CN105758923A - 一种ZnOCH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备及其应用 - Google Patents

一种ZnOCH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备及其应用 Download PDF

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胡丽华
张勇
马洪敏
范大伟
吴丹
魏琴
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Abstract

本发明涉及一种ZnOCH3NH3PbI3 QDs（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ZnOCH3NH3PbI3 QDs纳米复合材料作为光电信标物质，CH3NH3PbI3量子点以其量子尺寸效应、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?223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?223的检测范围具有重要的价值。

Description

一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备及其应用
技术领域
本发明涉及一种ZnO@ CH3NH3PbI3 QDs纳米复合材料光电生物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@ CH3NH3PbI3 QDs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@ CH3NH3PbI3 QDs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@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备步骤
（1）将1.0 cm×2.5 cm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纳米片；
（3）滴涂2~18 µL CH3NH3PbI3 QDs到（2）修饰的工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（4）继续滴涂10~20 µL、5~50 µg/mL的miRNA-223的上游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10~20 µL、5~50 µg/mL的miRNA-223的下游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干，制得一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器；
（a）ZnO的制备
将混合溶液A在1000转/min时40~80 s于（1）中制得的ITO 导电玻璃上，后将ITO 导电玻璃置于鼓风干燥箱，140~160 ℃下加热5~15 min，重复3~5次，取出ITO 导电玻璃，置于混合溶液B，90 ℃下加热3~5 h，制得ZnO纳米片；
混合溶液A，是将0.02~0.06 mol 的Zn(CH3COO)2·2H2O，90 ℃下溶解于80~120 mL无水乙醇制得；
混合溶液B，是将0.02~0.03 mol Zn (NO3)2·6H2O、0.02~0.03 mol HMT及 20~300 mL超纯水混合制得；
（b）CH3NH3PbI3 QDs的制备
取1~3 mL混合溶液，剧烈搅拌时加入到5~15 mL甲苯中，7000 转/mim下离心5~15 min，取上层清液，制得CH3NH3PbI3 QDs；
混合溶液，是将3~8 mL DMF、10~30 µL辛胺及0.2~0.8 mL 油酸混合于烧杯中，放入0.10~0.22 mmol CH3NH3I及0.2~0.3 mmol PbI2制得；
CH3NH3I，是将20~40 mL、0.2~0.3 mol HI和25~30 mL、0.2~0.3 mol甲胺在0 ℃下边搅拌边混合，搅拌持续1~3 h，后50 ℃下旋蒸，取沉淀，制得CH3NH3I。
2. miRNA-223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@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器为工作电极，在10~50 mL、 pH 7 ~9的PBS，0.1~0.3 mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-223标准溶液进行检测，输入电压为0.1 V，取样间隔 20s，取样时间20 s，运行时间540 s，光源选择365 nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-223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CH3NH3PbI3QDs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@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备
（1）将1.0 cm×2.5 cm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纳米片；
（3）滴涂2 µL CH3NH3PbI3 QDs到（2）修饰的工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（4）继续滴涂10 µL、5 µg/mL的miRNA-223的上游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10 µL、5 µg/mL的miRNA-223的下游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干，制得一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器。
实施例2 一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备
（1）将1.0 cm×2.5 cm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纳米片；
（3）滴涂18 µL CH3NH3PbI3 QDs到（2）修饰的工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（4）继续滴涂20 µL、50 µg/mL的miRNA-223的上游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂20 µL、50 µg/mL的miRNA-223的下游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干，制得一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器。
实施例3 一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备
（1）将1.0 cm×2.5 cm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纳米片；
（3）滴涂10 µL CH3NH3PbI3 QDs到（2）修饰的工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（4）继续滴涂15 µL、25 µg/mL的miRNA-223的上游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂15 µL、25 µg/mL的miRNA-223的下游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干，制得一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器。
实施例4 ZnO的制备
将混合溶液A在1000转/min时80 s于空白的ITO 导电玻璃上，后将ITO 导电玻璃置于鼓风干燥箱，160 ℃下加热15 min，重复5次，取出ITO 导电玻璃，置于混合溶液B，90 ℃下加热5 h，制得ZnO纳米片；
混合溶液A，是将0.06 mol 的Zn(CH3COO)2·2H2O，90 ℃下溶解于120 mL无水乙醇制得；
混合溶液B，是将0.03 mol Zn (NO3)2·6H2O、0.03 mol HMT及 300 mL 超纯水混合制得。
实施例5 CH3NH3PbI3 QDs的制备
取3 mL混合溶液，剧烈搅拌时加入到15 mL甲苯中，7000 转/mim下离心15 min，取上层清液，制得CH3NH3PbI3 QDs；
混合溶液，是将8 mL DMF、30 µL辛胺及0.8 mL 油酸混合于烧杯中，放入0.22 mmolCH3NH3I及0.3 mmol PbI2制得；
CH3NH3I，是将40 mL、0.3 mol HI和30 mL、0.3 mol甲胺在0 ℃下边搅拌边混合，搅拌持续3 h，后50 ℃下旋蒸，取沉淀，制得CH3NH3I。
实施例6 miRNA-223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@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器为工作电极，在10 mL、 pH为7.4的PBS，0.1 mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-223标准溶液进行检测，输入电压为0.1 V，取样间隔 20s，取样时间20 s，运行时间540 s，光源选择365 nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-223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1 pmol/L ~ 30 nmol/L，检测限为0.2 pmol/L。

Claims (2)

1.一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器的制备方法，其特征包括以下步骤：
（1）将1.0 cm×2.5 cm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纳米片；
（3）滴涂2~18 µL CH3NH3PbI3 QDs到（2）修饰的工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（4）继续滴涂10~20 µL、5~50 µg/mL的miRNA-223的上游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干；
（5）继续滴涂10~20 µL、5~50 µg/mL的miRNA-223的下游引物到工作电极表面，4 ℃冰箱中晾干，制得一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器；
所述ZnO、CH3NH3PbI3 QDs的制备，步骤如下：
（a）ZnO的制备
将混合溶液A在1000转/min时40~80 s于（1）中制得的ITO 导电玻璃上，后将ITO 导电玻璃置于鼓风干燥箱，140~160 ℃下加热5~15 min，重复3~5次，取出ITO 导电玻璃，置于混合溶液B，90 ℃下加热3~5 h，制得ZnO纳米片；
所述混合溶液A，是将0.02~0.06 mol 的Zn(CH3COO)2·2H2O，90 ℃下溶解于80~120 mL无水乙醇制得；
所述混合溶液B，是将0.02~0.03 mol Zn (NO3)2·6H2O、0.02~0.03 mol HMT及 20~300mL 超纯水混合制得；
（b）CH3NH3PbI3 QDs的制备
取1~3 mL混合溶液，剧烈搅拌时加入到5~15 mL甲苯中，7000 转/mim下离心5~15 min，取上层清液，制得CH3NH3PbI3 QDs；
所述混合溶液，是将3~8 mL DMF、10~30 µL辛胺及0.2~0.8 mL 油酸混合于烧杯中，放入0.10~0.22 mmol CH3NH3I及0.2~0.3 mmol PbI2制得；
所述CH3NH3I，是将20~40 mL、0.2~0.3 mol HI和25~30 mL、0.2~0.3 mol甲胺在0 ℃下边搅拌边混合，搅拌持续1~3 h，后50 ℃下旋蒸，取沉淀，制得CH3NH3I。
2.如权利要求1所述的制备方法制备的一种ZnO@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器，用于miRNA-223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@CH3NH3PbI3 QDs光电DNA传感器为工作电极，在10~50 mL、 pH 7 ~9的PBS，0.1~0.3 mmol/L的抗坏血酸缓冲溶液中进行测试；
（2）用时间-电流法对miRNA-223标准溶液进行检测，输入电压为0.1 V，取样间隔 20s，取样时间20 s，运行时间540 s，光源选择365 nm，记录电流变化，绘制工作曲线；
（3）将待测样品代替miRNA-223标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行测定。
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