CN110220957B - 基于NiFe2O4纳米管的异鲁米诺全功能探针的双模式电致化学发光-温度免疫传感器 - Google Patents

基于NiFe2O4纳米管的异鲁米诺全功能探针的双模式电致化学发光-温度免疫传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于NiFe2O4纳米管的异鲁米诺全功能探针的双模式电致化学发光‑温度免疫传感器，特点是黑磷量子点（BPQDs）不仅具有良好的电催化性能，能够促进析氧反应（OER）过程，增加溶解氧的浓度，增强发光强度；而且具有优异的光热转换效率，可作为光热探针，在808 nm激光照射下，有效地将检测信号转换为热，实现对目标物的定量分析。此外，NiFe2O4纳米管（NiFe2O4 NTs）作为探针基底，极大的增加了发光试剂N‑(4‑氨丁基)‑N‑乙基异鲁米诺（ABEI）和BPQDs的负载量，进一步提高了电致化学发光和光热信号。本发明设计的双模式免疫分析方法灵敏度高，操作简单，准确度高，将其用于卵巢癌标记物，脂多糖刺激脂蛋白受体的检测，取得了良好的检测结果。在早期卵巢癌诊断和监控方面具有较为重要的价值。

Description

基于NiFe2O4纳米管的异鲁米诺全功能探针的双模式电致化学 发光-温度免疫传感器
技术领域
本发明属于新型功能材料与生物传感检测技术领域，具体涉及一种基于NiFe2O4NTs@ABEI@BPQDs探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器的制备方法。
背景技术
电致化学发光发光（ECL）是由电化学反应引起的化学发光，因其灵敏度高、反应可控性强、仪器设备简单等优点引起了广泛的关注。近几年，光热材料蓬勃发展，光热免疫分析概念被提出，其利用光热材料独特的光热转换特性，将免疫信号转化为热，以普通的温度计作为信号读出器，实现对目标物的定量分析。本发明公开一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器，实现对卵巢癌标志物灵敏准确的检测。
黑磷（BP）作为一种新型的二维纳米材料，近年来在场效应晶体管、锂电池、光催化和气体传感器等领域得到了广泛的研究。此外，由于量子限制和边缘效应，少层BP (又称黑磷量子点（BPQDs）) 表现出独特的电子和光学性质。研究表明BP具有独特的光热转换特性和良好的催化性能。本发明中引入BPQDs, 其不仅能够催化析氧反应（OER）过程释放氧气，增强N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）发光信号，而且可做为光热探针，凭借其优异的光热转换效率，将免疫信号转换为热, 实现对目标物的光热分析。NiFe2O4纳米管（NiFe2O4 NTs），具有大的比表面积、高的导电性和稳定性，在光电生物传感和催化领域具有广阔的应用前景。本发明中NiFe2O4NTs 作为探针基底，极大地增加了ABEI和BPQDs的负载量，提高了ECL和光热信号。所制得的ECL/光热双模式免疫传感器，具有检测线低、准确度高等优点，用于卵巢癌标记物（LSR）的灵敏检测，在早期卵巢癌诊断和监控方面具有非常重要的价值。
发明内容
本发明的目的之一是基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs探针，构建一种双模式电致化学发光/光热免疫传感器。
本发明的目的之二是将该电致化学发光免疫传感器应用于卵巢癌标志物（LSR）的高灵敏检测。
为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：
1. 一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）玻碳电极（GCE）首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依次用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；
（2）将4 mg的扇形金红石TiO2介晶（UST）溶解于1 mL 浓度为10 mM的氨基离子液体（ILs）中，超声混合均匀，得到FRMs-ILs复合物溶液，滴加3 uL 所获得的SUT-ILs复合物溶液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，制得UST-ILs修饰电极；
（3）滴加3 uL 1 wt.% 戊二醛于步骤（2）所制得的电极界面，室温下反应40 min；
（4）滴加3 uL 浓度为100 ng/mL 的脂解激活脂蛋白受体单克隆抗体（Ab1）于步骤（3）制得的修饰电极介面，室温下孵育50 min，用去离子水洗去物理吸附，制得Ab1/SUT-ILs修饰电极；
（5）滴加 3 uL 1.0 wt.%的BSA溶液到步骤（4）修饰电极界面，室温下孵育40 min，封闭电极表面上非特异性活性位点，用去离子水冲洗电极表面洗去物理吸附，储存在4 °C冰箱中备用；
（6）取100 uL浓度为1.0×10-2 M的 N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）和100uL 浓度为0.1 mg/mL的黑磷量子点（BPQDs），同时加入100 uL 浓度为3 mg/mL的NiFe2O4纳米管（NiFe2O4 NTs）溶液中，室温下振荡5 h,使ABEI和BPQDs吸附到NiFe2O4纳米管表面，离心，洗涤,再分散制得NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs复合物溶液；随后，在1 wt.% 的戊二醛（GLD）的辅助作用下加入100 uL浓度为100 μg/mL的HRP标记的山羊抗兔IgG (Ab2)，室温下震荡50 min, 离心，洗涤，再分散制得NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQD-Ab2复合物溶液, 然后向上述溶液中加入1wt.%的BSA溶液封闭非特异性吸附位点，保存在4 °C冰箱中备用；
（7）将步骤（5）所制得的修饰电极浸入到不同浓度的脂解激活脂蛋白受体 (LSR）标准溶液中并在室温下孵育40 min，用去离子水冲洗电极表面，制得LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4 °C冰箱中备用；
(8) 取3 uL步骤（6）制得的NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs-Ab2复合物溶液于步骤（7）所制得的修饰电极界面，室温下孵育50 min, 用去离子水冲洗电极表面,制得NiFe2O4@ABEI@BPQDs-Ab2/ LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4 °C冰箱中备用。
2. 上述的NiFe2O4纳米管由下述方法制备的: 将4.8 g氯化铁，2.56 g 硝酸镍和4.4 g 对苯二甲酸加入到264 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中震荡20 min; 随后，将56mL 0.4 mol/L氢氧化钠溶液加入到上述混合液，待混合均匀后转至200 mL反应釜中，在124°C 下加热48 h; 冷却至室温后，用超纯水和乙醇离心、洗涤数次，最后，将所得产物在450°C 下以1 °C min-1煅烧8 h,自然冷却，得到产物NiFe2O4纳米管。
3. 上述的黑磷量子点（BPQDs）由下述方法制备的：将5 mg的黑磷晶体粉末（购买自南京先丰纳米材料科技有限公司）加入到含1 mL N-甲基吡啶烷酮（NMP）的研钵中，充分研磨后，将混合物转移到含3 mL NMP的玻璃瓶中；密封仔细，在100 W的功率下，在冰浴中超声8 h, 然后在7000 rpm离心20 min, 再在10，000 rpm离心20 min得到BPQDs。
4. 甲状腺球蛋白 (Tg）的检测步骤：
（1）使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以上述的一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在0.1 mol/mL pH 8.0的 PBS缓冲溶液中进行测试；
（2）采用电位范围-0.6 ~ 0.9 V，扫描速率0.15 V/s电位窗口，电致化学发光设备光电倍增管800 V对不同浓度的脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，通过电致化学发光设备采集 0.5 V的ECL信号强度，通过ECL信号强度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
（3）待测样品溶液代替脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。
另外，以上述的基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，温度计为信号读出器，通过温度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；检测LSR。
本发明的显著优点为：
（1）构建电致化学发光/光热双模式免疫传感器，实现对新的卵巢癌标志物（LSR）灵敏准确的检测。
（2）BPQDs不仅具有良好的电催化性能，促进OER反应过程增加溶解氧的浓度，提高发光信号，同时具有优异的光热转换效率，能够有效地将免疫信号转换为热，实现对目标物的光热分析。
（3）以具有优异性能和NiFe2O4纳米管为载体，极大地增加了ABEI 和BPQDs的负载量，增强ECL和光热信号。
附图说明
图1为BPQDs和NiFe2O4 NTs的测试图，图中的A 为BPQDs 的透射电镜 (TEM)、 B和C分别为NiFe2O4 NTs的扫描电镜(SEM)和X射线衍射（XRD）。
图2为电致化学发光免疫传感的发光响应信号与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度的线性关系图。
图3为光热免疫传感的温度信号与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度的线性关系图。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
1. 一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）玻碳电极（GCE）首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依次用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；
（2）将4 mg的扇形金红石TiO2介晶（UST）溶解于1 mL 浓度为10 mM的1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐（ILs）（购买自兰州中科凯特科工贸有限公司），超声混合均匀，得到UST-ILs复合物溶液，滴加3 uL 所获得的溶液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，制得UST-ILs修饰电极；
（3）滴加3 uL 1 wt.% 戊二醛于步骤（2）所制得的电极界面，室温下反应40 min；
（4）滴加3 uL 浓度为100 ng/mL 的脂解激活脂蛋白受体单克隆抗体（Ab1，购买自武汉三鹰生物技术有限公司）于步骤（3）制得的修饰电极介面，室温下孵育50 min，用去离子水洗去物理吸附，制得Ab/UST-ILs修饰电极；
（5）滴加 3 uL 1.0 wt.%的BSA溶液到步骤（4）修饰电极界面，室温下孵育40 min，封闭电极表面上非特异性活性位点，用去离子水冲洗电极表面洗去物理吸附，储存在4 °C冰箱中备用；
（6）取100 uL浓度为1.0×10-2 M的 N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）和100uL 浓度为0.1 mg/mL的黑磷量子点（BPQDs），同时加入100 uL 浓度为3 mg/mL的NiFe2O4纳米管（NiFe2O4 NTs）溶液中，室温下振荡12 h,使足够多的ABEI和BPQDs吸附到NiFe2O4纳米管表面，离心，洗涤,再分散制得于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 复合物溶液；随后，在1 wt.%的戊二醛（GLD）的辅助作用下加入100 uL浓度为100 μg/mL的HRP标记的山羊抗兔IgG(Ab2，购买自福州飞净生物科技有限公司），室温下震荡50 min, 离心，洗涤，再分散制得NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs-Ab2复合物溶液, 然后向上述溶液中加入1wt.%的BSA溶液封闭非特异性吸附位点，保存在4 °C冰箱中备用。
（7）将步骤（5）所制得的修饰电极浸入到不同浓度的脂解激活脂蛋白受体 (LSR，购买自武汉三鹰生物技术有限公司）标准溶液中并在室温下孵育40 min，用去离子水冲洗电极表面，制得LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4 °C冰箱中备用。
(8) 取3 uL步骤（6）制得的Ab2-NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs复合物溶液于步骤（7）所制得的修饰电极界面，室温下孵育50 min, 用去离子水冲洗电极表面,制得NiFe2O4@ABEI@BPQDs-Ab2/ LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4 °C冰箱中备用。
实施例2
上述实施例1的扇形金红石的TiO2介晶（UST）制备：采用一步法在低温下合成UST：首先，将1.5 mL 的钛酸异丙酯 (TIP)滴加到50 mL 2.2 M HCl溶液中，在80 °C下搅拌48h. 离心，洗涤去除残留的无机离子，得到的白色产品在66 °C下干燥12 h, 得到最终产物UST; 上述实施例1的 NiFe2O4纳米管的制备: 将4.8 g氯化铁，2.56 g 硝酸镍和4.4 g 对苯二甲酸加入到264 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中震荡20 min; 随后，将56 mL 0.4mol/L氢氧化钠溶液加入到上述混合液，待混合均匀后转至200 mL反应釜中，在124 °C 下加热48 h; 冷却至室温后，用超纯水和乙醇离心、洗涤数次，最后，将所得产物在450 °C 下以1 °C min-1煅烧8 h,自然冷却，得到产物NiFe2O4纳米管。
实施例3
上述实例1的黑磷量子点（BPQDs）的制备：将5 mg的黑磷晶体粉末（购买自南京先丰纳米材料科技有限公司）加入到含1 mL N-甲基吡啶烷酮（NMP）的研钵中，充分研磨后，将混合物转移到含3 mL NMP的玻璃瓶中。密封仔细，在100 W的功率下，在冰浴中超声8 h, 然后在7000 rpm离心20 min, 再在10，000 rpm离心20 min得到BPQDs。
实施例4
脂解激活脂蛋白受体（LSR）的检测步骤：
（1）使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以实施例1制得的一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在0.1 mol/mL pH 8.0的 PBS缓冲溶液中进行测试；
（2）采用电位范围-0.6 ~ 0.9 V，扫描速率0.15 V/s电位窗口，电致化学发光设备光电倍增管800 V对不同浓度的脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，通过电致化学发光设备采集 0.5 V的ECL信号强度，通过ECL信号强度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
（3）待测样品溶液代替脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。
实施例5
脂解激活脂蛋白受体（LSR）的检测步骤：
使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以实施例1制得的基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，温度计为信号读出器，通过温度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线, 检测LSR。

Claims (6)

1.一种基于NiFe2O4纳米管的异鲁米诺全功能探针的双模式电致化学发光-温度免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）玻碳电极（GCE）首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依次用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；
（2）将4 mg的扇形金红石TiO2介晶（SUT）分散于1 mL浓度为10 mM的氨基离子液体（ILs）中，超声混合均匀，得到SUT-ILs复合物溶液，滴加3 μ L 所获得的SUT-ILs复合物溶液于干净的玻碳电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，制得UST-ILs修饰电极；
（3）滴加3 μ L 1 wt.% 戊二醛于步骤（2）所制得的电极界面，室温下反应40 min；
（4）滴加3 μ L 浓度为100 ng/mL的脂解激活脂蛋白受体单克隆抗体（Ab1）于步骤（3）制得的修饰电极介面，室温下孵育50 min，用去离子水洗去物理吸附，制得Ab1/UST-ILs修饰电极；
（5）滴加 3 μ L 1.0 wt.%的BSA溶液到步骤（4）修饰电极界面，室温下孵育40 min，封闭电极表面上非特异性活性位点，用去离子水冲洗电极表面洗去物理吸附，储存在4℃冰箱中备用；
（6）取100 μ L浓度为1.0×10-2 M的 N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）和100 uL浓度为0.1 mg/mL的黑磷量子点（BPQDs），同时加入100 μ L 浓度为3 mg/mL的NiFe2O4纳米管溶液中，室温下振荡5 h,使ABEI和BPQDs吸附到NiFe2O4纳米管（NiFe2O4 NTs）表面，离心，洗涤，再分散制得NiFe2O4NTs@ABEI@BPQDs复合物溶液；随后，在1 wt.% 的戊二醛（GLD）的辅助作用下加入100 μ L浓度为100 μg/mL的HRP标记的山羊抗兔IgG (Ab2)，室温下震荡50min，离心，洗涤，再分散制得NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs-Ab2复合物溶液，然后向上述溶液中加入1wt.%的BSA溶液封闭非特异性吸附位点，保存在4℃冰箱中备用；
（7）将步骤（5）所制得的修饰电极浸入到不同浓度的脂解激活脂蛋白受体 (LSR）标准溶液中并在室温下孵育40 min，用去离子水冲洗电极表面，制得LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4℃冰箱中备用；
(8) 取3 μ L步骤（6）制得的Ab2-NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs-Ab2复合物溶液于步骤（7）所制得的修饰电极界面，室温下孵育50 min，用去离子水冲洗电极表面,制得NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs-Ab2/ LSR/Ab1/UST-ILs修饰电极，并保存在4℃冰箱中备用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的NiFe2O4纳米管由下述方法制备的：将4.8 g氯化铁，2.56 g 硝酸镍和4.4 g 对苯二甲酸加入到264 mL N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中形成混合液震荡20 min；随后，将56 mL 0.4 mol/L氢氧化钠溶液加入到上述混合液，待混合均匀后转至200 mL反应釜中，在124℃下加热48 h；冷却至室温后，用超纯水和乙醇离心、洗涤数次，最后，将所得产物在450℃下以1℃/ min煅烧8 h，自然冷却，得到产物NiFe2O4纳米管。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的黑磷量子点（BPQDs）由下述方法制备的：将5 mg的黑磷晶体粉末加入到含1 mL N-甲基吡啶烷酮（NMP）的研钵中，充分研磨后，将混合物转移到含3 mL NMP的玻璃瓶中；密封仔细，在100 W的功率下，在冰浴中超声8 h，然后在7000 rpm离心20 min，再在10，000 rpm离心20 min得到BPQDs。
4.权利要求1-3任一所述的方法制备的一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器。
5.权利要求4所述的一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器；其特征在于，用于脂解激活脂蛋白受体（LSR）检测，检测步骤如下：
（1）使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以权利要求4所述的基于NiFe2O4NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在0.1 mol/mL pH 8.0的 PBS缓冲溶液中进行测试；
（2）采用电位范围-0.6 ~ 0.9 V，扫描速率0.15 V/s电位窗口，电致化学发光设备光电倍增管800 V对不同浓度的脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，通过电致化学发光设备采集 0.5 V的ECL信号强度，通过ECL信号强度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；
（3）待测样品溶液代替脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。
6.权利要求4所述的一种基于NiFe2O4 NTs@ABEI@BPQDs 探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器；其特征在于，用于脂解激活脂蛋白受体（LSR）检测，检测步骤如下：
使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以权利要求4所述的基于NiFe2O4NTs@ABEI@BPQDs探针的双模式电致化学发光/光热免疫传感器为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，温度计为信号读出器，通过温度与脂解激活脂蛋白受体（LSR）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线，检测LSR。
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