CN105675679A - 一种ZnO-NCQDs DNA光电传感器的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种ZnO-NCQDs（氮掺杂碳量子点）纳米复合材料光电生物传感器的制备方法及其应用，属于生物传感检测技术领域。基于ZnO-NCQDs纳米复合材料作为光电信标物质，NCQDs以其量子尺寸效应、介电效应及表面积效应，增强了ZnO的光电性能，可实现对实体组织miRNA-101的定性、定量检测，具有设备简单、成本低、易于微型化和集成化的优点，对于拓展光电传感器对miRNA-101的检测范围具有重要的价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备方法及其应用，该传感器用于的生物组织DNA的检测，属于生物传感检测技术领域。
背景技术
纵观适配体传感器的发展，可以发现大多数课题组对于DNA传感器的研究主要集中在短链DNA（20~60bp），同时这些DNA大多是根据需要，事先根据一定的规则进行设计，而后由生物公司代工合成，实为为了研究而研究，同时DNA片段并非实际存在，实际应用价值不大，若要使DNA生物传感器的研究有推广到实际的可能，则被检测的DNA判断首先是真实存在的，这就需要从实际问题中找寻需要检测、识别的DNA，后根据需要，设计可以对其进行检测的传感器及检测方案，并将其识别率、检测限提高，稳定性、重现性提高，使之科研上可行，而后才可应用于实践。
鉴于此，本专利将利用ZnO-NCQDs纳米复合材料的信号放大作用，利用体系中光致电信号的强度变化来对真实生物细胞经培养后抽提的DNA目标片段进行检测，并将所研制的光电生物传感器进一步推广到实际应用中，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，大大克服了目前DNA检测方法局限于纯生物领域的弊端，有效拓展了DNA检测方法的范围。
发明内容
本发明的目的之一是基于赖氨酸对DNA的生物特异亲和性及ZnO-NCQDs纳米复合材料，制备了一种具备特异性，超灵敏的光电生物传感器；
本发明的目的之二是将该传感器用于实体组织抽提DNA的检测。
本发明的技术方案如下：
1.一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备步骤
（1）将1.0cm×2.5cm的长方形ITO导电玻璃依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗30min，纯氮吹干，将其作为工作电极，铂丝为对电极，参比电极为饱和甘汞电极；
（2）在ITO电极表面上，生长一层ZnO纳米棒；
ZnO纳米棒的制备
将（1）制得的ITO导电玻璃的1/2浸入胶质溶液中，取出后在红外灯下烤干，此过程重复1~5次，再将处理过的ITO导电玻璃置于马弗炉，在250~300℃下煅烧5~15min，取出冷却至室温，冷却后的ITO导电玻璃放在含有0.1mol硝酸锌和0.1mol六次甲基四胺混合溶液的反应釜中，置于鼓风干燥箱，在80~120℃下生长3~5h，制得ZnO纳米棒；
胶质溶液，是取0.5~1mol醋酸锌和乙醇胺放入25mL容量瓶中，用2-甲氧基乙醇定容，得到醋酸锌和乙醇胺均为等摩尔的溶液，将该溶液在60℃下搅拌加热20~40min，制得稳定的胶质溶液；
（3）滴涂5~18μLNCQDs溶液到（2）修饰的工作电极表面，在90~110℃下加热10~20min；
NCQDs溶液的制备
将黄色固体溶于20~40mL水中，在8000r/min下离心10~20min，取上清液，置于冰箱冷冻至无液体，将冰冻的固体置于冷冻干燥机中冷冻干燥12~24h，得到黄褐色絮状固体，加入80~100ml超纯水，超声15~30min，制得NCQDs溶液；
黄色固体，是取2~4g二乙烯三胺五乙酸放入盛有20~30mL超纯水的烧杯中，搅拌，加热直至蒸干，制得黄色固体；
（4）继续滴涂10~20μL、5~50μg/mL的miRNA-101的上游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10~20μL、5~50μg/mL的miRNA-101的下游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干，制得一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器。
2.miRNA-101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ZnO-NCQDsDNA光电传感器为工作电极，在10~50mL、pH7~9的PBS，0.1~0.3mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-101标准溶液进行检测，输入电压为0.1V，取样间隔20s，取样时间20s，运行时间540s，光源选择430nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-101标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行测定。
本发明的成果：
（1）发明使用ZnO做为光电信标物质之一，拓展了ZnO的使用范畴，同时利用NCQDs显著的量子尺寸效应及小的粒子尺寸，增强本发明所述传感器的光电性能。
（2）本发明所检测DNA均从实际生物组织中提取，具有一定的实用价值。
具体实施方式：
为进一步说明，结合一下实施例具体说明：
实施例1一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备
（1）将1.0cm×2.5cm的长方形ITO导电玻璃依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗30min，纯氮吹干，将其作为工作电极，铂丝为对电极，参比电极为饱和甘汞电极；
（2）在ITO电极表面上，生长一层ZnO纳米棒；
（3）滴涂5μLNCQDs溶液到（2）修饰的工作电极表面，在90℃下加热10min；
（4）继续滴涂10μL、5μg/mL的miRNA-101的上游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10μL、5μg/mL的miRNA-101的下游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干，制得一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器。
实施例2一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备
（1）将1.0cm×2.5cm的长方形ITO导电玻璃依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗30min，纯氮吹干，将其作为工作电极，铂丝为对电极，参比电极为饱和甘汞电极；
（2）在ITO电极表面上，生长一层ZnO纳米棒；
（3）滴涂10μLNCQDs溶液到（2）修饰的工作电极表面，在100℃下加热15min；
（4）继续滴涂15μL、20μg/mL的miRNA-101的上游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂15μL、20μg/mL的miRNA-101的下游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干，制得一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器。
实施例3一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备
（1）将1.0cm×2.5cm的长方形ITO导电玻璃依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗30min，纯氮吹干，将其作为工作电极，铂丝为对电极，参比电极为饱和甘汞电极；
（2）在ITO电极表面上，生长一层ZnO纳米棒；
（3）滴涂18μLNCQDs溶液到（2）修饰的工作电极表面，在110℃下加热20min；
（4）继续滴涂20μL、50μg/mL的miRNA-101的上游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂20μL、50μg/mL的miRNA-101的下游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干，制得一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器。
实施例4ZnO纳米棒的制备
将空白的ITO导电玻璃的1/2浸入胶质溶液中，取出后在红外灯下烤干，此过程重复3次，再将处理过的ITO导电玻璃置于马弗炉，在300℃下煅烧10min，取出冷却至室温，冷却后的ITO导电玻璃放在含有0.1mol硝酸锌和0.1mol六次甲基四胺混合溶液的反应釜中，置于鼓风干燥箱，在100℃下生长4h，制得ZnO纳米棒；
胶质溶液，是取0.75mol醋酸锌和乙醇胺放入25mL容量瓶中，用2-甲氧基乙醇定容，得到醋酸锌和乙醇胺均为等摩尔的溶液，将该溶液在60℃下搅拌加热30min，制得稳定的胶质溶液。
实施例5NCQDs溶液的制备
将黄色固体溶于30mL水中，在8000r/min下离心15min，取上清液，置于冰箱冷冻至无液体，将冰冻的固体置于冷冻干燥机中冷冻干燥12h，得到黄褐色絮状固体，加入90ml超纯水，超声20min，制得NCQDs溶液；
黄色固体，是取3g二乙烯三胺五乙酸放入盛有25mL超纯水的烧杯中，搅拌，加热直至蒸干，制得黄色固体。
实施例6miRNA-101的检测
（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ZnO-NCQDsDNA光电传感器为工作电极，在25mL、pH7.4的PBS，0.1mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-101标准溶液进行检测，输入电压为0.1V，取样间隔20s，取样时间20s，运行时间540s，光源选择430nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-101标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行测定；
（4）线性范围为1fmol/L~25nmol/L，检测限为0.5fmol/L。
Claims (2)
1.一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器的制备方法，其特征包括以下步骤：
（1）将1.0cm×2.5cm的长方形ITO导电玻璃依次用丙酮、超纯水、乙醇超声清洗30min，纯氮吹干，将其作为工作电极，铂丝为对电极，参比电极为饱和甘汞电极；
（2）在ITO电极表面上，生长一层ZnO纳米棒；
所述ZnO纳米棒的制备，步骤如下：
将（1）制得的ITO导电玻璃的1/2浸入胶质溶液中，取出后在红外灯下烤干，此过程重复1~5次，再将处理过的ITO导电玻璃置于马弗炉，在250~300℃下煅烧5~15min，取出冷却至室温，冷却后的ITO导电玻璃放在含有0.1mol硝酸锌和0.1mol六次甲基四胺混合溶液的反应釜中，置于鼓风干燥箱，在80~120℃下生长3~5h，制得ZnO纳米棒；
所述胶质溶液，是取0.5~1mol醋酸锌和乙醇胺放入25mL容量瓶中，用2-甲氧基乙醇定容，得到醋酸锌和乙醇胺均为等摩尔的溶液，将该溶液在60℃下搅拌加热20~40min，制得稳定的胶质溶液；
（3）滴涂5~18μLNCQDs溶液到（2）修饰的工作电极表面，在90~110℃下加热10~20min；
所述的NCQDs溶液的制备，步骤如下：
将黄色固体溶于20~40mL水中，在8000r/min下离心10~20min，取上清液，置于冰箱冷冻至无液体，将冰冻的固体置于冷冻干燥机中冷冻干燥12~24h，得到黄褐色絮状固体，加入80~100ml超纯水，超声15~30min，制得NCQDs溶液；
所述黄色固体，是取2~4g二乙烯三胺五乙酸放入盛有20~30mL超纯水的烧杯中，搅拌，加热直至蒸干，制得黄色固体；
（4）继续滴涂10~20μL、5~50μg/mL的miRNA-101的上游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10~20μL、5~50μg/mL的miRNA-101的下游引物到工作电极表面，4℃冰箱中晾干，制得一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器。
2.如权利要求1所述的制备方法制备的一种ZnO-NCQDsDNA光电传感器，用于miRNA-101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ZnO-NCQDsDNA光电传感器为工作电极，在10~50mL、pH7~9的PBS，0.1~0.3mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-101标准溶液进行检测，输入电压为0.1V，取样间隔20s，取样时间20s，运行时间540s，光源选择430nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-101标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行测定。
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