CN112710714A - 一种自驱动自传感的微悬臂梁免疫生物传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自驱动自传感的微悬臂梁免疫生物传感器及其制备方法，涉及免疫生物传感器的技术领域，其中检测段由三部分构成，从上至下，包括依次连接的上中下三层，其中，上层为带电荷薄膜，中层为低杨氏模量材料膜，下层为高膨胀系数材料膜。本发明利用带电荷薄膜的物理吸附能力，将被检测体，诸如病毒、细胞等快速吸附；利用低杨氏模量材料膜做中层材料进行电子信号传输，而抗体与抗原反应中带来的反应热，则由下层膨胀系数大的材料膜吸收，进而强化信号收集，同时本发明通过在外层喷涂一层聚氨酯薄膜，起到了将上下层绝缘的功能。
Description
技术领域
本发明属于免疫传感器的技术领域，尤其涉及一种免疫生物传感器检测端及其制备方法。
背景技术
目前病毒检测方面有琼脂扩散，血凝抑制实验，间接酶联免疫吸附试验等血清学诊断技术以及分子生物学诊断技术，但是各有其不足之处，耗时长，稳定性差，由此用于病毒检测的免疫传感器应运而生，但是常规传感器存在利用压电传感特性进行抗体抗原反应信号收集时，其测试较为单一，针对性较强，且容易失效等问题，因而强化反应信号，进而强化其检测段的灵敏度，加速检测进程显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种自驱动自传感的微悬臂梁免疫生物传感器及其制备方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其中检测段由三部分构成，从上至下，包括依次连接的上中下三层，其中，上层为带电荷薄膜，中层为低杨氏模量材料膜，下层为高膨胀系数材料膜，带电荷薄膜为带羟基或羧基官能团物质制成的带电荷薄膜，可以选自壳聚糖、氧化石墨烯、甲醇、乙醇、乙二醇等中任意一种制成的薄膜；低杨氏模量材料膜可以选自聚偏氟乙烯薄膜、纳米金薄膜、聚乙烯等中的任意一种；高膨胀系数材料膜可以为纳米铂、铜、银薄膜等中的一种。
优选的，一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其中检测段由三部分构成，从上至下，上层为氧化石墨烯薄膜，中层为聚偏氟乙烯薄膜，下层为纳米铂薄膜。
优选的，上层带电薄膜厚度为1~20μm，优选10μm；中层低杨氏模量材料膜厚度为1~100μm，优选30μm；下层高膨胀系数材料膜厚度为1~20μm，优选10μm。
优选的，中层低杨氏模量材料膜长度为40~300 mm，宽度为20~80mm，优选尺寸为140mm×60mm；上层带电荷薄膜与下层高膨胀系数材料膜的长度均为5~60mm，宽度均为5~60mm，且上层、下层区域小于中层，优选尺寸均为30×40mm。
上述自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器的制备方法，其中检测段由如下步骤制备：
（1）先制备低杨氏模量材料膜作为中层；
（2）在步骤（1）的中层上喷涂高膨胀系数材料膜作为下层；
（3）在步骤（2）的下层上喷涂带电荷薄膜作为上层；
（4）最后置于20~25℃下，真空干燥24h。
优选的，一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器的制备方法，其中检测段由如下步骤制备：
（1）先制备聚偏氟乙烯薄膜作为中层；
（2）在步骤（1）的中层上喷涂纳米铂薄膜作为下层；
（3）在步骤（2）的下层上喷涂氧化石墨烯薄膜作为上层；
（4）最后置于20~25℃下，真空干燥24h。
优选的，氧化石墨烯薄膜中各原材料的重量比为，氧化石墨烯：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮=5：1：4；纳米铂薄膜中各原材料的重量比为，纳米铂：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮=7：1：2。
优选的，氧化石墨烯薄膜尺寸为30×40mm，厚度10μm；聚偏氟乙烯薄膜尺寸为140mm×60mm，厚度为30μm；纳米铂薄膜的尺寸为30×40mm，厚度10μm。
进一步的，在氧化石墨烯薄膜和纳米铂薄膜区域外侧喷涂一层聚氨酯薄膜。
与现有技术相比，本发明提高了驱动自传感微悬臂免疫生物传感器检测段的灵敏度。本发明利用带电荷薄膜的物理吸附能力，将被检测体，诸如病毒、细胞等快速吸附；利用低杨氏模量材料膜做中层材料进行电子信号传输，而抗体与抗原反应中带来的反应热，则由下层膨胀系数大的材料膜吸收，进而强化信号收集，同时本发明通过在外层喷涂一层聚氨酯薄膜，起到了将上下层绝缘的功能。总之 ，本发明具有检测灵敏度高、制备成本低廉、有望实现实时检测的特点。
附图说明
图1 为自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器检测段的结构示意图。
图2为利用带电薄膜材料中的羟基、羧基官能团去吸附抗体示意图。
图3为本发明的反应原理图。
图4为本发明所述传感器的检测的电信号曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对本发明无任何限制。
杨氏模量是用于描述固体材料抵抗形变能力的物理量，施加相同大小的力，杨氏模量小的材料，其弯曲幅度更大。
结合图1，本发明自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器检测段，从上至下，包括依次连接的上层1、中层2和下层3，其中，上层1为带电荷薄膜，中层2为低杨氏模量材料膜，下层3为高膨胀系数材料膜。
实施例1:
结合图2-图3，本发明提供了一种自驱动自传感的微悬臂梁免疫生物传感器制备方法，其步骤如下：
1、准备已经极化的聚偏氟乙烯薄膜尺寸为140mm，宽度为60mm，厚度为30μm；
2、制备纳米铂薄膜喷涂液：准备7mg纳米铂，1mg聚偏氟乙烯粉末，溶于2mgN-甲基吡咯烷酮溶液中，使其充分搅拌均匀；
3、在聚偏氟乙烯薄膜一端喷涂尺寸为30×40mm，厚度10μm的纳米铂薄膜区域；
4、制备氧化石墨烯薄膜喷涂液：准备5mg氧化石墨烯，1mg聚偏氟乙烯粉末，溶于4mgN-甲基吡咯烷酮溶液中，使其充分搅拌均匀；
5、在聚偏氟乙烯薄膜的另一侧，纳米铂薄膜区域正下方，喷涂尺寸为30×40mm，厚度10μm的氧化石墨烯区域；
6、将其放置于真空烘箱中，20~25℃下，真空干燥24h。
结合图2，本发明利用氧化石墨烯中的羟基官能团去吸附抗体，由于抗体其本身也是蛋白质，含DNA片段，故羧基官能团中的氢原子能够与抗体中的氮原子以及氧原子之间形成氢键，从而达到快速吸附的作用。
结合图3，本发明利用微悬臂免疫生物传感器检测段的上中下三层结构，图3a，其检测段在静置状态应是微微下垂，图3b，当检测溶液中，有抗体存在时，由于上层氧化石墨烯膜中的官能团快速吸附抗体，整个检测段下垂并振幅，通过中层PVDF膜产生电信号，由此带来信号输入，图3c，同理图3b，抗原被上层氧化石墨烯膜能够快速吸附，从而快速振幅带来电信号，图3d，若抗原与抗体两者互不反应，则其振幅度逐渐降低，电信号逐渐减小，而若抗原与抗体结合裂解，则其抗体抗原的消失，反应热的产生促使下部铂快速膨胀，加大其振幅，持续产生电信号。
结合图4，测试结果来看，若抗原与抗体可以结合并反应，则在100s时，微悬臂检测段的振幅达到最大，其电信号达到最强，比常规需要5~6分钟才能达到检测峰值的装置，其反馈的电信号曲线上升更快，灵敏度更高。
Claims (10)
1.一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其特征在于，其中检测段由三部分构成，从上至下，包括依次连接的上中下三层，其中，上层为带电荷薄膜，中层为低杨氏模量材料膜，下层为高膨胀系数材料膜，带电荷薄膜为带羟基或羧基官能团物质制成的带电荷薄膜；低杨氏模量材料膜选自聚偏氟乙烯薄膜、纳米金薄膜、聚乙烯中的任意一种；高膨胀系数材料膜选自纳米铂、铜、银薄膜中的任意一种。
2.如权利要求1所述的自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其特征在于，带电荷薄膜选自壳聚糖、氧化石墨烯、甲醇、乙醇、乙二醇制成的薄膜中任意一种。
3.一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其特征在于，其中检测段由三部分构成，从上至下，上层为氧化石墨烯薄膜，中层为聚偏氟乙烯薄膜，下层为纳米铂薄膜。
4.如权利要求1或3所述的自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其特征在于，上层厚度为1~20μm，优选10μm；中层厚度为1~100μm，优选30μm；下层厚度为1~20μm，优选10μm。
5. 如权利要求1或3所述的自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器，其特征在于，中层长度为40~300 mm，宽度为20~80mm，优选尺寸为140mm×60mm；上层与下层的长度均为5~60mm，宽度均为5~60mm，且上层、下层区域小于中层，优选尺寸均为30×40mm。
6.一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器的制备方法，其特征在于，其中检测段由如下步骤制备：
（1）先制备低杨氏模量材料膜作为中层；
（2）在步骤（1）的中层上喷涂高膨胀系数材料膜作为下层；
（3）在步骤（2）的下层上喷涂带电荷薄膜作为上层；
（4）最后置于20~25℃下，真空干燥24h。
7.一种自驱动自传感微悬臂免疫生物传感器的制备方法，其特征在于，其中检测段由如下步骤制备：
（1）先制备聚偏氟乙烯薄膜作为中层；
（2）在步骤（1）的中层上喷涂纳米铂薄膜作为下层；
（3）在步骤（2）的下层上喷涂氧化石墨烯薄膜作为上层；
（4）最后置于20~25℃下，真空干燥24h。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，氧化石墨烯薄膜中各原材料的重量比为，氧化石墨烯：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮=5：1：4；纳米铂薄膜中各原材料的重量比为，纳米铂：聚偏氟乙烯：N-甲基吡咯烷酮=7：1：2。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，氧化石墨烯薄膜尺寸为30×40mm，厚度10μm；聚偏氟乙烯薄膜尺寸为140mm×60mm，厚度为30μm；纳米铂薄膜的尺寸为30×40mm，厚度10μm。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在氧化石墨烯薄膜和纳米铂薄膜区域外侧喷涂一层聚氨酯薄膜后，置于20~25℃下，真空干燥24h。
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