CN114660139A - 生物探针的连接子 - Google Patents

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陈育哲
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Abstract

本发明公开了一种生物探针的连接子，包含有具有碳数6或碳数6以上的SH‑(CH)n‑NH2、SH‑(CH)n‑COOH、SH‑(CH)n‑SH、(OH)m‑(CH)n‑COOH或(OH)m‑(CH)n‑NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)大于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为40％‑80％。本发明另揭露一种生物探针的连接子，包含有具有碳数6以下的SH‑(CH)n‑NH2、SH‑(CH)n‑COOH、SH‑(CH)n‑SH、(OH)m‑(CH)n‑COOH或(OH)m‑(CH)n‑NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)小于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为65％‑100％。本发明对于不同粗糙度基板具有最佳碳链长度的连接子与覆盖率，能大辐增进电化学感测芯片对被检测目标物的抓取能力。

Description

生物探针的连接子
技术领域
本发明涉及一种连接子化合物，特别涉及一种生物探针的连接子。
背景技术
在免疫型电化学生物传感器制作上，生物探针在芯片表面的固定数量与芯片的灵敏度有关，而生物探针固定在芯片表面是通过负责连接芯片与生物探针之间的连接子(linker)做嫁接。连接子的一端含有与不同化学试剂或小分子结合的特定官能基，因此如何促进连接子在芯片表面的有效连接覆盖为制作生物传感器的首要条件。过去在进行连接子连接覆盖时，多为专注于连接子在基板表面的连接覆盖达到最大量。然而，实际情况是即使连接子达到最大连接覆盖量，芯片对被检测目标物的抓取量并无正相关。
为解决上述问题，因此须要有研发出特定碳链长度的连接子配合生物感测芯片表面的粗糙度以及连接子在芯片上的覆盖率以获得最多的被检测目标物的抓取量。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物探针的连接子，具有特定碳链长度，可以获得最多的被检测目标物的抓取量。
本发明为达成上述目的，采用了以下技术手段：
本发明提供一种生物探针的连接子，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，包含有，具有碳数6或碳数6以上的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)大于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为40％-80％。
其中，优选的，该传感器的芯片基板的材料是硅、玻璃、石墨烯、金、白金或高分子。
其中，优选的，该芯片基板是使用1体积份98wt％硫酸与3体积份33wt％双氧水的比例进行表面处理，藉由不同的处理时间获得特定的粗糙度。
其中，优选的，更包含将该芯片基板系浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的连接子溶液内且放置于室温对该芯片基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应。
其中，优选的，该生物探针为酵素、蛋白质、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleicacid，DNA)与核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)或齿舌兰轮斑病毒抗体(ORSV antibody)的生物探针。
本发明另提供一种生物探针的连接子，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，包含有，具有碳数6以下的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)小于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为65％-100％。
其中，优选的，该传感器的芯片基板的材料是硅、玻璃、石墨烯、金、白金或高分子。
其中，优选的，该芯片基板系使用1体积份98wt％硫酸与3体积份33wt％双氧水的比例进行表面处理，藉由不同的处理时间获得特定的粗糙度。
其中，优选的，更包含将该芯片基板浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的连接子溶液内且放置于室温对该芯片基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应。
其中，优选的，该生物探针为酵素、蛋白质、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleicacid，DNA)与核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)或齿舌兰轮斑病毒抗体(ORSV antibody)的生物探针。
与现有的生物探针的连接子比较，本发明具有以下优点：
本发明的一种生物探针的连接子对于不同粗糙度基板具有最佳碳链长度的连接子与覆盖率，能大辐增进电化学感测芯片对被检测目标物的抓取能力。
附图说明
图1至图2为原子力显微镜AFM分析金基板表面粗糙度；
图3为对修饰后的芯片基板表面进行官能基活化反应的示意图；
图4至图5为修饰后使用原子力显微镜分析金基板表面粗糙度；
图6为本发明的连接子的覆盖率；
图7为生物探针与连接子末端形成胜肽键(-CO-NH-)进而固定在金基板(AuSubstrate)表面的示意图；
图8至图9为3-MPA连接子对ORSV病毒的抓取量的扫描电子显微镜分析照片；
图10为11-MUA连接子对ORSV病毒的抓取量的扫描电子显微镜分析照片。
具体实施方式
本发明揭露一种生物探针的连接子，其可以大辐增进电化学感测芯片对被检测目标物的抓取能力。
实施例1：
本发明实施例1的生物探针的连接子(Linker)，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，包含有，具有碳数6或碳数6以上的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)大于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为40％-80％，覆盖率最佳为50％-70％。
本发明的传感器的芯片基板的材料是硅、玻璃、石墨烯、金、白金或高分子。选用金或白金材质的芯片基板，适用酸洗制程进行粗糙化处理，酸洗溶液可以使用1体积份98wt％硫酸与3体积份33wt％双氧水的比例进行表面处理，藉由不同的处理时间获得特定的粗糙度。选用其他玻璃、陶瓷或高分子材质的芯片基板可以使用机械研磨、化学药剂蚀刻或化学机械研磨来进行粗糙化处理。
经过粗糙化后的芯片基板是浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的连接子溶液内且放置于室温对该芯片基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应。后续，可以使用电化学方法量测芯片基板表面氧化还原特性的变化，进一步由电流密度变化计算修饰分子的覆盖率。
本发明的生物探针为酵素、蛋白质、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid，DNA)与核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)或齿舌兰轮斑病毒抗体(ORSV antibody)的生物探针。
实施例2：
本发明实施例2的生物探针的连接子(Linker)，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，包含有，具有碳数6以下的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数。其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)小于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为65％-100％，覆盖率最佳为80％-100％。
本发明实施例2的其他技术内容与实施例1相同，包括芯片基板的材料；芯片基板的表面粗糙化处理；连接子溶液修饰；以及芯片基板表面进行官能基活化反应。还有，所适用的生物探针种类亦相同。
本发明生物探针的连接子的实测数据：
本发明实际以纯金为基板，使用酸洗对基板表面做粗糙度变化，接着在其表面修饰一端为硫醇基(-SH)、一端为羧基(-COOH)的不同碳链长度的C3H6O2,3-巯基丙酸3-MPA(3-Mercaptopropionic acid,MPA)以及C11H22O2S,11-巯基十一烷酸11-MUA(11-Mercaptoundecanoic acid)作为连接子用以将生物探针齿舌兰轮斑病毒抗体(Odontoglossum ringspot virus antibody,ORSV antibody)固定于表面，以利抓取后续目标物齿舌兰轮斑病毒(ORSV病毒)作为实际例子并且量测数据。
使用98wt％硫酸与33wt％双氧水以1:3的体积比例对金基板(Au Substrate)表面进行处理，藉由处理时间的不同产生粗糙度的变化，使用原子力显微镜AFM(atomic forcemicroscopy)分析金基板表面粗糙度。如图1所示，未处理(处理前)的表面平均粗糙度(Ra)1.6nm，相对高度(Z range)11.7nm。如图2所示，酸洗处理20分钟后的表面平均粗糙度(Ra)3.56nm，相对高度(Z range)57.7nm。
将粗糙化后的金基板浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的3-巯基丙酸(3-MPA)与11-巯基十一烷酸(11-MUA)溶液内且放置于室温对金基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应，如图3所示。
酸洗处理20分钟后，再以MPA修饰后使用原子力显微镜分析金基板表面粗糙度。如图4所示，表面平均粗糙度(Ra)1.78nm，相对高度(Z range)26.1nm。酸洗处理20分钟后，再以MUA修饰后使用原子力显微镜分析金基板表面粗糙度。如图5所示，表面平均粗糙度(Ra)1.43nm，相对高度(Z range)18.7nm。
后续，使用电化学方法量测芯片基板表面氧化还原特性的变化，进一步由电流密度变化计算连接子(修饰分子)的覆盖率。如图6所示，3-MPA和11-MUA皆会填补金基板表面的粗糙度，而由活性面积反应得知11-MUA的覆盖率约94.7％，3-MPA覆盖率约20％。
将生物探针齿舌兰轮斑病毒抗体(Odontoglossum ringspot virus antibody,ORSV antibody)溶解于缓冲液中并将其滴在表面修饰活化后的MPA和MUA，使生物探针ORSV抗体与连接子末端形成胜肽键(-CO-NH-)进而固定在金基板(Au Substrate)表面，接着将相同浓度的ORSV病毒溶液与抗体连接覆盖，如图7所示。
最后以扫描电子显微镜分析SEM分析金基板表面的ORSV病毒抓取量，结果如图8至图9所示，覆盖率小于80％的碳数6以下的短碳链3-MPA连接子其对ORSV病毒的抓取量(图8)少于覆盖率大于80％的连接子对ORSV病毒的抓取量(图9)，亦即碳数6以下的连接子，覆盖率愈大对于ORSV病毒的抓取量愈多。在长碳链11-MUA连接子覆盖率大于80％对ORSV病毒的抓取量>80％的结果如图10所示，长碳链的覆盖率愈大并不会增多ORSV病毒的抓取量。

Claims (10)

1.一种生物探针的连接子(Linker)，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，其特征在于，包含有：
具有碳数6或碳数6以上的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数；
其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)大于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为40％-80％。
2.如权利要求1所述的生物探针的连接子，其特征在于，该传感器的芯片基板的材料是硅、玻璃、石墨烯、金、白金或高分子。
3.如权利要求1所述的生物探针的连接子，其特征在于，该芯片基板是使用1体积份98wt％硫酸与3体积份33wt％双氧水的比例进行表面处理，藉由不同的处理时间获得特定的粗糙度。
4.如权利要求1所述的生物探针的连接子，其特征在于，该芯片基板被浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的连接子溶液内且放置于室温对该芯片基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应。
5.如权利要求1所述的生物探针的连接子，其特征在于，该生物探针为酵素、蛋白质、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid，DNA)与核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)或齿舌兰轮斑病毒抗体(ORSV antibody)的生物探针。
6.一种生物探针的连接子(Linker)，适用于将生物探针固定在传感器的芯片基板上，其特征在于，包含有：
具有碳数6以下的SH-(CH)n-NH2、SH-(CH)n-COOH、SH-(CH)n-SH、(OH)m-(CH)n-COOH或(OH)m-(CH)n-NH2，m、n是大于1的整数；
其中，当该芯片基板的表面平均粗糙度(Ra)小于250nm时，该连接子于该芯片基板的覆盖率为65％-100％。
7.如权利要求6所述的生物探针的连接子，其特征在于，该传感器的芯片基板的材料是硅、玻璃、石墨烯、金、白金或高分子。
8.如权利要求6所述的生物探针的连接子，其特征在于，该芯片基板系使用1体积份98wt％硫酸与3体积份33wt％双氧水的比例进行表面处理，藉由不同的处理时间获得特定的粗糙度。
9.如权利要求6所述的生物探针的连接子，其特征在于，更包含将该芯片基板浸泡在溶于99.8wt％无水酒精的连接子溶液内且放置于室温对该芯片基板表面进行修饰，再使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)或N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)对修饰后的该芯片基板表面进行官能基活化反应。
10.如权利要求6所述的生物探针的连接子，其特征在于，该生物探针为酵素、蛋白质、脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid，DNA)与核糖核酸(Ribonucleic acid，RNA)或齿舌兰轮斑病毒抗体(ORSV antibody)的生物探针。
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