CN108828031A

CN108828031A - 可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测

Info

Publication number: CN108828031A
Application number: CN201811088706.2A
Authority: CN
Inventors: 于京华; 孙建丽; 王衍虎
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2018-11-16

Abstract

本发明公开了可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测。选择一张合适的A4纸材料，利用蜡打印技术批量打印出多个光电化学纸芯片。该传感器构建过程包括：打印疏水蜡图案；熔蜡成型；纸新片的裁剪；用丝网印刷所需电极；对制备好的反应区域进行功能化，以便于DNA链和适配体的结合，分析物的特异性识别；将印刷好的参比电极，对电极和工作电极的纸芯片进行组装；然后在光照条件下，将制备好的纸芯片检测区域上滴加过氧化氢，对目标物进行检测。

Description

可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测

技术领域

本发明涉及低成本，操作简单，特异性强的即时分析检测技术，更具体的说是一种对光电化学目标物进行分析的纸基传感器的构建。

背景技术

三磷酸腺苷（ATP）是生命活动能量的直接来源，可改善机体代谢，为人体分泌，吸收，肌肉收缩以及生化合成反应提供能量，其含量也是反应身体状况的重要指标。由于随着人们知识和生活水平的提高，对ATP含量的测定方法和技术也越来越受关注。目前，为提前诊断并预防重大疾病的发生，在研究人员的努力下，发展了各种各样的ATP检测原理。然而人们在致力于研究降低分析仪器的检测成本和时间的同时，实现检测设备的简便化和分析结果的即时性也变得极为迫切。

目前ATP的检测方法主要有电化学发光、表面增强拉曼散射技术和荧光微阵列技术等。但是这些方法所需仪器相对昂贵且操作也比较复杂，其分析手段也限制了在当前发展。因此，我们迫切的需要发展一种成本低、速度快、操作简单的便携式检测分析方法来满足当前的要求。

光电化学纸基传感器成为目前最有望实现现场检测的技术手段，是一种将电化学分析和生物学技术相结合而发展起来的具有特异性强、选择性高、检测面广的等特点的生物传感器。具体是指把样品制备、生物反应、信号产生、信号检测等基本操作单元集成在纸上，利用软件绘制出所需功能区和通道，通过蜡印构成疏水区域，使流体在亲水区域流动以实现对传感器表面的生物分子反应的定量检测和即时检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测，本发明以纸为基础，建立了对ATP的光电化学生物传感的快速检测方法，成功建立了快速、特异、灵敏的检测ATP的传感器。

为了解决上述技术问题，本发明是通过构建一种新型的光电化学纸基传感器来实现的，该光电化学纸基传感器的制备方法为：

（1）在计算机上利用Adobe Illustrator CS6设计疏水蜡批量打印图案（样式如附图1所示）以及与蜡打印图案相匹配的工作电极，参考电极和对电极印刷图案（样式如附图2A所示）；

（2）将裁剪好的A4滤纸放置到喷蜡打印机中，将（1）中的疏水蜡批量打印图案打印到上面；

（3）将（2）中制备的带有蜡图案的滤纸放置到烘箱中，在60-120 ^oC下加热0.5-2分钟，使蜡融化并浸透整个滤纸的厚度；

（4）将（3）中制备的A4滤纸按照（1）中设计的图案进行裁剪，得到光电化学纸芯片；

（5）用丝网印刷技术按照（1）中所设计的电极印刷图案印刷工作电极、参考电极和对电极；

（6）对（5）中制备的光电化学纸芯片的反应区域进行功能化，将序列DNA1固定在亲水区域上，然后加入适配体和信号探针与DNA1结合在一起，其中，信号探针是由G-四联体和DNA2附着在金纳米立方体上构成的；并且在其检测区域上修饰还原氧化石墨烯作为导电基底，再一步步生长上氧化铜作为光敏材料；

（7）将（6）中得到的光电化学纸芯片进行折叠组装且使其电极与电化学工作站连接；

（8）在（7）中制备的光电化学纸基传感器的反应区域滴加ATP，对适配体进行特异性识别，从而使信号探针游离下来通过纸基流体分离器流动到检测区域；

（9）在可见光的照射下，将过氧化氢滴加到（8）中得到的纸基传感器的检测区域，检测电流信号，对目标物ATP进行分析；

所设计的光电化学纸基传感器的疏水蜡图案如附图2B所示，包括一个反应区域（直径7.0 mm），一个检测区域（直径7.0 mm）和带有亲水通道（2.0 mm × 3.0 mm）的流体分离器（20.0 mm × 3.0 mm），一个废液收集区域（16 mm × 8 mm）和电极区域；光电化学纸芯片的总尺寸为20.0 mm × 80.0 mm；可根据不同的纸芯片的尺寸，调整A4滤纸上打印的光电化学纸基传感器的个数。

所述的滤纸为常用的滤纸。

所述的丝网印刷技术用的电极材料为聚乙烯对苯二甲酸酯、聚氯乙烯、陶瓷或者玻璃；印刷的工作电极为碳印刷电极，参比电极为Ag/AgCl参比电极，对电极为碳印刷电极。

本发明的有益效果：

1. 利用便宜的纸材料，简化了光电化学纸基传感器的制作步骤，降低了制作成本，提高了光电化学纸基传感器的制备与检测的可重复性。

2. 采用全打印的制备模式，其图案可进行大规模集成打印，每张纸上打印多个图案实现同时制备多个光电化学纸基传感器并进行检测。

3. 带有疏水通道的长纸条能够辅助完成两个区域之间流体的流动，从而实现样品的游离和对目标物的即时检测。

4. 光电化学纸基传感器中引入了废液收集区域，利用液体在疏水区域的流动性收集未反应的试剂，提高检测的精确性。

附图说明

图1 为光电化学纸基传感器的疏水蜡批量打印图案；

图2 为光电化学纸基传感器的丝网印刷电极图图案和尺寸示意图案；

图3 为光电化学纸基传感器的具体操作过程示意图。

具体实施方式

可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测，包括以下步骤：

（1）在计算机上利用Adobe Illustrator CS6设计滤纸的疏水图案包括反应区域，检测区域，电极区域（三个区域直径都为7.0 mm），废液收集区域（16 mm × 8 mm），和带有亲水通道的流体分离器（20.0 mm × 3.0 mm），光电化学纸基传感器的总尺寸为20.0 mm ×80.0 mm；此时，一张A4纸可以打印16个光电化学纸基传感器；

（2）将步骤（1）中设计的疏水图案通过蜡打印机打印在A4滤纸上；

（3）将步骤（2）中制备的滤纸放在烘箱中你，在80 ℃下加热60秒，使蜡融化并浸透整个滤纸厚度，形成疏水墙；

（4）按照步骤（1）中设计的图案应用激光切割机进行切割并且进行工作电极，参考电极和对电极的蜡印图案的印刷；

（5）制备氧化铜电极：将步骤（4）中得到的纸芯片的检测区域滴加2.0 μL制备好的还原氧化石墨烯水溶液作为导电基底，在室温条件下干燥；然后将40.0 mg的聚乙二醇与178.2mg的氯化铜溶解在25 mL的超纯水中，取其2.0 μL的充分混合溶液滴加在还原氧化石墨烯的表面，在室温条件下干燥；之后继续滴加等量1M的氢氧化钠溶液进行反应，观察到亲水区域迅速变为蓝色；最后，在干燥的蓝色区域滴加1.0 μL的水合肼溶液（摩尔浓度为6 M），疏水区域颜色由蓝色变为黑色；因此，在检测区域制备出氧化铜电极；

（6）将2.0 μL的氧化石墨烯水溶液滴加在经过步骤（5）得到的纸芯片的反应区域进行羧基化，然后将制备好的DNA1、适配体和信号探针修饰在其表面，过程中加入10 μL 1%的牛血清白蛋白封闭活性位点；

（7）将经过步骤（5）和步骤（6）得到的纸基传感器进行折叠组合并用夹子固定，反应区域和检测区域通过纸基流体分离器得以连接；此时，在反应区域滴加10.0 μL的ATP溶液，因为ATP与适配体的特异性识别作用使得信号探针游离下来流动到到检测区域；

（8）将步骤（7）中得到的纸基传感器与电化学工作站相连接，然后在其检测区域滴加0.05 M的过氧化氢溶液进行电流信号的检测，ATP的最低检测限为2.1 ng/mL（样式如附图3所示）。

序列表

<110> 济南大学

<120> 可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测

<130> 2018

<141> 2018-09-17

<160> 4

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 19

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

cccaggtaac aagattttt 19

<210> 2

<211> 34

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

tcttgttacc tgggggagta ttgcggagga aggt 34

<210> 3

<211> 25

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 3

tttttacctt cctccgcaat actcc 25

<210> 4

<211> 24

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 4

tgggtagggc gggttgggtt tttt 24

Claims

1.一种可折叠的光电化学纸基传感器对三磷酸腺苷的检测，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上利用Adobe Illustrator CS6设计疏水蜡批量打印图案以及与蜡打印图案相匹配的工作电极，参考电极和对电极印刷图案；

（8）在（7）中制备的光电化学纸基传感器的反应区域滴加三磷酸腺苷与适配体进行特异性识别，从而使信号探针游离下来通过纸基流体分离器流动到检测区域；

（9）在可见光的照射下，将过氧化氢滴加到（8）中得到的纸基传感器的检测区域，检测电流信号，对目标物三磷酸腺苷进行分析。

2.根据权利要求1所述的疏水蜡打印图案，其特征是：所设计的光电化学纸基传感器的疏水图案包括一个反应区域（直径7.0 mm），一个检测区域（直径7.0 mm）和带有亲水通道的纸基流体分离器（20.0 mm × 3.0 mm），一个废液收集区域（16.0 mm × 8.0 mm）和电极区域；光电化学纸芯片的总尺寸为20.0 mm × 80.0 mm；可根据不同的纸芯片的尺寸，调整A4滤纸上打印的光电化学纸基传感器的个数。

3.根据权利要求1所述的滤纸，其特征是：所采用的滤纸为常用的滤纸。

4.根据权利要求1所述的丝网印刷技术，其特征是：所采用的丝网印刷电极材料为聚乙烯对苯二甲酸酯、聚氯乙烯、陶瓷或者玻璃；印刷的工作电极为碳印刷电极，参比电极为Ag/AgCl参比电极，对电极为碳印刷电极。