CN108918627A - 一种基于MOFs材料竞争型电化学免疫传感器的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种竞争型免疫传感器的制备与应用,具体说是一种以UiO‑66,金纳米粒子(UiO‑66/Au)的复合材料为传感平台,以NH2‑MIL‑125为标记物的竞争型免疫传感器,本发明属于新型功能材料、生物传感技术领域。UiO‑66/Au具有优异的导电性,大的比表面积,可以有效促进电子传递过程,起到放大电流信号,提高传感器灵敏度的作用。并且利用一锅法合成了NH2‑MIL‑125,NH2‑MIL‑125拥有较大的空间位阻从而可以阻碍电子传递,使电流信号降低,从而增加电流信号变化值,使得传感器可利用电化学信号变化来检测目标的含量,显著提高免疫传感器的稳定性和灵敏度,扩大检出范围,降低检出限。
Description
技术领域
本发明涉及一种电化学免疫传感器的制备与应用,具体说是一种以UiO-66/Au为传感平台,以NH2-MIL-125为共轭标记物的竞争型免疫传感器,本发明属于新型功能材料、生物传感技术领域。
背景技术
癌胚抗原(CEA)是属于肿瘤细胞表面结构的抗原[6],它形成于细胞浆中,可以通过细胞膜渗透到细胞外进入周围体液中,因此可以在多种体液中检出。CEA作为最常见的一种肿瘤标记物,以及被广泛用作各种消化系肿瘤的诊断及监测中,在生物体中凡是内胚层产生的恶性肿瘤如结肠、直肠、食道、胃、肝和胰腺等的癌肿病人的血清中均有CEA存在,并含量明显的高于非肿瘤的病人,因此CEA的检测至关重要。不仅如此,CEA对治疗效果的观察上同样有着不可忽略的作用。所以CEA在临床中对于肿瘤疾病的诊断、治疗效果的判定和预后情况,都有非常重要的临床意义。
电化学免疫传感器是将免疫技术与电化学传感技术相结合,同时具有高灵敏性、高选择性、高专一性和检出限低等优点。
金属有机骨架材料(MOFs)是指由金属离子或金属簇与有机配体组装而来的一种多孔材料,选择不同的金属或者不同性质的有机配体可以改变MOFs的结构,从而使得MOFs具有结构多样化,功能可调和比表面积大等优点;UiO系列材料是以Zr基通过有机配体连接而成重现立方体结构的的具有12配位的MOFs材料,且是为数不多的具有优异导电性的MOFs材料之一;除此之外UiO-66还具有比表面积大,化学稳定性和热稳定高等优点,通过原位还原的方法结合大量金纳米粒子(Au)。Au不仅拥有良好的电子转移性能而且可以与抗体通过Au-NH2结合;因此将具有优良导电性和生物相容性的UiO-66与Au(UiO-66/Au)作为传感平台,显著提高了传感器的灵敏度。
与UiO系列不同,MILs系列虽然也具有较大的孔径和比表面积,但是MILs的电子转移能力差,不利于电子传递。因此该发明利用一锅法合成NH2-MIL-125,形成共轭体系,阻碍电子传递,增加电流信号值的变化,而且NH2-MIL-125具有丰富的NH2基团可以连接抗原抗体,从而增加传感器的灵敏度,降低检出限,扩大检测范围。
发明内容
本发明的目的之一是制备一种以UiO-66/Au为传感平台,以NH2-MIL-125为标记物的竞争型免疫传感器。
本发明的目的之二是将该传感器用于CEA的高灵敏、特异性检测。
本发明的技术方案如下:
1.一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器制备方法如下:
(1)将玻碳电极用抛光粉打磨,再使用去离子水清洗,将电极置于5 mmol/L 铁氰化钾溶液中,并在 -0.2~0.6 V 电位下进行扫描,使峰电位的差值小于110 mV;
(2)将6 μL,1~2 mg/mL UiO-66/Au纳米复合物溶液滴加在电极上,室温下干燥;
(3)将6 μL,10~20 μg/mL CEA的抗体滴加在电极上,室温下干燥之后,用PBS清洗,除去多余抗体,室温下干燥;
(4)将3 μL,质量分数为1~2 % BSA溶液滴加于电极上,用以封闭非特异性结合位点,干燥之后使用PBS洗去多余BSA;
(5)将6 μL不同浓度的CEA滴加到电极上,室温下干燥并用PBS洗涤;
(6)将6 μL,被NH2-MIL-125(1~2 mg/mL)标记的CEA的混合溶液滴加于电极上,室温下干燥后用PBS洗去多余的抗原,室温下干燥,竞争型免疫传感器的制备完成。
2.一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的UiO-66/Au复合材料的制备步骤如下:
(1)UiO-66的制备
将1~2 g四氯化锆和1~2g对苯二甲酸和10~20 mL盐酸超声溶解于100 mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF),然后转移至高压釜,在120 ℃下反应12~24 h,反应结束后,将所得到的混合物在9000 r/min离心10 min,用DMF和甲醇分别洗涤三次,弃去上清液,将离心管放入60 oC真空干燥箱干燥,最后经过研磨得到白色固体粉末UiO-66;
(2)UiO-66/Au的制备
称取0.1~0.2 g UiO-66在室温下超声分散于10~20 mL甲醇中,得到白色均匀乳浊液,加入0.3~0.4 mL氯金酸混合,在室温下搅拌5 h得到黄色乳浊液,称取0.06~0.07 g硼氢化钠超声溶解于10~20 mL甲醇后,逐滴加入到上述黄色乳浊液后迅速变为红棕色,此时Au3+被还原为Au,继续搅拌2 h,将所得到的混合物用9000 r/min离心5 min并用乙醇洗涤3次,将离心管放入60 ℃真空干燥箱干燥12 h,最后经过研磨得到UiO-66/Au。
3.一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的抗原标记物NH2-MIL-125-CEA制备步骤如下:
(1)NH2-MIL-125的制备
将0. 7~0. 9 g 2-氨基对苯二甲酸溶于DMF和乙醇混合溶剂( VDMF:V乙醇= 5:5 )中。然后将0. 5~1.0 mL钛酸异丙酯加入到溶液中。通过超声波震荡10分钟搅拌后,将混合物转移到25 mL高压釜中,并在静态条件下置于150 ℃的烘箱中24 h,反应后,通过离心收集产物并用DMF和乙醇洗涤数次,然后在60 oC下干燥过夜;
(2)NH2-MIL-125-CEA的制备
将上述NH2-MIL-125取2~4 mg溶解在1~2 mL PBS缓冲液中并加入0.5 mL NHS和0.5 mLEDC,之后再加入1~2 mL CEA,在低温环境中将溶液振荡12 h以上,然后在4 oC下离心,除去上清液,将所得沉淀用PBS缓冲液离心洗涤,最后加入1~2 mL PBS缓冲液使沉淀溶解,得到NH2-MIL-125-CEA。
4.CEA的检验,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,所制备的电化学免疫传感器为工作电极;
(2)使用方波伏安法,在15 mL、40~60 mmol/L、6.0~8.0 pH的铁氰化钾的PBS缓冲溶液中进行检测,输入电压为 -0.2~0.6 V,灵敏度为10-4,扫描速度为50 mV/s,绘制工作曲线;
(4)将待测样品溶液代替CEA抗原的标准溶液进行检测。
本发明的有益成果
(1)本发明将Au负载在UiO-66上,提高了传感器的导电性,而且Au与抗体形成Au-NH2键从而将抗体固定在电极表面,提高了抗体的结合率。
(2)本发明以NH2-MIL-125为标记物,阻碍电子传递,增大电流信号值的变化,显著地提高了传感器的灵敏度,降低了传感器的检出限。
(3)本发明利用抗原、抗体的免疫反应,提高了检测方法的特异性。
(4)本发明制备的双信号竞争型免疫传感器利用UiO-66/Au传感平台的导电性和NH2-MIL-125高的空间位阻进行CEA含量的检测,具有检测线低、线性范围宽、灵敏度高、操作简单、响应时间短,特异性检验等特点,对CEA的检测限可达0.34pg/mL。
具体实施方式
实施例1 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的UiO-66/Au复合材料的制备步骤如下:
(1)UiO-66的制备
将1.25 g四氯化锆和1.23 g对苯二甲酸和10 mL盐酸超声溶解于100 mL的DMF,然后转移至高压釜,在120 ℃下反应24 h,反应结束后,将所得到的混合物在9000 r/min离心10min,用DMF和甲醇分别洗涤三次,弃去上清液,将离心管放入60 oC真空干燥箱干燥,最后经过研磨得到白色固体粉末UiO-66;
(2)UiO-66/Au的制备
称取0.1 g UiO-66在室温下超声分散于10 mL甲醇中,得到白色均匀乳浊液,加入0.3mL氯金酸混合,在室温下搅拌5 h得到黄色乳浊液,称取0.07 g硼氢化钠超声溶解于10 mL甲醇后,逐滴加入到上述黄色乳浊液后迅速变为红棕色,此时Au3+被还原为Au,继续搅拌2h,将所得到的混合物用9000 r/min离心5 min并用乙醇洗涤3次,将离心管放入60 ℃真空干燥箱干燥12 h,最后经过研磨得到UiO-66/Au。
实施例2 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的UiO-66/Au复合材料的制备步骤如下:
(1)UiO-66的制备
将1.5 g四氯化锆和2.0 g对苯二甲酸和15 mL盐酸超声溶解于100 mL的DMF,然后转移至高压釜,在120 ℃下反应24 h,反应结束后,将所得到的混合物在9000 r/min离心10min,用DMF和甲醇分别洗涤三次,弃去上清液,将离心管放入60 oC真空干燥箱干燥,最后经过研磨得到白色固体粉末UiO-66;
(2)UiO-66/Au的制备
称取0.15 g UiO-66在室温下超声分散于10 mL甲醇中,得到白色均匀乳浊液,加入0.35 mL氯金酸混合,在室温下搅拌5 h得到黄色乳浊液,称取0.06 g硼氢化钠超声溶解于10 mL甲醇后,逐滴加入到上述黄色乳浊液后迅速变为红棕色,此时Au3+被还原为Au,继续搅拌2 h,将所得到的混合物用9000 r/min离心5 min并用乙醇洗涤3次,将离心管放入60 ℃真空干燥箱干燥12 h,最后经过研磨得到UiO-66/Au。
实施例3 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的UiO-66/Au复合材料的制备步骤如下:
(1)UiO-66的制备
将1.5 g四氯化锆和1.0 g对苯二甲酸和20 mL盐酸超声溶解于100 mL的DMF,然后转移至高压釜,在120 ℃下反应12 h,反应结束后,将所得到的混合物在9000 r/min离心10min,用DMF和甲醇分别洗涤三次,弃去上清液,将离心管放入60 oC真空干燥箱干燥,最后经过研磨得到白色固体粉末UiO-66;
(2)UiO-66/Au的制备
称取0.2 g UiO-66在室温下超声分散于10 mL甲醇中,得到白色均匀乳浊液,加入0.4mL氯金酸混合,在室温下搅拌5 h得到黄色乳浊液,称取0.065 g硼氢化钠超声溶解于10 mL甲醇后,逐滴加入到上述黄色乳浊液后迅速变为红棕色,此时Au3+被还原为Au,继续搅拌2h,将所得到的混合物用9000 r/min离心5 min并用乙醇洗涤3次,将离心管放入60 ℃真空干燥箱干燥12 h,最后经过研磨得到UiO-66/Au。
实施例4 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的抗原标记物NH2-MIL-125-CEA制备步骤如下:
(1)NH2-MIL-125的制备
将0.7 g 2-氨基对苯二甲酸溶于DMF和乙醇混合溶剂( VDMF:V乙醇= 5:5 )中。然后将0.75 mL钛酸异丙酯加入到溶液中,通过超声波震荡10分钟搅拌后,将混合物转移到25 mL高压釜中,并在静态条件下置于150 ℃的烘箱中24 h,反应后,通过离心收集产物并用DMF和乙醇洗涤数次,然后在60 oC下干燥过夜;
(2)NH2-MIL-125-CEA的制备
将上述NH2-MIL-125取2 mg溶解在1 mL PBS缓冲液中并加入0.5 mL NHS和0.5 mLEDC,之后再加入2 mL CEA,在低温环境中将溶液振荡12 h以上,然后在4 oC下离心,除去上清液,将所得沉淀用PBS缓冲液离心洗涤,最后加入1 mL PBS缓冲液使沉淀溶解,得到NH2-MIL-125-CEA。
实施例5 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的抗原标记物NH2-MIL-125-CEA制备步骤如下:
(1)NH2-MIL-125的制备
将0.9 g 2-氨基对苯二甲酸溶于DMF和乙醇混合溶剂( VDMF:V乙醇= 5:5 )中。然后将1.0mL钛酸异丙酯加入到溶液中,通过超声波震荡10分钟搅拌后,将混合物转移到25 mL高压釜中,并在静态条件下置于150 ℃的烘箱中24 h,反应后,通过离心收集产物并用DMF和乙醇洗涤数次,然后在60 oC下干燥过夜;
(2)NH2-MIL-125-CEA的制备
将上述NH2-MIL-125取4 mg溶解在1 mL PBS缓冲液中并加入0.5 mL NHS和0.5 mLEDC,之后再加入1 mL CEA,在低温环境中将溶液振荡12 h以上,然后在4 oC下离心,除去上清液,将所得沉淀用PBS缓冲液离心洗涤,最后加入1 mL PBS缓冲液使沉淀溶解,得到NH2-MIL-125-CEA。
实施例6 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的抗原标记物NH2-MIL-125-CEA制备步骤如下:
(1)NH2-MIL-125的制备
将0.8 g 2-氨基对苯二甲酸溶于DMF和乙醇混合溶剂( VDMF:V乙醇= 5:5 )中。然后将0.8mL钛酸异丙酯加入到溶液中。通过超声波震荡10分钟搅拌后,将混合物转移到25 mL高压釜中,并在静态条件下置于150 ℃的烘箱中24 h,反应后,通过离心收集产物并用DMF和乙醇洗涤数次,然后在60 oC下干燥过夜;
(2)NH2-MIL-125-CEA的制备
将上述NH2-MIL-125取2 mg溶解在1 mL PBS缓冲液中并加入0.5 mL NHS和0.5 mLEDC,之后再加入2 mL CEA,在低温环境中将溶液振荡12 h以上,然后在4 oC下离心,除去上清液,将所得沉淀用PBS缓冲液离心洗涤,最后加入1 mL PBS缓冲液使沉淀溶解,得到NH2-MIL-125-CEA。
实施例7 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器制备方法:
(1)将玻碳电极用抛光粉打磨,再使用去离子水清洗,将电极置于5 mmol/L 铁氰化钾溶液中,并在 -0.2~0.6 V 电位下进行扫描,使峰电位的差值小于110 mV;
(2)将6 μL, 2 mg/mL UiO-66/Au纳米复合物溶液滴加在电极上,室温下干燥;
(3)将6 μL,10 μg/mL CEA的抗体滴加在电极上,室温下干燥之后,用PBS清洗,除去多余抗体,室温下干燥;
(4)将3 μL,质量分数为1 % BSA溶液滴加于电极上,用以封闭非特异性结合位点,干燥之后使用PBS洗去多余BSA;
(5)将6 μL不同浓度的CEA滴加到电极上,室温下干燥并用PBS洗涤;
(6)将6 μL,被NH2-MIL-125(2 mg/mL)标记的CEA的混合溶液滴加于电极上,室温下干燥后用PBS洗去多余的抗原,室温下干燥,竞争型免疫传感器的制备完成。
实施例8一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器制备方法:
(1)将玻碳电极用抛光粉打磨,再使用去离子水清洗,将电极置于5 mmol/L 铁氰化钾溶液中,并在 -0.2~0.6 V 电位下进行扫描,使峰电位的差值小于110 mV;
(2)将6 μL,1 mg/mL UiO-66/Au纳米复合物溶液滴加在电极上,室温下干燥;
(3)将6 μL,20 μg/mL CEA的抗体滴加在电极上,室温下干燥之后,用PBS清洗,除去多余抗体,室温下干燥;
(4)将3 μL,质量分数为2 % BSA溶液滴加于电极上,用以封闭非特异性结合位点,干燥之后使用PBS洗去多余BSA;
(5)将6 μL不同浓度的CEA滴加到电极上,室温下干燥并用PBS洗涤;
(6)将6 μL,被NH2-MIL-125(1.5 mg/mL)标记的CEA的混合溶液滴加于电极上,室温下干燥后用PBS洗去多余的抗原,室温下干燥,竞争型免疫传感器的制备完成。
实施例9 一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器制备方法:
(1)将玻碳电极用抛光粉打磨,再使用去离子水清洗,将电极置于5 mmol/L 铁氰化钾溶液中,并在 -0.2~0.6 V 电位下进行扫描,使峰电位的差值小于110 mV;
(2)将6 μL,1.5 mg/mL UiO-66/Au纳米复合物溶液滴加在电极上,室温下干燥;
(3)将6 μL,15 μg/mL CEA的抗体滴加在电极上,室温下干燥之后,用PBS清洗,除去多余抗体,室温下干燥;
(4)将3 μL,质量分数为1 % BSA溶液滴加于电极上,用以封闭非特异性结合位点,干燥之后使用PBS洗去多余BSA;
(5)将6 μL不同浓度的CEA滴加到电极上,室温下干燥并用PBS洗涤;
(6)将6 μL,被NH2-MIL-125(1.5 mg/mL)标记的CEA的混合溶液滴加于电极上,室温下干燥后用PBS洗去多余的抗原,室温下干燥,竞争型免疫传感器的制备完成。
实施例10 CEA的检验,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,所制备的电化学免疫传感器为工作电极;
(2)使用方波伏安法,在15 mL、40~60 mmol/L、6.0~8.0 pH的铁氰化钾的PBS缓冲溶液中进行检测,输入电压为-0.2~0.6 V,灵敏度为10-4,扫描速度为50 mV/s,绘制工作曲线;
(3)将待测样品溶液代替CEA抗原的标准溶液进行检测;
(4)CEA检测的线性范围是10-3~100ng/mL,检测限是0.34 pg/mL。
Claims (4)
1.一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的制备方法及应用,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将玻碳电极用抛光粉打磨,再使用去离子水清洗,将电极置于5 mmol/L 铁氰化钾溶液中,并在 -0.2~0.6 V 电位下进行扫描,使峰电位的差值小于110 mV;
(2)将6 μL,1~2 mg/mL UiO-66/Au纳米复合物溶液滴加在电极上,室温下干燥;
(3)将6 μL,10~20 μg/mL癌胚抗原(CEA)的抗体滴加在电极上,室温下干燥之后,用PBS清洗,除去多余抗体,室温下干燥;
(4)将3 μL,质量分数为1~2 % BSA溶液滴加于电极上,用以封闭非特异性结合位点,干燥之后使用PBS洗去多余BSA;
(5)将6 μL不同浓度的CEA滴加到电极上,室温下干燥并用PBS洗涤;
(6)将6 μL,被NH2-MIL-125(1~2 mg/mL)标记的CEA的混合溶液滴加于电极上,室温下干燥后用PBS洗去多余的抗原,室温下干燥,竞争型免疫传感器的制备完成。
2.如权利1所述的一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的制备方法及应用,其所述的UiO-66/Au复合材料的制备步骤如下:
(1)UiO-66的制备
将1~2 g四氯化锆和1~2g对苯二甲酸和10~20 mL盐酸超声溶解于100 mL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF),然后转移至高压釜,在120 ℃下反应12~24 h,反应结束后,将所得到的混合物在9000 r/min离心10 min,用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇分别洗涤三次,弃去上清液,将离心管放入60 oC真空干燥箱干燥,最后经过研磨得到白色固体粉末UiO-66;
(2)UiO-66/Au的制备
称取0.1~0.2 g UiO-66在室温下超声分散于10~20 mL甲醇中,得到白色均匀乳浊液,加入0.3~0.4 mL氯金酸混合,在室温下搅拌5 h得到黄色乳浊液,称取0.06~0.07 g硼氢化钠超声溶解于10~20 mL甲醇后,逐滴加入到上述黄色乳浊液后迅速变为红棕色,此时Au3+被还原为Au,继续搅拌2 h,将所得到的混合物用9000 r/min离心5 min并用乙醇洗涤3次,将离心管放入60 ℃真空干燥箱干燥12 h,最后经过研磨得到UiO-66/Au。
3.如权利1所述的一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的制备方法及应用,其所述的抗原标记物NH2-MIL-125-CEA制备步骤如下:
(1)NH2-MIL-125的制备
将0.7~0.9 g 2-氨基对苯二甲酸溶于DMF和乙醇混合溶剂( VDMF:V乙醇= 5:5 )中;然后将0.5~1.0 mL钛酸异丙酯加入到溶液中,通过超声波震荡10分钟搅拌后,将混合物转移到25 mL高压釜中,并在静态条件下置于150 ℃的烘箱中24 h,反应后,通过离心收集产物并用DMF和乙醇洗涤数次,然后在60 oC下干燥过夜;
(2)NH2-MIL-125-CEA的制备
将上述NH2-MIL-125取2~4 mg溶解在1~2 mL PBS缓冲液中并加入0.5 mL NHS和0.5 mLEDC,之后再加入1~2 mL CEA,在低温环境中将溶液振荡12 h以上,然后在4 oC下离心,除去上清液,将所得沉淀用PBS缓冲液离心洗涤,最后加入1~2 mL PBS缓冲液使沉淀溶解,得到NH2-MIL-125-CEA。
4.如权利1所述一种基于MOFs材料竞争型免疫传感器的制备方法及应用,其特征在于,用于CEA的检验,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,所制备的电化学免疫传感器为工作电极;
(2)使用方波伏安法,在15 mL、40~60 mmol/L、6.0~8.0 pH的铁氰化钾的PBS缓冲溶液中进行检测,输入电压为 -0.2~0.6 V,灵敏度为10-4,扫描速度为50 mV/s,绘制工作曲线;
(3)将待测样品溶液代替CEA的标准溶液进行检测。
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