CN109709181A - 一种基于卟啉纳米棒-CdTe量子点阵列检测癌细胞的光致电化学方法 - Google Patents

一种基于卟啉纳米棒-CdTe量子点阵列检测癌细胞的光致电化学方法 Download PDF

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本发明中公开了一种基于卟啉纳米棒‑CdTe量子点阵列检测癌细胞的光电化学免疫传感器，所使用的卟啉纳米棒作为一种有机半导体材料，合成起来非常的方便，并且它作为一种有机半导体材料，有非常好的晶型结构，因此非常有利于电荷的传输，ZnP(Py)4与CdTeQDs的能级夹带的良好匹配使得光电信号进一步的增强因此所构建的ZnP(Py)4‑CdTeQDs阵列的光电信号高于单纯的ZnP(Py)4或CdTeQDs。在实验中通过在ZnP(Py)4‑CdTeQDs阵列上特异性结合来检测癌细胞，并且在测试溶液中加入抗坏血酸作为空穴消耗剂，在光的激发下进一步增加光电流的强度。

Description

一种基于卟啉纳米棒-CdTe量子点阵列检测癌细胞的光致电 化学方法
技术领域
本发明涉及肿瘤标志物的定量检测领域，更具体的说是基于卟啉纳米棒（zincmeso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）-CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的构建。
背景技术
肿瘤标志物是肿瘤细胞通过基因表达而合成、分泌，或是机体因对肿瘤产生反应而异常产生的一类物质，在肿瘤早期诊断中有重要作用。及时检测肿瘤标志物的含量对于临床肿瘤筛查和早期诊断有重要意义，因此需要构建高灵敏度的免疫传感器用于检测肿瘤标志物。
现如今，电化学法、化学发光法、电化学发光法和光致电化学（PEC）法等方法已用于肿瘤标志物的检测。其中PEC法由于激发光源和检测信号完全分离，在检测过程中背景信号被极大的削弱，使得传感器具有背景信号低、响应速度快、灵敏度高等优势。目前，已经构建的用于检测肿瘤标志物的PEC免疫传感器中，大部分的工作都是通过将工作区域进行空间分离，从而区分不同肿瘤标志物产生的信号，导致制作步骤繁琐、操作复杂、检测过程耗时等问题。鉴于这些情况，迫切需要设计一种操作简单、灵敏度高的PEC免疫传感器。
众所周知，PEC免疫传感器的灵敏度与光敏材料的光电转换效率密切相关。ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列作为本发明的光敏材料，具有大比表面积，良好化学稳定性和优良光电效应等优势。卟啉纳米棒作为一种有机半导体材料，因为其非常好的晶型结构，很有利于电荷的传输，因为ZnP(Py)4-CdTeQDs能级价带的良好匹配，可以有效的促进光生载流子的转移和分离，进而抑制电子-空穴对的复合，使得ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列的光电转换能力高于ZnP(Py)4或者CdTeQDs，提高传感器的灵敏度。
发明内容
在本发明中，我们构建了基于卟啉纳米棒-CdTe量子点阵列检测癌细胞的PEC免疫传感器，所使用的卟啉纳米棒作为一种有机半导体材料，合成起来非常的方便，并且它作为一种有机半导体材料，有非常好的晶型结构，因此非常有利于电荷的传输，ZnP(Py)4与CdTeQDs的能级夹带的良好匹配使得光电信号进一步的增强因此所构建的ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列的光电信号高于单纯的ZnP(Py)4或CdTeQDs。在实验中通过在ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列上特异性结合来检测癌细胞，并且在测试溶液中加入抗坏血酸作为空穴消耗剂，在光的激发下进一步增加光电流的强度。在实验中改变癌细胞的浓度，在光的激发下会得到一系列的光电流信号。可以实现高灵敏度和特异性检测癌细胞。
本发明通过以下实验方案实现：
（1）在导电玻璃上旋涂制备好的卟啉纳米棒：在室温下，取0.4 mL 25 mmol ZnP(Py)4于烧杯中，依次加入4.0 mL浓度为0.2 mmol的十六烷基三甲基溴化铵溶液、0.5 mL的乙腈，搅拌30 min，将上述溶液在8000 rpm下离心处理2 min，使最后的体积为2.0 mL，将所得的溶液通过1000 rpm下60 s，重复6次旋涂在处理好的ITO上；
（2）制备CdTe量子点：分别取0.6 mmol的CdCl2和1.02 mmol的巯基丙酸于120 mL的三颈烧瓶中并搅拌，随后取1.0 mol NaOH溶液加入到上述混合液中，调节溶液pH至11.8，随后用高纯N2对溶液脱氧30 min后，依次加入120 mg NaBH4和0.06 mmol Na2TeO3，将混合溶液加热到100 ºC并在氮气保护下回流6 h；
（3）制备ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列：将旋涂了ZnP(Py)4纳米棒的ITO浸入上述制备好的CdTeQDs的溶液中48 h，用超纯水反复清洗以去除残留的CdTeQDs，得到ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列；
（4）构建PEC免疫传感器：取30 µL浓度为10 mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液加入到30 µL 浓度为20 mg/mL的 N-羟基丁二酰亚胺溶液中混合，取上述混合溶液滴加在有ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列的电极表面，室温孵育30 min，用超纯水清洗3次，取20 µL含0.5 mg/mL适配体溶液滴加到电极表面，在4 ºC下孵育16 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次，继续滴涂10 mL 3%的牛血清白蛋白封堵非特异性结合位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液清洗3次，随后取20 μL不同浓度的癌细胞滴加至电极表面，在37 ºC条件下孵育30 min，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次；
（5）PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测：以上述备用的修饰电极作为工作电极，对电极是铂丝电极，参比电极是Ag/AgCl电极，偏压数值为0 V，氙灯作为光源刺激，电解池为pH 7.4的磷酸盐体系，测定电流I-T曲线来进行光电性能的检测。
本发明的有益效果：
（1）本发明成本低廉、实验操作简单，反应条件容易控制。
（2）所组装的ZnP(Py)4纳米棒结构作为一种有机半导体材料，制备过程简单，并且有比较完美的晶型结构，非常有利于电荷的传输。
（3）所制备的ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列中，因为ZnP(Py)4与CdTeQDs的能级价带的匹配可以显著促进光生载流子分离和空穴传输，抑制电子-空穴对的复合，进一步提高传感器的灵敏度。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，按照本发明技术方案结合实施例进行实施，给出具体的实施方式：
（1）在导电玻璃上旋涂制备好的卟啉纳米棒：在室温下，取0.4 mL 25 mmol ZnP(Py)4于烧杯中，依次加入4.0 mL浓度为0.2 mmol的十六烷基三甲基溴化铵溶液、0.5 mL的乙腈，搅拌30 min，将上述溶液在8000 rpm下离心处理2 min，使最后的体积为2.0 mL，将所得的溶液通过1000 rpm下60 s，重复6次旋涂在处理好的ITO上；
（2）制备CdTe量子点：分别取0.6 mmol的CdCl2和1.02 mmol的巯基丙酸于120 mL的三颈烧瓶中并搅拌，随后取1.0 mol NaOH溶液加入到上述混合液中，调节溶液pH至11.8，随后用高纯N2对溶液脱氧30 min后，依次加入120 mg NaBH4和0.06 mmol Na2TeO3，将混合溶液加热到100 ºC并在氮气保护下回流6 h；
（3）制备ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列：将旋涂了ZnP(Py)4纳米棒的ITO浸入上述制备好的CdTeQDs的溶液中48 h，用超纯水反复清洗以去除残留的CdTeQDs，得到ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列；
（4）构建PEC免疫传感器：取30 µL浓度为10 mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液加入到30 µL 浓度为20 mg/mL的 N-羟基丁二酰亚胺溶液中混合，取上述混合溶液滴加在有ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列的电极表面，室温孵育30 min，用超纯水清洗3次，取20 µL含0.5 mg/mL适配体溶液滴加到电极表面，在4 ºC下孵育16 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次，继续滴涂10 mL 3%的牛血清白蛋白封堵非特异性结合位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液清洗3次，随后取20 μL不同浓度的癌细胞滴加至电极表面，在37 ºC条件下孵育30 min，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次；
（5）PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测：以上述备用的修饰电极作为工作电极，对电极是铂丝电极，参比电极是Ag/AgCl 电极，偏压数值为0 V，氙灯作为光源刺激，电解池为pH 7.4的磷酸盐溶液，改变癌细胞的浓度，在0.005 ng·mL-1至50 ng·mL-1范围内，光电流响应的变化值与浓度的对数值呈现良好的线性关系，且线性方程为：I =13.48−2.5867logc，相关系数为0.997，检出限为0.28 pg·mL-1。因此，这项工作实现了高灵敏度、高稳定性地检测癌细胞。

Claims (6)

1.基于卟啉纳米棒（zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，其特征包括以下步骤：
（1）在导电玻璃（ITO）上旋涂制备好的卟啉纳米棒；
（2）制备CdTe量子点；
（3）在导电玻璃上旋涂ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列；
（4）构建PEC免疫传感器；
（5）PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测。
2.根据权利要求1所述的基于卟啉纳米棒（zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，步骤（1）中所述的在导电玻璃上旋涂制备好的卟啉纳米棒，其特征如下：在室温下，取0.4 mL 25 mmol ZnP(Py)4于烧杯中，依次加入4.0 mL浓度为0.2 mmol的十六烷基三甲基溴化铵溶液、0.5 mL的乙腈，搅拌30 min，将上述溶液在8000 rpm下离心处理2 min，使最后的体积为2.0 mL，将所得的溶液通过1000 rpm下60 s，重复6次旋涂在处理好的ITO上。
3.根据权利要求1所述的基于卟啉纳米棒（zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，步骤（2）中所述的制备CdTe量子点，其特征如下：分别取0.6 mmol的CdCl2和1.02 mmol的巯基丙酸于120 mL的三颈烧瓶中并搅拌，随后取1.0 mol NaOH溶液加入到上述混合液中，调节溶液pH至11.8，随后用高纯N2对溶液脱氧30 min后，依次加入120 mg NaBH4和0.06mmol Na2TeO3，将混合溶液加热到100 ºC并在氮气保护下回流6 h。
4.根据权利要求1所述的基于卟啉纳米棒（zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，步骤（3）中所述的制备ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列，其特征是：将旋涂了ZnP(Py)4纳米棒的ITO浸入上述制备好的CdTeQDs的溶液中48 h，用超纯水反复清洗以去除残留的CdTeQDs，得到ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列。
5.根据权利要求1所述的基于卟啉纳米棒CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，步骤（4）中所述的构建PEC免疫传感器，其特征如下：取30 µL浓度为10 mg/mL的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液加入到30 µL 浓度为20 mg/mL的 N-羟基丁二酰亚胺溶液中混合，取上述混合溶液滴加在有ZnP(Py)4-CdTeQDs阵列的电极表面，室温孵育30 min，用超纯水清洗3次，取20 µL含0.5mg/mL适配体溶液滴加到电极表面，在4 ºC下孵育16 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次，继续滴涂10 mL 3%的牛血清白蛋白封堵非特异性结合位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液清洗3次，随后取20 μL不同浓度的癌细胞滴加至电极表面，在37 ºC条件下孵育30 min，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液冲洗3次。
6.根据权利要求1所述的基于卟啉纳米棒（zinc meso-tetra(4-pyridyl)porphyrin）CdTe量子点（ZnP(Py)4-CdTeQDs）阵列检测癌细胞的光致电化学（PEC）免疫传感器的制备方法，步骤（5）中所述的PEC免疫传感器的光致电化学免疫检测，其特征如下：以上述备用的修饰电极作为工作电极，对电极是铂丝电极，参比电极是Ag/Agcl电极，偏压数值为0 V，氙灯作为光源刺激，电解池为pH 7.4的磷酸盐体系，测定电流I-T曲线来进行光电性能的检测。
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