CN104865300A - 一种基于Au@TiO2/Bi2S3修饰电极的光电化学传感器的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学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。本发明具体是在电极上将具有光电催化活性的AuTiO₂核壳纳米材料与Bi₂S₃纳米棒复合，制备无标记型光电化学传感器，实现对乳腺癌标志物CA15-3的快速、超灵敏检测。该方法对乳腺癌的早期诊断及愈后判断具有重要的意义。

Description

一种基于AuTiO2/Bi2S3修饰电极的光电化学传感器的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法及应用。具体是在电极上将具有光电催化活性的AuTiO₂核壳纳米材料与Bi₂S₃纳米棒复合，制备无标记型光电化学传感器，实现对乳腺癌标志物CA15-3的快速、超灵敏检测。属于新型功能材料与生物传感检测技术领域。

背景技术

光致电化学检测是生物分析中一种新兴的检测方法。光致电化学检测过程中，光为激发信号，电信号作为检测信号。由于激发信号和检测信号的完全分离使得背景信号的降低，光致电化学具有比传统的电化学方法更高的灵敏度。因此，将免疫分析技术与光电检测技术结合，能够大大提高被测物检测的灵敏度，实现高灵敏检测。此外，与荧光、化学发光等光学检测方法复杂、昂贵的光学检测装置和复杂的影像识别软件对比，光致电化学检测装置具有简单和成本低等优点。近几年来，光电化学传感器已广泛应用于疾病分析、环境治理与食品检测中。

TiO₂是一种在光催化、太阳能电池以及燃料电池等方面应用广泛的半导体材料。然而由于TiO₂宽的禁带宽度（3.2 eV），只能在紫外光区被有效激发，因此在可见光区的光电转换效率极低。Bi₂S₃拥有窄的禁带宽度（1.6 eV），将其与TiO₂复合可增强其在可见光的光电转换效率。此外，AuTiO₂核壳结构中Au的引入可增强光电子的传输速度，从而提高材料的光电性能。本发明以AuTiO₂/Bi₂S₃纳米材料为光活性基底，制备无标记型免疫传感器，实现对乳腺癌标志物CA15-3的高灵敏检测。此外，该传感器应用于其他肿瘤标志物的分析检测。

发明内容

本发明的目的之一是基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的光电化学传感器的制备。

本发明的目的之二是将该光电化学免疫传感器应用于乳腺癌标志物CA15-3的高灵敏检测。

本发明的技术方案

1. 一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法

（1）AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的制备，将ITO导电玻璃切割至2 cm × 0.5 cm大小，依次用洗洁精、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗30 min，用氮气吹干；将6 μL、3 mg/mL的AuTiO₂溶液滴加到电极表面，室温条件下自然晾干，将6 μL、3~5 mg/mL的Bi₂S₃溶液滴加到电极表面，室温条件下晾干；

（2）滴加6 μL、8~12 μg/mL的CA15-3捕获抗体Ab₁于电极表面，4℃冰箱中晾干，超纯水冲洗；

（3）滴加3 μL、质量分数为0.5 ~ 2.0 %的BS溶液A于电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4℃冰箱中晾干；

（4）用超纯水清洗，晾至湿润状态，将6 μL、0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL不同浓度的CA15-3溶液滴涂于电极表面，使其与CA15-3捕获抗体发生特异性免疫反应，4℃冰箱中孵化1 h，用超纯水冲洗以除去未结合的CA15-3，室温下晾干，制得一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器。

2．AuTiO₂的制备

（1）Au纳米粒子的制备

将3~7 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸三钠溶液迅速加入到保持沸腾的40~60 mL、1 mmol/L的HAuCl₄溶液中，剧烈搅拌，当溶液颜色变为深红色，停止加热，冷却至室温，得到粒径为15 nm的Au纳米粒子溶液；将120~130 mL、 0.25 mmol/L的HAuCl₄溶液加热至沸腾，剧烈搅拌条件下加入0~2.5 mL、15 nm的Au纳米粒子溶液与0.5~0.6 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸钠溶液，当溶液颜色变为深红色，向溶液加入3~7 mL、 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液稳定剂，保持沸腾30 min，即得到粒径为40 nm的Au纳米粒子；

（2）AuTiO₂核壳纳米材料的制备

将30~40 mL、40 nm的Au纳米粒子溶液与4~5 mL、 40 mmol/L的TiF₄溶液混合，搅拌30 min，将溶液用超纯水稀释至80 mL后转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中加热，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

3. Bi₂S₃的制备

将0.00375 mol的Bi(NO₃)₃﹒5H₂O加入到20~30 mL的乙二醇水溶液中，搅拌20 min，得到溶液A；将0.005625 mol Na₂S加入到20~40 mL超纯水中，搅拌10 min，得到溶液B；将溶液B缓慢滴加至溶液A中，加入0.030~0.035 mol的尿素和20 mL的超纯水并转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

4．乳腺癌标志物CA15-3的检测方法

（1）采用三电极体系进行测定，如权利要求1所制备的光电化学传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，光电检测采用i-t测试手段，偏压设置为0.1 V，光源为450nm，每隔10 s进行开关灯；

（2）在15 mL、pH 7.4的含0.1 mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站检测0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL一系列不同浓度的乳腺癌标志物CA15-3标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同光电流信号，绘制工作曲线；

（3）将待测样品溶液代替CA15-3标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线的查得。

本发明的有益成果

（1）本发明以AuTiO₂/Bi₂S₃为光电活性基底材料，拥有较单独TiO₂或Bi₂S₃纳米材料优异的光电转换特性，且Au纳米粒子的引入，增强了电子的传输速度，更进一步提升了材料光电性能，增加了传感器的灵敏度。

（2）本发明将基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的光电化学传感器用于乳腺癌标志物CA15-3的检测，操作简单，信号响应范围宽，实现高灵敏检测，所测得线性范围为0.01 ng/mL~50 ng/mL，检测限为3.0 pg/mL。

具体实施方式

实施例1 一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法

（1）AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的制备：将ITO导电玻璃切割至2 cm × 0.5 cm大小，依次用洗洁精、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗30 min，用氮气吹干。将6 μL、3 mg/mL AuTiO₂溶液滴加到电极表面，室温条件下自然晾干，将6 μL、3mg/mL Bi₂S₃溶液滴加到电极表面，室温条件下晾干。

（2）滴加6 μL、8 μg/mL的CA15-3捕获抗体Ab₁于电极表面，4℃冰箱中晾干，超纯水冲洗；

（3）滴加3 μL、质量分数为0.5 %的BS溶液A于电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4℃冰箱中晾干；

（4）用超纯水清洗，晾至湿润状态，将6 μL、0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL不同浓度的CA15-3溶液滴涂于电极表面，使其与CA15-3捕获抗体发生特异性免疫反应，4℃冰箱中孵化1 h，用超纯水冲洗以除去未结合的CA15-3，室温下晾干，制得一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的光电化学传感器。

实施例2 一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法

（1）AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的制备：将ITO导电玻璃切割至2 cm × 0.5 cm大小，依次用洗洁精、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗30 min，用氮气吹干。将6 μL、3 mg/mL AuTiO₂溶液滴加到电极表面，室温条件下自然晾干，将6 μL、4mg/mL Bi₂S₃溶液滴加到电极表面，室温条件下晾干。

（2）滴加6 μL、10 μg/mL的CA15-3捕获抗体Ab₁于电极表面，4℃冰箱中晾干，超纯水冲洗；

（3）滴加3 μL、质量分数为1.0 %的BS溶液A于电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4℃冰箱中晾干；

（4）用超纯水清洗，晾至湿润状态，将6 μL、0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL不同浓度的CA15-3溶液滴涂于电极表面，使其与CA15-3捕获抗体发生特异性免疫反应，4℃冰箱中孵化1 h，用超纯水冲洗以除去未结合的CA15-3，室温下晾干，制得一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的光电化学传感器。

实施例3 一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法

（1）AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的制备：将ITO导电玻璃切割至2 cm × 0.5 cm大小，依次用洗洁精、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗30 min，用氮气吹干。将6 μL、3 mg/mL AuTiO₂溶液滴加到电极表面，室温条件下自然晾干，将6 μL、5mg/mL Bi₂S₃溶液滴加到电极表面，室温条件下晾干。

（2）滴加6 μL、12 μg/mL的CA15-3捕获抗体Ab₁于电极表面，4℃冰箱中晾干，超纯水冲洗；

（3）滴加3 μL、质量分数为2.0%的BS溶液A于电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4℃冰箱中晾干；

（4）用超纯水清洗，晾至湿润状态，将6 μL、0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL不同浓度的CA15-3溶液滴涂于电极表面，使其与CA15-3捕获抗体发生特异性免疫反应，4℃冰箱中孵化1 h，用超纯水冲洗以除去未结合的CA15-3，室温下晾干，制得一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的光电化学传感器。

实施例4  AuTiO₂的制备方法

（1）Au纳米粒子的制备：将3 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸三钠溶液迅速加入到保持沸腾的40 mL、1 mmol/L的HAuCl₄溶液中，剧烈搅拌，当溶液颜色变为深红色，停止加热，冷却至室温，得到粒径为15 nm的Au纳米粒子溶液。将120 mL、 0.25 mmol/L的HAuCl₄溶液加热至沸腾，剧烈搅拌条件下加入0.5 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸钠溶液，当溶液颜色变为深红色，向溶液加入3 mL、 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液稳定剂，保持沸腾30 min，即得到粒径为40 nm的Au纳米粒子。

（2）AuTiO₂核壳纳米材料的制备：将30mL、40 nm的Au纳米粒子溶液与4 mL、 40 mmol/L TiF₄溶液混合，搅拌30 min，将溶液用超纯水稀释至80 mL后转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中加热，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例5  AuTiO₂的制备方法

（1）Au纳米粒子的制备：将5 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸三钠溶液迅速加入到保持沸腾的50 mL、1 mmol/L的HAuCl₄溶液中，剧烈搅拌，当溶液颜色变为深红色，停止加热，冷却至室温，得到粒径为15 nm的Au纳米粒子溶液。将125 mL、 0.25 mmol/L的HAuCl₄溶液加热至沸腾，剧烈搅拌条件下加入1.125 mL、15 nm的Au纳米粒子溶液与0.56 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸钠溶液，当溶液颜色变为深红色，向溶液加入5 mL、 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液稳定剂，保持沸腾30 min，即得到粒径为40 nm的Au纳米粒子。

（2）AuTiO₂核壳纳米材料的制备：将36 mL、40 nm的Au纳米粒子溶液与4.5 mL、 40 mmol/L TiF₄溶液混合，搅拌30 min，将溶液用超纯水稀释至80 mL后转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中加热，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例6  AuTiO₂的制备方法

（1）Au纳米粒子的制备：将7 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸三钠溶液迅速加入到保持沸腾的60 mL、1 mmol/L的HAuCl₄溶液中，剧烈搅拌，当溶液颜色变为深红色，停止加热，冷却至室温，得到粒径为15 nm的Au纳米粒子溶液。将130 mL、 0.25 mmol/L的HAuCl₄溶液加热至沸腾，剧烈搅拌条件下加入2.5 mL、15 nm的Au纳米粒子溶液与0.6 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸钠溶液，当溶液颜色变为深红色，向溶液加入7 mL、 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液稳定剂，保持沸腾30 min，即得到粒径为40 nm的Au纳米粒子。

（2）AuTiO₂核壳纳米材料的制备：将40 mL、40 nm的Au纳米粒子溶液与5 mL、 40 mmol/L TiF₄溶液混合，搅拌30 min，将溶液用超纯水稀释至80 mL后转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中加热，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例7  Bi₂S₃的制备方法

将0.00375 mol Bi(NO₃)₃﹒5H₂O加入到20 mL的乙二醇水溶液中，搅拌20 min，得到溶液A。将0.005625 mol Na₂S加入到20 mL超纯水中，搅拌10 min，得到溶液B。将溶液B缓慢滴加至溶液A中，加入0.03 mol尿素和20 mL超纯水并转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例8  Bi₂S₃的制备方法

将0.00375 mol Bi(NO₃)₃﹒5H₂O加入到25 mL的乙二醇水溶液中，搅拌20 min，得到溶液A。将0.005625 mol Na₂S加入到30 mL超纯水中，搅拌10 min，得到溶液B。将溶液B缓慢滴加至溶液A中，加入0.032 mol尿素和20 mL超纯水并转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例9  Bi₂S₃的制备方法

将0.00375 mol Bi(NO₃)₃﹒5H₂O加入到30 mL的乙二醇水溶液中，搅拌20 min，得到溶液A。将0.005625 mol Na₂S加入到40 mL超纯水中，搅拌10 min，得到溶液B。将溶液B缓慢滴加至溶液A中，加入0.035 mol尿素和20 mL超纯水并转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

实施例10 乳腺癌标志物CA15-3的检测方法

（1）采用三电极体系进行测定，如权利要求1所制备的光电化学传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，光电检测采用i-t测试手段，偏压设置为0.1 V，光源为450nm（每隔10 s进行开关灯）。

（2）在15 mL、pH 7.4的含0.1 mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站检测0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL一系列不同浓度的乳腺癌标志物CA15-3标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同光电流信号，绘制工作曲线；

（3）将待测样品溶液代替CA15-3标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线的查得。

Claims (4)

1.一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的制备，将ITO导电玻璃切割至2 cm × 0.5 cm大小，依次用洗洁精、丙酮、乙醇和超纯水超声清洗30 min，用氮气吹干；将6 μL、3 mg/mL的AuTiO₂溶液滴加到电极表面，室温条件下自然晾干，将6 μL、3~5 mg/mL的Bi₂S₃溶液滴加到电极表面，室温条件下晾干；

（2）滴加6 μL、8~12 μg/mL的CA15-3捕获抗体Ab₁于电极表面，4℃冰箱中晾干，超纯水冲洗；

（3）滴加3 μL、质量分数为0.5 ~ 2.0 %的BS溶液A于电极表面，以封闭电极表面上非特异性活性位点，4℃冰箱中晾干；

（4）用超纯水清洗，晾至湿润状态，将6 μL、0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL不同浓度的CA15-3溶液滴涂于电极表面，使其与CA15-3捕获抗体发生特异性免疫反应，4℃冰箱中孵化1 h，用超纯水冲洗以除去未结合的CA15-3，室温下晾干，制得一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器。

2.一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法，所述的AuTiO₂的制备，其特征在于，步骤如下：

（1）Au纳米粒子的制备

将3~7 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸三钠溶液迅速加入到保持沸腾的40~60 mL、1 mmol/L的HAuCl₄溶液中，剧烈搅拌，当溶液颜色变为深红色，停止加热，冷却至室温，得到粒径为15 nm的Au纳米粒子溶液；将120~130 mL、 0.25 mmol/L的HAuCl₄溶液加热至沸腾，剧烈搅拌条件下加入0~2.5 mL、15 nm的Au纳米粒子溶液与0.5~0.6 mL、 38.8 mmol/L的柠檬酸钠溶液，当溶液颜色变为深红色，向溶液加入3~7 mL、 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液稳定剂，保持沸腾30 min，即得到粒径为40 nm的Au纳米粒子；

（2）AuTiO₂核壳纳米材料的制备

将30~40 mL、40 nm的Au纳米粒子溶液与4~5 mL、 40 mmol/L的TiF₄溶液混合，搅拌30 min，将溶液用超纯水稀释至80 mL后转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中加热，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

3.如权利要求1所述的一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器的制备方法，所述的Bi₂S₃的制备，其特征在于，步骤如下：

将0.00375 mol的Bi(NO₃)₃﹒5H₂O加入到20~30 mL的乙二醇水溶液中，搅拌20 min，得到溶液A；将0.005625 mol Na₂S加入到20~40 mL超纯水中，搅拌10 min，得到溶液B；将溶液B缓慢滴加至溶液A中，加入0.030~0.035 mol的尿素和20 mL的超纯水并转移至100 mL的聚四氟乙烯反应釜中，180℃条件下保持24 h，冷却至室温，用超纯水洗涤至数次，真空条件下干燥。

4.如权利要求1所述的制备方法制备的一种基于AuTiO₂/Bi₂S₃修饰电极的乳腺癌标志物CA15-3的光电化学传感器用于乳腺癌标志物CA15-3的检测方法，其特征在于，步骤如下：

（1）采用三电极体系进行测定，如权利要求1所制备的光电化学传感器为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极，利用光电化学工作站进行检测，光电检测采用i-t测试手段，偏压设置为0.1 V，光源为450nm，每隔10 s进行开关灯；

（2）在15 mL、pH 7.4的含0.1 mol/L抗坏血酸的PBS缓冲溶液中，通过光电化学工作站检测0.01 ng/mL ~ 50 ng/mL一系列不同浓度的乳腺癌标志物CA15-3标准溶液，通过记录开关灯前后产生的不同光电流信号，绘制工作曲线；

（3）将待测样品溶液代替CA15-3标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线的查得。