，利用抗体与抗原的特异性定量结合，使得光电流强度相应降低，从而实现了采用无标记的光电化学方法检测甲胎蛋白的免疫传感器的构建。
本发明采用的技术方案如下：
1. 一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
（1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12 uL 二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs，室温下晾干后，滴涂8~12 uL 金银纳米棒溶胶AuAg NRs，并在室温下晾干；
（2）将步骤（1）中得到的电极表面滴涂8~12 uL 0.01 mol/L 的氯钯酸溶液H2PdCl4，接着使用高压汞灯照射30~90秒，制得TiO2 NPs负载的金银钯合金纳米棒材料AuAg-Pd NDRs修饰的工作电极，室温下晾干；
（3）将步骤（2）中得到的电极用超纯水清洗，室温下晾干后，在电极表面滴涂2~4 µL 戊二醛溶液GA，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）将步骤（3）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，在电极表面滴涂8~12 µL 10 µg/mL的甲胎蛋白抗体溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（5）将步骤（4）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，继续在电极表面滴涂8~12 µL 100 µg/mL的牛血清白蛋白BSA溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干，超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中晾干成膜，制得无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器；
所述的TiO2 NPs为1mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液；
所述的AuAg NRs为金银核壳纳米棒水溶液，所述金银核壳纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以银纳米粒子为壳层的核壳结构的棒状纳米粒子，所述棒状纳米粒子的长度为20~50nm；
所述的H2PdCl4为pH值为1~2的氯钯酸水溶液；
所述的AuAg-Pd NDRs 为金银钯核壳枝晶状的纳米棒，所述金银钯核壳枝晶状的纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以枝晶状银钯合金纳米粒子为壳层的核壳结构的纳米粒子，所述纳米棒的长度为20~50nm；
所述的GA为体积比为2.5%的戊二醛水溶液。
2. 本发明所述的一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述的AuAg NRs制备步骤为：
将20mL 金纳米棒溶胶Au NRs和20mL 0.05~0.2 mol/L的十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液混合，在30~45℃下搅拌，并顺序加入3~6 mL 0.1 mol/L的 L-抗坏血酸AA溶液、0.5~1 mL 0.05 mol/L的硝酸银AgNO3溶液和 3~6 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠NaOH溶液，停止搅拌，静置1~3h，离心分离，将产品重新分散到20mL 水中，得到AuAg NRs；
所述的Au NRs是金纳米棒水溶液，所述金纳米棒是棒状的金纳米粒子，所述金纳米棒的长度为20~40nm。
3. 本发明所述的一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法所制备的传感器，应用于甲胎蛋白的检测，步骤如下：
1）将已知浓度的甲胎蛋白抗原标准溶液加入到40~60 µL、pH=7.0~8.0的PBS缓冲溶液中，制得抗原混合溶液，取5~10 µL抗原混合溶液滴涂到所制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的工作电极上，在4 ℃ 冰箱中保存晾干，pH=7.0~8.0的PBS缓冲溶液清洗后，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
2）以Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极，与1）中组装的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入10~25mL pH=7.0~8.0的PBS缓冲溶液和10mL 0.1~0.3 mol/L的AA溶液；采用i-t测试手段，根据所得的光电流值与甲胎蛋白抗原标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
3）将待测样品溶液代替甲胎蛋白抗原的标准溶液，按照所述甲胎蛋白抗原的工作曲线的绘制方法进行检测。
本发明的有益成果
（1）本发明所述的甲胎蛋白免疫传感器制备简单，操作方便，实现了对样品的快速、灵敏、高选择性检测，具有市场发展前景；
（2）本发明首次采用光电化学方法制备了AuAg-Pd NDRs并将其应用于光电化学免疫传感器的制备中，通过TiO2 NPs与AuAg-Pd NDRs的共同作用，显著提高了光生载流子的有效浓度，大大提高了光电化学传感器的检测灵敏度，具有重要的科学意义和应用价值。
具体实施方式
实施例 1 AuAg NRs的制备
将20mL 金纳米棒溶胶Au NRs和20mL 0.05 mol/L的十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液混合，在30℃下搅拌，并顺序加入3 mL 0.1 mol/L的 L-抗坏血酸AA溶液、0.5 mL 0.05 mol/L的硝酸银AgNO3溶液和 3 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠NaOH溶液，停止搅拌，静置1h，离心分离，将产品重新分散到20mL水中，得到AuAg NRs；
所述的Au NRs是金纳米棒水溶液，所述金纳米棒是棒状的金纳米粒子，所述金纳米棒的长度为20nm。
实施例 2 AuAg NRs的制备
将20mL Au NRs和20mL 0.1 mol/L的CTAB溶液混合，在40℃下搅拌，并顺序加入5 mL 0.1 mol/L的AA溶液、0.7 mL 0.05 mol/L的AgNO3溶液和 5 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，停止搅拌，静置2h，离心分离，将产品重新分散到20mL水中，得到AuAg NRs；
所述的Au NRs是金纳米棒水溶液，所述金纳米棒是棒状的金纳米粒子，所述金纳米棒的长度为30nm。
实施例 3 AuAg NRs的制备
将20mL Au NRs和20mL 0.2 mol/L的CTAB溶液混合，在45℃下搅拌，并顺序加入6 mL 0.1 mol/L的 AA溶液、1 mL 0.05 mol/L的AgNO3溶液和 6 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，停止搅拌，静置3h，离心分离，将产品重新分散到20mL水中，得到AuAg NRs；
所述的Au NRs是金纳米棒水溶液，所述金纳米棒是棒状的金纳米粒子，所述金纳米棒的长度为40nm。
实施例 4 无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法
（1）将宽为1cm、长为4cm的ITO导电玻璃作为工作电极，在电极表面滴涂8 uL 1mg/mL的二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs，室温下晾干后，滴涂8 uL 金银纳米棒溶胶AuAg NRs，并在室温下晾干；
（2）将步骤（1）中得到的电极表面滴涂8 uL 0.01 mol/L pH值为1的氯钯酸溶液H2PdCl4，接着使用高压汞灯照射30秒，制得TiO2 NPs负载的金银钯合金纳米棒材料AuAg-Pd NDRs修饰的工作电极，室温下晾干；
（3）将步骤（2）中得到的电极用超纯水清洗，室温下晾干后，在电极表面滴涂2 µL 2.5%的戊二醛溶液GA，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）将步骤（3）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，在电极表面滴涂8 µL 10 µg/mL的甲胎蛋白抗体溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（5）将步骤（4）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，继续在电极表面滴涂8 µL 100 µg/mL的牛血清白蛋白BSA溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干，超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中晾干成膜，制得无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器；
所述的AuAg NRs由实施例1得到；
所述的AuAg-Pd NDRs的长度为20nm。
实施例 5 无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法
（1）将宽为1cm、长为4cm的ITO导电玻璃作为工作电极，在电极表面滴涂10 uL 1mg/mL的TiO2 NPs，室温下晾干后，滴涂10 uL AuAg NRs，并在室温下晾干；
（2）将步骤（1）中得到的电极表面滴涂10 uL 0.01 mol/L pH值为1的H2PdCl4，接着使用高压汞灯照射60秒，制得TiO2 NPs负载的AuAg-Pd NDRs修饰的工作电极，室温下晾干；
（3）将步骤（2）中得到的电极用超纯水清洗，室温下晾干后，在电极表面滴涂3 µL 2.5%的GA，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）将步骤（3）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，在电极表面滴涂10µL 10 µg/mL的甲胎蛋白抗体溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（5）将步骤（4）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，继续在电极表面滴涂10 µL 100 µg/mL的BSA溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干，超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中晾干成膜，制得无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器；
所述的AuAg NRs由实施例2得到；
所述的AuAg-Pd NDRs的长度为40nm。
实施例 6 无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法
（1）将宽为1cm、长为4cm的ITO导电玻璃作为工作电极，在电极表面滴涂12 uL 1mg/mL的TiO2 NPs，室温下晾干后，滴涂12 uL AuAg NRs，并在室温下晾干；
（2）将步骤（1）中得到的电极表面滴涂12 uL 0.01 mol/L pH值为2的H2PdCl4，接着使用高压汞灯照射90秒，制得TiO2 NPs负载的AuAg-Pd NDRs修饰的工作电极，室温下晾干；
（3）将步骤（2）中得到的电极用超纯水清洗，室温下晾干后，在电极表面滴涂4 µL 2.5%的GA，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）将步骤（3）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，在电极表面滴涂12 µL 10 µg/mL的甲胎蛋白抗体溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（5）将步骤（4）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，继续在电极表面滴涂12 µL 100 µg/mL的BSA溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干，超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中晾干成膜，制得无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器；
所述的AuAg NRs由实施例3得到；
所述的AuAg-Pd NDRs的长度为50nm。
实施例 7 实施例1~6制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器，用于甲胎蛋白的检测，步骤如下：
（1）将已知浓度的甲胎蛋白抗原标准溶液加入到40 µL、pH=7.0的PBS缓冲溶液中，制得抗原混合溶液，取5 µL抗原混合溶液滴涂到所制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的工作电极上，在4 ℃ 冰箱中保存晾干，pH=7.0的PBS缓冲溶液清洗后，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（2）以Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极，与1）中组装的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入10mL pH=7.0的PBS缓冲溶液和10mL 0.1 mol/L的AA溶液；采用i-t测试手段，根据所得的光电流值与甲胎蛋白抗原标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；甲胎蛋白的线性检测范围为：0.004~39 ng/mL，检出限为：2.5 pg/mL；
（3）将待测样品溶液代替甲胎蛋白抗原的标准溶液，按照所述甲胎蛋白抗原的工作曲线的绘制方法进行检测。
实施例 8 实施例1~6制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器，用于甲胎蛋白的检测，步骤如下：
（1）将已知浓度的甲胎蛋白抗原标准溶液加入到50 µL、pH=7.4的PBS缓冲溶液中，制得抗原混合溶液，取8 µL抗原混合溶液滴涂到所制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的工作电极上，在4 ℃ 冰箱中保存晾干，pH=7.4的PBS缓冲溶液清洗后，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（2）以Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极，与1）中组装的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入20mL pH=7.4的PBS缓冲溶液和10mL 0.2mol/L的AA溶液；采用i-t测试手段，根据所得的光电流值与甲胎蛋白抗原标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；甲胎蛋白的线性检测范围为：0.004~39 ng/mL，检出限为：2.5 pg/mL；
（3）将待测样品溶液代替甲胎蛋白抗原的标准溶液，按照所述甲胎蛋白抗原的工作曲线的绘制方法进行检测。
实施例 9 实施例1~6制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器，用于甲胎蛋白的检测，步骤如下：
（1）将已知浓度的甲胎蛋白抗原标准溶液加入到60 µL、pH=8.0的PBS缓冲溶液中，制得抗原混合溶液，取10 µL抗原混合溶液滴涂到所制备的无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的工作电极上，在4 ℃ 冰箱中保存晾干，pH=8.0的PBS缓冲溶液清洗后，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（2）以Ag/AgCl电极作为参比电极、铂丝电极作为对电极，与1）中组装的工作电极组成三电极系统，连接到光电化学检测设备上；在电解槽中先后加入25mL pH=8.0的PBS缓冲溶液和10mL 0.3 mol/L的AA溶液；采用i-t测试手段，根据所得的光电流值与甲胎蛋白抗原标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；甲胎蛋白的线性检测范围为：0.004~39 ng/mL，检出限为：2.5 pg/mL；
（3）将待测样品溶液代替甲胎蛋白抗原的标准溶液，按照所述甲胎蛋白抗原的工作曲线的绘制方法进行检测。
实施例 10 人血清中甲胎蛋白的检测
准确移取人血清样品，加入一定质量浓度的甲胎蛋白抗原标准溶液，以未加入甲胎蛋白抗原的人血清为空白，进行加标回收实验，按照实施例7~9的步骤进行检测，测定样品中甲胎蛋白的回收率，检测结果见表1。
表1 人血清中甲胎蛋白的检测结果
表1检测结果可知，结果的相对标准偏差（RSD）小于3.0 %，回收率为99.6 ~ 105%，表明本发明可用于人血清中甲胎蛋白的检测，方法的灵敏度高、特异性强，结果准确可靠。

Claims (2)

1.一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，其特征在于，制备步骤为：
（1）以ITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12 uL 二氧化钛纳米粒子溶胶TiO2 NPs，室温下晾干后，滴涂8~12 uL 金银纳米棒溶胶AuAg NRs，并在室温下晾干；
（2）将步骤（1）中得到的电极表面滴涂8~12 uL 0.01 mol/L 的氯钯酸溶液H2PdCl4，接着使用高压汞灯照射30~90秒，制得TiO2 NPs负载的金银钯合金纳米棒材料AuAg-Pd NDRs修饰的工作电极，室温下晾干；
（3）将步骤（2）中得到的电极用超纯水清洗，室温下晾干后，在电极表面滴涂2~4 µL 戊二醛溶液GA，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（4）将步骤（3）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，在电极表面滴涂8~12 µL 10 µg/mL的甲胎蛋白抗体溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干；
（5）将步骤（4）中得到的电极用超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中保存晾干后，继续在电极表面滴涂8~12 µL 100 µg/mL的牛血清白蛋白BSA溶液，4 ℃ 冰箱中保存晾干，超纯水清洗，4 ℃ 冰箱中晾干成膜，制得无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器；
所述的TiO2 NPs为1mg/mL 的二氧化钛纳米粒子水溶液；
所述的AuAg NRs为金银核壳纳米棒水溶液，所述金银核壳纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以银纳米粒子为壳层的核壳结构的棒状纳米粒子，所述棒状纳米粒子的长度为20~50nm；
所述的H2PdCl4为pH值为1~2的氯钯酸水溶液；
所述的AuAg-Pd NDRs 为金银钯核壳枝晶状的纳米棒，所述金银钯核壳枝晶状的纳米棒是以棒状金纳米粒子为核、以枝晶状银钯合金纳米粒子为壳层的核壳结构的纳米粒子，所述纳米棒的长度为20~50nm；
所述的GA为体积比为2.5%的戊二醛水溶液。
2.如权利要求1所述的一种无标记光电化学甲胎蛋白免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述的AuAg NRs制备步骤为：
将20mL 金纳米棒溶胶Au NRs和20mL 0.05~0.2 mol/L的十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液混合，在30~45℃下搅拌，并顺序加入3~6 mL 0.1 mol/L的 L-抗坏血酸AA溶液、0.5~1 mL 0.05 mol/L的硝酸银AgNO3溶液和 3~6 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠NaOH溶液，停止搅拌，静置1~3h，离心分离，将产品重新分散到20mL 水中，得到AuAg NRs；
所述的Au NRs是金纳米棒水溶液，所述金纳米棒是棒状的金纳米粒子，所述金纳米棒的长度为20~40nm。
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