CN114935596A - 一种以废弃丝织品构建dna生物传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物检测技术领域，本发明公开了一种以废弃丝织品构建DNA生物传感器的方法，包括：1）SH‑SF的制备；2）SH‑SF‑Pd2+络合物分散液的制备；3）GCE/SH‑SF‑Pd的自组装；4）DNA杂交指示。本发明构建的DNA生物传感器可以准确、灵敏地检测出双链DNA的氧化还原信号，同时完成了对废弃丝织品资源的回收再利用，开发的电极改性工艺可以开创利用废旧纺织品作为电化学生物传感器应用的功能平台的先河。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种以废弃丝织品构建DNA生物传感器的方法。
背景技术
生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，近年来，生物学、材料学的不断进步带动了生物传感器技术的飞速发展。目前，DNA生物传感器因其具有专一性强、分析速度快、操作系统简单的特点而被广泛应用，然而，目前DNA生物传感器的构建步骤仍然复杂，构建材料较为昂贵，如有机薄膜晶体管、三维有序多孔结构的金掺杂纳米二氧化钛、负载大量钯铂双金属纳米粒子的氮掺杂石墨烯片。因此，进一步降低DNA生物传感器构建成本是该传感器的发展方向之一。
我国的废弃丝织品回收利用主要呈现出低、小、散的特点，回收的废弃丝织品再生产后价值不高，回收企业规模小或者无规模等等原因导致废弃丝织品回收率低。废弃丝织品染整加工中有各类化学处理，其燃烧后产生的气体成分也非常复杂，简单焚烧并不适用于处理废弃丝织品，因此要回收利用废弃丝织品、进行无害化处理需要研究废弃丝织品的无污染回收利用途径，这有助于建立绿色环保的丝织品生产再利用体系。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以废弃丝织品构建DNA生物传感器的方法。本发明构建的DNA生物传感器可以准确、灵敏地检测出双链DNA的氧化还原信号，同时完成了对废弃丝织品资源的回收再利用，开发的电极改性工艺可以开创利用废旧纺织品作为电化学生物传感器应用的功能平台的先河。
本发明的具体技术方案为：一种以废弃丝织品构建DNA生物传感器的方法，包括如下步骤：
1）SH-SF的制备：将废弃丝织品剪成均匀条状，在ECE标准洗涤剂稀释液中洗涤，取出后烘干；添加至含有尿素溶液的反应容器中，在惰性气氛下添加硫氢化钠，调节pH至碱性，在惰性气氛下反应；反应完成过滤，分离粘性溶液，用水洗涤后用盐酸酸化，沉淀出颗粒；用水清洗分离的颗粒，并真空干燥至恒重，将所得干燥颗粒研磨，得到粒径为1.5-2cm的丝素蛋白颗粒，即SH-SF颗粒。
使用硫氢化钠和尿素提取SH-SF相较于用TGA和硫脲的方案，能更好地提取出纯SH-SF颗粒，而且TGA会残留在溶液中导致后续形成TGA-Pd络合物，硫氢化钠则能被很好的除去。
2）SH-SF-Pd2+络合物分散液的制备：在8-11kN的压力下，将SH-SF颗粒转化为粒径为1.0-1.5cm的颗粒；然后将颗粒悬浮在含有Pd2+的盐酸溶液中并静置；最后，从溶液中分离SH-SF-Pd2+络合物，在水中充分分散以去除未反应的Pd2+，离心，干燥至恒重，将所得SH-SF-Pd2+络合物加入乙醇中，补加Pd2+溶液，配成0.6-0.8mg/ml的溶液；搅拌，得到SH-SF-Pd2+络合物分散液。
SH-SF-Pd2+络合物的制取选取最佳比，后续向SH-SF-Pd2+分散液中补加Pd2+溶液，以达到最佳浓度，便于后续DNA生物传感器自组装。
3）GCE/SH-SF-Pd的自组装：首先，使用纳米级氧化铝浆料对裸露的玻碳电极（GCE）表面进行多次抛光；每次抛光后，电极分别在乙醇溶液和超纯水中超声处理；将制备的SH-SF-Pd2+络合物分散液滴注到玻碳电极表面并干燥；然后将所得GCE/SH-SF-Pd2+浸入KCl溶液中，通过计时电流法在恒定电位下电沉积，对所得复合电极用超纯水冲洗，记为GCE/SH-SF-Pd电极。
选取纳米级氧化铝打磨抛光电极表面能使其表面洁净，氧化还原电极使用银/氯化银参比电极，具有较高的精确度。
4）DNA杂交指示：用醋酸盐缓冲溶液制备35-45mg/mL的双链DNA溶液，并且将GCE/SH-SF-Pd电极浸入含双链DNA溶液中；分别在0.8v和1.2v下利用鸟嘌呤和腺嘌呤碱基的氧化信号，用微分脉冲伏安法（DPV）对双链DNA进行电化学检测，即完成DNA生物传感器的构建。
鸟嘌呤和腺嘌呤来自鱼精子中的双链DNA，两种嘌呤均易吸附于此传感器，且容易检测到氧化还原的电信号。
作为优选，步骤1）中，所述ECE标准洗涤剂稀释液的浓度为3-6g/L，温度为45-55℃，洗涤时间为30-40min；烘干温度为37-45℃。
作为优选，步骤1）中，烘干后的废弃丝织品的用量为0.6-0.75g，尿素溶液的浓度为1.8-2.2M，用量为30 mL，硫氢化钠的用量为0.6-0.75g；调节pH为9.8-10.5。
作为优选，步骤1）中，反应温度为37-45℃，反应时间为20-30h。
作为优选，步骤1）中，所述盐酸的浓度为4-6M，酸化至pH为3.5-4.5。
作为优选，步骤2）中，所述SH-SF颗粒的用量为0.6-1.0g，所述盐酸的用量为10mL，盐酸浓度为0.35-0.45M，Pd2+的浓度为1.8-2.2mg/mL；所述静置为室温静置1-3h。
作为优选，步骤2）中，所述离心条件为：6000-9000 rpm，1-5min；烘干温度为45-55℃。
作为优选，步骤2）中，干燥的所述SH-SF-Pd2+络合物的用量6-10mg，所述乙醇的用量为3-5mL，浓度为45-55%。
作为优选，步骤3）中，每次所述抛光的方法为：在抛光垫上使用30-60nm氧化铝浆料对裸露的GCE电极表面进行1-5min的打磨抛光。
作为优选，步骤3）中，所述乙醇溶液的浓度为45-55%，超声处理时间为5-15min。
作为优选，步骤3）中，所述SH-SF-Pd2+络合物分散液的用量为8-12 mL。
作为优选，步骤3）中，所述干燥的条件为：50-65℃，20-40min。
作为优选，步骤3）中，所述KCl溶液的浓度为0.4-0.6M，通过计时电流法在-0.4 V的恒定电位下电沉积Pd纳米粒子8-12min。
作为优选，步骤3）中，所述醋酸盐缓冲溶液的浓度为0.6-1.0 M；GCE/SH-SF-Pd电极在含双链DNA溶液中的浸渍时间为30-40min。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
（1）本发明使用废弃丝织品作为原料，充分实现资源回收利用，节能环保绿色健康。
（2）本发明使用硫氢化钠和尿素提取SH-SF，相较于用TGA和硫脲的方案，能更好的提取出纯SH-SF颗粒，而且硫氢化钠则能被很好的除去，不会如TGA一样会后续形成TGA-Pd络合物影响传感器构建。
（3）本发明选取纳米级氧化铝打磨抛光电极，效率更高，氧化还原电极使用银/氯化银参比电极，具有较高的精确度。
（4）本发明样品用量较少，可以准确、灵敏地检测出双链DNA的氧化还原信号，同时完成了对废弃丝织品资源的回收再利用，开发的电极改性工艺可以开创利用废旧纺织品作为电化学生物传感器应用的功能平台的先河。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
1）SH丝素蛋白（SH-SF）的制备：用剪刀将废弃丝织品剪成均匀小条，在50℃条件下，在含有4g/L ECE标准洗涤剂的水浴锅（1/200 w/V）中洗涤35分钟后，取出后在40℃烘箱中烘干，取0.75g样品放入含有30 mL 2.0 M尿素的双颈反应瓶中，在40℃氮气气氛下向其中添加0.75g硫氢化钠。调节pH至10，在40℃氮气气氛下反应24小时。反应完成后过滤，分离粘性溶液，去除未反应杂质，用蒸馏水洗涤后用5 M盐酸酸化至pH达到4.0，沉淀出颗粒。用蒸馏水清洗分离的颗粒，并在真空烘箱中干燥到恒重。干燥的颗粒在琼脂研钵中轻轻粉碎，得到粒径为2cm的丝素蛋白颗粒。
2）SH-SF-Pd2+络合物分散液的制备：在8千牛的压力下，将0.8 g先前研磨好的细SH-SF颗粒转化成直径为1.5cm的颗粒样品。然后，将这些颗粒悬浮在10毫升盐酸（0.4M）配制的2mg/mL的Pd2+溶液中室温下静置2小时。最后，将SH-SF-Pd2+络合物从溶液中分离出来，在蒸馏水中充分分散以去除未反应的Pd2+离子，以7000 rpm的转速离心3分钟，在50℃烘箱中干燥直到恒重。向4mL浓度为50%的乙醇溶液中加入6mg干燥完成的SH-SF-Pd2+络合物。向该溶液中逐滴添加1mL浓度为0.42mg/mL的Pd2+溶液以进行吸附。然后在室温下搅拌混合物2.5小时，使用乙醇将该溶液的体积稀释到10 mL。
3）GCE/SH-SF-Pd的自组装：首先，在抛光垫上使用60nm氧化铝浆料对裸露的GCE表面进行3分钟打磨抛光，共三次。每次抛光后，电极分别在50%的乙醇溶液和超纯水中超声处理10min。将制备得到的10 mL SH-SF-Pd2+分散液滴注到GCE表面并在50℃下干燥30分钟。然后将SH-SF-Pd2+滴注的GCE电极（GCE/SH-SF-Pd2+）浸入0.5M KCl溶液中，通过计时电流法在-0.4 V的恒定电位下电沉积Pd纳米粒子8分钟。所得复合电极用超纯水冲洗，记为GCE/SH-SF-Pd。
4）DNA杂交指示：用1.2M醋酸盐缓冲溶液制备40mg/mL双链DNA溶液，并且将GCE/SH-SF-Pd电极浸入含双链DNA溶液中25min。分别在0.8v和1.2v下利用鸟嘌呤和腺嘌呤碱基的氧化信号，用微分脉冲伏安法（DPV）对双链DNA进行电化学检测，即完成DNA生物传感器的构建。
实施例2：
1）SH丝素蛋白（SH-SF）的制备：用剪刀将废弃丝织品剪成均匀小条，在50℃条件下，在含有3g/L ECE标准洗涤剂的水浴锅（1/200 w/V）中洗涤40分钟后，取出后在43℃烘箱中烘干，取0.7g样品放入含有30 mL 2.0 M尿素的双颈反应瓶中，在43℃氮气气氛下向其中添加0.7g硫氢化钠。调节pH至10.2，在43℃氮气气氛下反应24小时。反应完成后过滤，分离粘性溶液，去除未反应杂质，用蒸馏水洗涤后用5M盐酸酸化至pH达到4.5，沉淀出颗粒。用蒸馏水清洗分离的颗粒，并在真空烘箱中干燥到恒重。干燥的颗粒在琼脂研钵中轻轻粉碎，得到粒径为1.8cm的丝素蛋白颗粒。
2）SH-SF-Pd2+络合物分散液的制备：在9千牛的压力下，将1.0 g先前研磨好的细SH-SF颗粒转化成直径为1.6cm的颗粒样品。然后，将这些颗粒悬浮在10毫升盐酸（0.4M）配制的2mg/mL的Pd2+溶液中室温下静置2小时。最后，将SH-SF-Pd2+络合物从溶液中分离出来，在蒸馏水中充分分散以去除未反应的Pd2+离子，以8000 rpm的转速离心3分钟，在50℃烘箱中干燥直到恒重。向4mL浓度为50%的乙醇溶液中加入10mg干燥完成的SH-SF-Pd2+络合物。向该溶液中逐滴添加1mL浓度为0.34mg/mL的Pd2+溶液以进行吸附。然后在室温下搅拌混合物2.5小时，使用乙醇将该溶液的体积稀释到10 mL。
3）GCE/SH-SF-Pd的自组装：首先，在抛光垫上使用50nm氧化铝浆料对裸露的GCE表面进行3分钟打磨抛光，共三次。每次抛光后，电极分别在50%的乙醇溶液和超纯水中超声处理10min。将制备得到的10 mL SH-SF-Pd2+分散液滴注到GCE表面并在55℃下干燥25分钟。然后将SH-SF-Pd2+滴注的GCE电极（GCE/ SH-SF-Pd2+）浸入0.5M KCl溶液中，通过计时电流法在-0.4 V的恒定电位下电沉积Pd纳米粒子9分钟。所得复合电极用超纯水冲洗，记为GCE/SH-SF-Pd。
4）DNA杂交指示：用0.6 M醋酸盐缓冲溶液制备40mg/mL双链DNA溶液，并且将GCE/SH-SF-Pd电极浸入含双链DNA溶液中40min。分别在0.8v和1.2v下利用鸟嘌呤和腺嘌呤碱基的氧化信号，用微分脉冲伏安法（DPV）对双链DNA进行电化学检测，即完成DNA生物传感器的构建。
实施例3：
1）SH丝素蛋白（SH-SF）的制备：用剪刀将废弃丝织品剪成均匀小条，在50℃条件下，在含有6g/L ECE标准洗涤剂的水浴锅（1/200 w/V）中洗涤30分钟后，取出后在45℃烘箱中烘干，取0.65g样品放入含有30 mL 2.0 M尿素的双颈反应瓶中，在45℃氮气气氛下向其中添加0.65g硫氢化钠。调节pH至9.8，在45℃氮气气氛下反应24小时。反应完成后过滤，分离粘性溶液，去除未反应杂质，用蒸馏水洗涤后用5M盐酸酸化至pH达到3.5，沉淀出颗粒。用蒸馏水清洗分离的颗粒，并在真空烘箱中干燥到恒重。干燥的颗粒在琼脂研钵中轻轻粉碎，得到粒径为1.8cm丝素蛋白样品颗粒。
2）SH-SF-Pd2+络合物分散液的制备：在11千牛的压力下，将0.6 g先前研磨好的细SH-SF颗粒转化成直径为1.5cm的颗粒样品。然后，将这些颗粒悬浮在10毫升盐酸（0.4M）配制的2mg/mL的Pd2+溶液中室温下静置2小时。最后，将SH-SF-Pd2+络合物从溶液中分离出来，在蒸馏水中充分分散以去除未反应的Pd2+离子，以9000 rpm的转速离心3分钟，在50℃烘箱中干燥直到恒重。向4mL浓度为50%的乙醇溶液中加入8mg干燥完成的SH-SF-Pd2+络合物。向该溶液中逐滴添加1mL浓度为0.30mg/mL的Pd2+溶液以进行吸附。然后在室温下搅拌混合物2.5小时，使用乙醇将该溶液的体积稀释到10 mL。
3）GCE/SH-SF-Pd的自组装：首先，在抛光垫上使用40nm氧化铝浆料对裸露的GCE表面进行3分钟打磨抛光，共三次。每次抛光后，电极分别在50%的乙醇溶液和超纯水中超声处理10min。将制备得到的10 mL SH-SF-Pd2+分散液滴注到GCE表面并在65℃下干燥20分钟。然后将SH-SF-Pd2+滴注的GCE电极（GCE/ SH-SF-Pd2+）浸入0.5M KCl溶液中，通过计时电流法在-0.4 V的恒定电位下电沉积Pd纳米粒子11分钟。所得复合电极用超纯水冲洗，记为GCE/SH-SF-Pd。
4）DNA杂交指示：用0.8 M醋酸盐缓冲溶液制备40mg/mL双链DNA溶液，并且将GCE/SH-SF-Pd电极浸入含双链DNA溶液中35min。分别在0.8v和1.2v下利用鸟嘌呤和腺嘌呤碱基的氧化信号，用微分脉冲伏安法（DPV）对双链DNA进行电化学检测，即完成DNA生物传感器的构建。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种以废弃丝织品构建DNA生物传感器的方法，其特征在于包括如下步骤：
1）SH-SF的制备：将废弃丝织品剪成均匀条状，在ECE标准洗涤剂稀释液中洗涤，取出后烘干；添加至含有尿素溶液的反应容器中，在惰性气氛下添加硫氢化钠，调节pH至碱性，在惰性气氛下反应；反应完成过滤，分离粘性溶液，用水洗涤后用盐酸酸化，沉淀出颗粒；用水清洗分离的颗粒，并真空干燥至恒重，将所得干燥颗粒研磨，得到粒径为1.5-2cm的丝素蛋白颗粒，即SH-SF颗粒；
2）SH-SF-Pd2+络合物分散液的制备：在8-11kN的压力下，将SH-SF颗粒转化为粒径为1.0-1.5cm的颗粒；然后将颗粒悬浮在含有Pd2+的盐酸溶液中并静置；最后，从溶液中分离SH-SF-Pd2+络合物，在水中充分分散以去除未反应的Pd2+，离心，干燥至恒重，将所得SH-SF-Pd2+络合物加入乙醇中，补加Pd2+溶液，配成浓度为0.6-0.8mg/ml的溶液；搅拌，得到SH-SF-Pd2+络合物分散液；
3）GCE/SH-SF-Pd的自组装：首先，使用纳米级氧化铝浆料对裸露的玻碳电极表面进行多次抛光；每次抛光后，电极分别在乙醇溶液和超纯水中超声处理；将制备的SH-SF-Pd2+络合物分散液滴注到玻碳电极表面并干燥；然后将所得GCE/SH-SF-Pd2+浸入KCl溶液中，通过计时电流法在恒定电位下电沉积，对所得复合电极用超纯水冲洗，记为GCE/SH-SF-Pd电极；
4）DNA杂交指示：用醋酸盐缓冲溶液制备35-45mg/mL的双链DNA溶液，并且将GCE/SH-SF-Pd电极浸入含双链DNA溶液中；分别在0.8v和1.2v下利用鸟嘌呤和腺嘌呤碱基的氧化信号，用微分脉冲伏安法对双链DNA进行电化学检测，即完成DNA生物传感器的构建。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述ECE标准洗涤剂稀释液的浓度为3-6g/L，温度为45-55℃，洗涤时间为30-40min；烘干温度为37-45℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，
烘干后的废弃丝织品的用量为0.6-0.75g，尿素溶液的浓度为1.8-2.2M，用量为30 mL，硫氢化钠的用量为0.6-0.75g；调节pH为9.8-10.5；
反应温度为37-45℃，反应时间为20-30h。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述盐酸的浓度为4-6M，酸化至pH为3.5-4.5。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述SH-SF颗粒的用量为0.6-1.0g，所述盐酸的用量为10mL，盐酸浓度为0.35-0.45M，Pd2+的浓度为1.8-2.2mg/mL；所述静置为室温静置1-3h。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述离心条件为：6000-9000 rpm，1-5min；烘干温度为45-55℃。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）中，干燥的所述SH-SF-Pd2+络合物的用量6-10mg，所述乙醇的用量为3-5mL，浓度为45-55%。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，
每次所述抛光的方法为：在抛光垫上使用30-60nm氧化铝浆料对裸露的玻碳电极表面进行1-5min的打磨抛光；
所述乙醇溶液的浓度为45-55%，超声处理时间为5-15min；
所述SH-SF-Pd2+络合物分散液的用量为8-12 mL；
所述干燥的条件为：50-65℃，20-40min。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述KCl溶液的浓度为0.4-0.6M，通过计时电流法在-0.4 V的恒定电位下电沉积Pd纳米粒子8-12min。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，
所述醋酸盐缓冲溶液的浓度为0.6-1.0 M；
GCE/SH-SF-Pd电极在含双链DNA溶液中的浸渍时间为30-40min。
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| US20100070068A1 (en) * | 2006-11-03 | 2010-03-18 | Trustees Of Tufts College | Biopolymer sensor and method of manufacturing the same |
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| US20180119194A1 (en) * | 2014-11-17 | 2018-05-03 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Metalloprotein compositions |
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