CN113607777A

CN113607777A - 一种硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器

Info

Publication number: CN113607777A
Application number: CN202110879575.5A
Authority: CN
Inventors: 王灿; 杜漫漫; 马金标
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明提供了一种硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器，采用二硫键还原剂溶液对检测过待测物的硅纳米线生物传感器的二硫键进行裂解，完全裂解后，通过共价连接的方法重新固定配体，并封闭未反应的巯基，获得再生的硅纳米线生物传感器。本发明所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法简单、可操作性强，可实现硅纳米线生物传感器的再生，实现生物传感器的可重复性，提高传感器的准确性，减小生物分子检测差异，节约生产成本。

Description

一种硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器

技术领域

本发明属于生物分子检测、生物传感器技术领域，尤其是涉及一种硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器。

背景技术

近年来，一系列大规模传染病的爆发导致病原微生物快速检测的需求日益增加，常见的病原微生物，包括病毒(流感A/H1N1、风疹、禽流感/H5N1、冠状病毒等)和细菌(结核分枝杆菌、肺炎链球菌和炭疽杆菌等)，病原微生物可通过人的呼出气进行传播，并且在空气中表现出较强的生存能力，对生态环境和人类生命安全造成极大威胁。因此，对快速、经济、小型化、便携可用于检测病原微生物的生物传感设备的需求不断增长。

目前常见的用于检测病原微生物的方法如传统培养、聚合酶链反应、光学检测和免疫学检测等，它们在检测速度、灵敏度和特异性的某些方面表现良好但不能兼具所有优点。生物传感器作为一种高效的检测手段，能将生物信号转化为电信号，检测速度快，且体积小便于携带，通过生物敏感元件的选择和固定及微电子放大器件的信号放大作用，能够达到很高的检测灵敏度和特异性，是非常适合现场生物检测的技术，因而生物传感器技术近些年来得到了广泛关注，是生物检测领域研究的热点。

硅纳米线生物传感器由于其具有灵敏度高、检测速度快、操作简便、成本低、可进行连续动态监测等优点而成为生物分子检测的一种重要方法。但是，目前研制的生物传感器多为一次性使用，为了减小误差，而不可重复使用，而有些传感器的制作比较复杂，一次性产品会造成巨大的生产成本和资源浪费，这也是其商业化的一个巨大障碍。此外，由于不同传感器的制作方式不同，不可避免会给生物分子的检测带来差异性。因此，为了减小生物分子检测的差异性并节约成本，急需发展一种可再生并能重复利用的生物传感器，这对病原微生物的检测和其商业化具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器，以实现生物传感器的可重复性，提高传感器的准确性，减小生物分子检测差异，节约生产成本的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅纳米线生物传感器的可再生方法，采用二硫键还原剂溶液对检测过待测物的硅纳米线生物传感器的二硫键进行裂解，完全裂解后，通过共价连接的方法重新固定配体，并封闭未反应的巯基(-SH)，获得再生的硅纳米线生物传感器。

进一步的，所述二硫键还原剂为二硫苏糖醇(DTT)、2-巯基乙胺盐酸盐或三(2-羧乙基)膦(TCEP)；

进一步的，所述二硫键还原剂溶液由二硫键还原剂溶于1×PBS溶液中制得，其浓度为0.1～1M。

进一步的，所述二硫键还原剂溶液在蠕动泵的作用下冲洗硅纳米线生物传感器，流速为0.01～10mL/min，时间为0.1～3h。

进一步的，所述配体为带有二硫键的寡核苷酸、DNA、RNA、或蛋白质。

进一步的，采用封闭剂与磷酸缓冲盐溶液(PBS)混合液封闭未反应的巯基；所述封闭剂为NaBH₄溶液、乙醇胺或牛血清蛋白(BSA)；所述封闭剂与PBS混合液中的封闭剂与1×PBS的体积比为(1～5):100。

一种再生的硅纳米线生物传感器，通过所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法获得。

进一步的，再生的硅纳米线生物传感器，包括如下制备步骤：

S1、表面清洗：采用乙醇清洗作为转换元件的硅纳米线场效应管表面，利用低温氧等离子体在硅纳米线场效应管表面产生羟基；

S2、硅烷化处理：将表面产生羟基的硅纳米线场效应管浸泡在巯基硅烷偶联剂和甲苯混合溶液中，置于恒温摇床内，使硅纳米线场效应管表面形成巯基；

S3、固定配体：将表面形成巯基的硅纳米线场效应管用配体浸润表面，通过共价连接的方法固定配体，并封闭未反应的巯基，得到硅纳米线生物传感器；

S4、分析物检测：使用S3得到的硅纳米线生物传感器对待测分析物进行检测，检测结束后，得到检测过待测物的硅纳米线生物传感器；

S5、传感器再生：通过所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法对检测过待测物的硅纳米线生物传感器进行再生，得到再生的硅纳米线生物传感器。

进一步的，所述S2中的巯基硅烷偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或γ-巯丙基三甲氧基硅烷；

进一步的，所述S2中的巯基硅烷偶联剂和甲苯混合溶液中的巯基硅烷偶联剂和甲苯的体积比为(1～5):100，恒温摇床的温度为25～37℃，恒温时间为0.5～12h。

进一步的，所述S2中，使用甲苯溶液清洗所述表面形成巯基的硅纳米线场效应管，并用氮气吹干后，置于100～150℃真空干燥箱中10～60min。

进一步的，所述S3中，将表面形成巯基的硅纳米线场效应管用配体浸润表面后，置于湿润的环境下静置0.5-12h。

进一步的，所述S3中，采用封闭剂与PBS混合液封闭未反应的巯基。

进一步的，所述封闭剂为NaBH₄溶液、乙醇胺或牛血清蛋白；所述封闭剂与PBS混合液中的封闭剂与1×PBS的体积比为(1～5):100。

进一步的，所述S3中得到的硅纳米线生物传感器、所述S4中得到的检测过待测物的硅纳米线生物传感器、所述S5中得到的再生的硅纳米线生物传感器均经过1×PBS冲洗，并由氮气吹干；

本发明还提供了一种利用所述的硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器检测待测分析物的方法，包括如下步骤：

步骤1、将硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器放入暗盒中，将硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器的表面用0.01×PBS完全浸润；

步骤2、向硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器的表面加入待测分析物，使用多功能电源电表进行检测。

进一步的，所述待测分析物为DNA、RNA、或蛋白质。

相对于现有技术，本发明所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法及再生的硅纳米线生物传感器具有以下优势：

(1)本发明所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法简单、可操作性强，可实现硅纳米线生物传感器的再生，实现硅纳米线生物传感器的重复使用，降低了生产成本，避免了资源浪费；

(2)本发明所述的再生的硅纳米线生物传感器通过再生的方式制备，节约了生产成本，且可减小由于不同传感器的制作方式不同，带来的生物分子检测的差异性，提高检测的准确性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的再生的硅纳米线生物传感器的制备流程示意图；

图2为本发明实施例所述的硅纳米线生物传感器检测-再生，多次重复的检测结果示意图。

具体实施方式

除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。

所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。

除了特别说明，本文中除预先说明外，所有步骤均在室温下进行。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

实施例

如图1所示，制备再生的硅纳米线生物传感器，包括如下步骤：

S2、硅烷化处理：将表面产生羟基的硅纳米线场效应管浸泡在巯基硅烷偶联剂和甲苯混合溶液中，并置于25℃的恒温摇床内，恒温0.5h，使硅纳米线场效应管表面形成巯基，使用甲苯溶液清洗表面形成巯基的硅纳米线场效应管，并用氮气吹干后，置于120℃真空干燥箱中20min；其中，巯基硅烷偶联剂和甲苯的体积比为2:100；

S3、固定配体：将表面形成巯基的硅纳米线场效应管用配体浸润表面，置于湿润的环境下静置2h，通过共价连接的方法固定配体，并使用封闭剂与PBS混合液封闭未反应的巯基，得到硅纳米线生物传感器，使用1×PBS冲洗硅纳米线生物传感器，并由氮气吹干；其中，配体为Ag85B抗体，浓度为100μg/mL；封闭剂为BSA，封闭剂与PBS混合液中BSA与1×PBS的体积比为1:100；

S4、分析物检测：将硅纳米线生物传感器放入暗盒中，使用0.01×PBS重复滴至硅纳米线生物传感器表面，使其表面完全浸润；将浓度为10fg/ml的Ag85B抗原滴到硅纳米线生物传感器表面，与配体进行特异性结合，使用多功能电源电表进行检；检测结束后，使用1×PBS冲洗检测过待测物的硅纳米线生物传感器，并由氮气吹干；

S5、传感器再生：将浓度为0.5M的TCEP溶液在蠕动泵的作用下冲洗浸润检测过待测物的硅纳米线生物传感器的表面，流速1ml/min，时间为1h，至二硫键完全裂解，重复S3所述的固定配体的步骤，获得再生的硅纳米线生物传感器。

将再生的硅纳米线生物传感器再次按照S4所述的分析物检测的步骤对待测分析物进行检测，如图2所示，多次重复再生-检测的过程，再生的硅纳米线生物传感器呈现出良好的可重复性，且性能稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硅纳米线生物传感器的可再生方法，其特征在于：采用二硫键还原剂溶液对检测过待测物的硅纳米线生物传感器的二硫键进行裂解，完全裂解后，通过共价连接的方法重新固定配体，并封闭未反应的巯基，获得再生的硅纳米线生物传感器。

2.根据权利要求1所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法，其特征在于：所述二硫键还原剂为二硫苏糖醇、2-巯基乙胺盐酸盐、或三(2-羧乙基)膦；优选的，所述二硫键还原剂溶液由二硫键还原剂溶于1×PBS溶液中制得，其浓度为0.1～1M；优选的，所述二硫键还原剂溶液在蠕动泵的作用下冲洗检测过待测物的硅纳米线生物传感器，流速为0.01～10mL/min，时间为0.1～3h。

3.根据权利要求1所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法，其特征在于：所述配体为带有二硫键的寡核苷酸、DNA、RNA、或蛋白质。

4.根据权利要求1所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法，其特征在于：采用封闭剂与PBS混合液封闭未反应的巯基；所述封闭剂为NaBH₄溶液、乙醇胺或牛血清蛋白；所述封闭剂与PBS混合液中的封闭剂与1×PBS的体积比为(1～5):100。

5.一种再生的硅纳米线生物传感器，其特征在于：通过权利要求1到4任一项所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法获得。

6.根据权利要求5所述的再生的硅纳米线生物传感器，其特征在于：包括如下制备步骤：

S3、固定配体：将表面形成巯基的硅纳米线场效应管用配体浸润表面，将其置于湿润的环境下静置0.5～12h，通过共价连接的方法固定配体，采用封闭剂与PBS混合液封闭未反应的巯基，得到硅纳米线生物传感器；优选的，所述封闭剂为NaBH₄溶液、乙醇胺或牛血清蛋白；所述封闭剂与PBS混合液中的封闭剂与1×PBS的体积比为(1～5):100；

S5、传感器再生：通过权利要求1到5任一项所述的硅纳米线生物传感器的可再生方法对检测过待测物的硅纳米线生物传感器进行再生，得到再生的硅纳米线生物传感器。

7.根据权利要求6所述的再生的硅纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于：所述S2中的巯基硅烷偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷或γ-巯丙基三甲氧基硅烷；优选的，所述S2中的巯基硅烷偶联剂和甲苯混合溶液中的巯基硅烷偶联剂和甲苯的体积比为(1～5):100，恒温摇床的温度为25～37℃，恒温时间为0.5～12h。

8.根据权利要求6所述的再生的硅纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于：所述S2中，使用甲苯溶液清洗所述表面形成巯基的硅纳米线场效应管，并用氮气吹干后，置于100～150℃真空干燥箱中10～60min。

9.根据权利要求6所述的再生的硅纳米线生物传感器的制备方法，其特征在于：所述S3中得到的硅纳米线生物传感器、所述S4中得到的检测过待测物的硅纳米线生物传感器、所述S5中得到的再生的硅纳米线生物传感器均经过1×PBS冲洗，并由氮气吹干。

10.一种利用权利要求6所述的硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器检测待测分析物的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤2、向硅纳米线生物传感器或再生的硅纳米线生物传感器的表面加入待测分析物，使用多功能电源电表进行检测；优选的，所述待测分析物为DNA、RNA、或蛋白质。