CN115656520A

CN115656520A - 一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法

Info

Publication number: CN115656520A
Application number: CN202211530585.9A
Authority: CN
Inventors: 郭星; 王志稳; 葛阳; 周传刚
Original assignee: Shanxi Liuwei Artificial Intelligence Biomedical Research Institute
Current assignee: Shanxi Liuwei Artificial Intelligence Biomedical Research Institute
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明公开了一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法，属于生物传感器技术领域；传感器包括柔性铁酸钴/PDMS薄膜；柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂有AuNPS纳米金层；AuNPS纳米金层修饰有抗体；柔性铁酸钴/PDMS薄膜是将铁酸钴纳米粒子加入到PDMS的A胶中得到铁酸钴纳米凝胶流体，再将铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶混合得到；铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:4‑6；本发明所述的柔性薄膜在铁酸钴纳米金属颗粒以及还原金层的组合下，可以表现出良好的电磁性能，基于抗原‑抗体特异性识别，可以实现对各种物质的检测。

Description

一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，具体为一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法。

背景技术

目前，大多的传感器都是用金属合金材料等刚性材料为基底来制作，但是这类基底的制作需要许多昂贵的大型器械，以及繁琐的制作工艺，制作难度较大，且后期不可降解。刚性材料的应用较有局限性，而柔性材料就可以避免这个问题，可以有很好的柔韧性以及拉伸性。

近年来柔性材料在国际研究领域发展迅速，柔性薄膜是指柔性材料制成的薄膜，可根据需求延展、拉伸，具有很强的可塑性。柔性薄膜可以自由变化，根据需求设计为特殊多变的结构，可将其应用于微型便携的生物传感器中。

磁弹性生物传感器作为一种新型传感设备，是以铁镍合金、镍钴合金等刚性金属合金材料为基底，而这类磁弹性传感器的制备过程需要昂贵的大型仪器，且存在不可再生、难降解、柔性差、成本高、制备工艺复杂等问题。现阶段的磁弹性传感器，通常都是通过矢量网络分析仪测量磁致伸缩材料在检测待测物前后的共振频率变化来进行定量检测，检测方法单一、设备昂贵、耗时长、测试步骤复杂且抗干扰能力较差，外界微小振动对测量准确度和系统稳定性的影响较大。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器，包括柔性铁酸钴/PDMS薄膜；所述柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂有AuNPS纳米金层；所述AuNPS纳米金层修饰有抗体；

所述柔性铁酸钴/PDMS薄膜是将铁酸钴纳米粒子加入到PDMS的A胶中得到铁酸钴纳米凝胶流体，再将铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶混合得到；铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:4-6。

优选的，铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:5。

优选的，铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶的质量比为10-13:1。

一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

1）柔性铁酸钴/PDMS薄膜的制备：将铁酸钴纳米粒子分散到PDMS的A胶中得到均匀的铁酸钴纳米凝胶流体；铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:4-6；将铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶混合得到柔性铁酸钴/PDMS薄膜。

2）薄膜表面AuNPs还原：将柔性铁酸钴/PDMS薄膜浸泡在氯金酸溶液中，遮光反应16-20h；使柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂AuNPS纳米金层。

3）抗体修饰：将掺杂了AuNPS纳米金层的柔性铁酸钴/PDMS薄膜浸入到巯基乙胺溶液中进行自组装形成自组装膜，然后将自组装膜浸泡在活化后的抗体溶液中，使抗体与自组装膜的表面均匀结合。

优选的，铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:5。

优选的，将掺杂了AuNPS纳米金层的柔性铁酸钴/PDMS薄膜利用超声波清洗以及风干之后，再浸入氯金酸溶液中。

优选的，所述抗体溶液经过稀释和激活：将抗体溶液用PBS溶液稀释，得到适当的抗体浓度；在室温下，将抗体溶液与包含有 4 mg/mL 的EDC 和 4 mg/mL的 NHS 的溶液混合震荡，使抗体中的羧基激活成NHS酯，使抗体与自组装层表面的氨基更高效地结合。

优选的，将修饰了抗体的自组装膜浸泡在 PBS溶液中；将泡有芯片的PBS溶液放置在37℃的环境中静置0.5 h，以除去物理吸附在表面上的抗体。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1、本发明首次采用了使用铁酸钴纳米金属颗粒和PDMS的结合，并在其表面掺杂AuNPS纳米颗粒，构成了具有磁弹性的柔性铁酸钴薄膜。柔性薄膜在铁酸钴纳米金属颗粒以及还原金层的组合下，可以表现出良好的电磁性能，有着极其广泛的应用。柔性铁钴薄膜灵活性，生物兼容性好，在生物、医疗以及生化检测方面契合度非常高。

2、采用氯金酸、碳酸氢钾、葡萄糖反应还原制备金纳米层，金层优异的生物适应性，吸附性使得薄膜可以修饰抗体在内的各种适配体，使柔性铁酸钴薄膜根据修饰不同的抗体，可以检测不同的抗原，增加了铁酸钴薄膜的利用率，扩大了应用的范围。

3、基于AuNPs优异的生物相容性将巯基乙胺自组装于柔性磁薄膜，并且在磁弹性薄膜表面修饰NHS和EDC活化后的抗体,可以设计新型且低成本的生物传感器，基于抗原-抗体特异性识别，可以实现对各种物质的检测。

附图说明

图1为本发明所述柔性铁酸钴薄膜生物传感器的结构示意图；

图中，1-PDMS薄膜；2-铁酸钴纳米粒子；3-金纳米粒子；4-抗体；5-抗原。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

本实施例提供了一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法，参照图1，柔性铁酸钴薄膜生物传感器主体为柔性铁酸钴/PDMS薄膜；柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂有AuNPS纳米金层；所述AuNPS纳米金层修饰有抗体；柔性铁酸钴/PDMS薄膜是将铁酸钴纳米粒子加入到PDMS的A胶中得到铁酸钴纳米凝胶流体，再将铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶混合得到；铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:5。

柔性铁酸钴薄膜生物传感器及其制备方法具体为以下步骤：

选择基本材料：铁酸钴纳米粒子、PDMS、碳酸氢钾、氯金酸、葡萄糖；

a)柔性铁酸钴/PDMS薄膜的制备

在制备柔性薄膜之前，将铁酸钴纳米粒子分散到PDMS的A胶中制备铁酸钴纳米流体。称量2g的铁酸钴纳米粒子，以1：5的比例，加入到10g的A胶中。然后在烧杯使用玻璃杯充分搅拌混合的凝胶10min，使得铁酸钴纳米粒子均匀细密地分散在A胶之中，得到均匀的铁酸钴纳米凝胶流体。

柔性铁酸钴/PDMS薄膜制备的具体流程：

（1）将凝胶与PDMS薄膜B胶按10:1的比例相混合；并用玻璃棒不断搅拌到产生均匀致密的气泡。密封后静置4小时。

（2）待溶液内气泡完全消失之后进行成膜。取一张玻璃片置于匀胶机托盘，吸附后倒入适量凝胶以300转，90s进行甩制成膜。当凝胶均匀平铺在玻片上，无空隙残留时即可进行烘干。

（3）小心拿镊子夹出玻璃片，放在烘干机上以100℃烘干20分钟制得柔性铁钴薄膜。

b)薄膜表面AuNPs还原

（1）配制0.2g/ml的碳酸氢钾和葡萄糖水溶液，取9.78ml的碳酸氢钾溶液和0.96ml的葡萄糖溶液备用；

（2）将4mm×4mm芯片用去离子水反复冲洗，防止表面灰尘影响还原效果；

（3）将芯片平铺在清洁培养皿底部，依次加入碳酸氢钾溶液，葡萄糖水溶液，2.25ml氯金酸以及30.36ml的去离子水。混合后去掉薄膜表面的气泡，遮光反应18h。反应完成后，薄膜表面的金层将作为基底上的传感平台使用。

c)抗体修饰

(1)利用超声波传感器将柔性薄膜在去离子水中清洗 5 min，清洗完成后等待薄膜自然风干。然后将清洗过的传感芯片浸入到浓度为 40 mM 的巯基乙胺溶液中，室温避光环境下放置 12 h 后取出，形成自组装膜（SAM）。将形成了 SAM 的传感芯片从巯基乙胺溶液中取出，用移液器抽出巯基乙胺，并且加入PBS溶液浸泡30 min，用于除去表面未完全固定的巯基乙胺。

(2)然后将抗体溶液用PBS溶液稀释，得到适当的抗体浓度。在室温下，将抗体溶液与包含有 4 mg/mL 的EDC 和 4 mg/mL的 NHS 的溶液混合30震荡三十分钟，使抗体中的羧基激活成NHS酯，从而使其与自组装层表面的氨基更高效地结合。

(3)最后，将传感芯片浸泡在活化后的抗体溶液中，在37℃环境下放置 1 h，使其与传感芯片的表面均匀结合。然后将修饰完抗体的传感芯片从溶液中取出，并在 PBS溶液中稀释，将泡有芯片的PBS溶液放置在37℃的环境中静置0.5 h，以除去物理吸附在表面上的抗体，至此用于检测的磁致伸缩免疫传感芯片制备完成。

本实施例使用铁酸钴纳米金属颗粒和PDDMS的结合，并在其表面掺杂AuNPS纳米颗粒，构成了具有磁弹性的柔性铁酸钴薄膜。根据修饰不同的抗体，可以检测不同的抗原，增加了铁酸钴薄膜的利用率，扩大了应用的范围。由于此次选用PDMS作为柔性铁酸钴薄膜的基底，较刚性的合金材料更具灵活性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器，其特征在于，包括柔性铁酸钴/PDMS薄膜；所述柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂有AuNPS纳米金层；所述AuNPS纳米金层修饰有抗体；

2.根据权利要求1所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器，其特征在于，铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:5。

3.根据权利要求1所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器，其特征在于，铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶的质量比为10-13:1。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）柔性铁酸钴/PDMS薄膜的制备：将铁酸钴纳米粒子分散到PDMS的A胶中得到均匀的铁酸钴纳米凝胶流体；铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:4-6；将铁酸钴纳米凝胶流体与PDMS薄膜B胶混合得到柔性铁酸钴/PDMS薄膜；

2）薄膜表面AuNPs还原：将柔性铁酸钴/PDMS薄膜浸泡在氯金酸溶液中，遮光反应16-20h；使柔性铁酸钴/PDMS薄膜表面掺杂AuNPS纳米金层；

5.根据权利要求4所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于，铁酸钴纳米粒子与PDMS的A胶的质量比为1:5。

6.根据权利要求4所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于，将掺杂了AuNPS纳米金层的柔性铁酸钴/PDMS薄膜利用超声波清洗以及风干之后，再浸入氯金酸溶液中。

7.根据权利要求4所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于，所述抗体溶液经过稀释和激活：将抗体溶液用PBS溶液稀释，得到适当的抗体浓度；在室温下，将抗体溶液与包含有 4 mg/mL 的EDC 和 4 mg/mL的 NHS 的溶液混合震荡，使抗体中的羧基激活成NHS酯，使抗体与自组装层表面的氨基更高效地结合。

8.根据权利要求4所述的一种柔性铁酸钴薄膜生物传感器的制备方法，其特征在于，将修饰了抗体的自组装膜浸泡在 PBS溶液中；将泡有芯片的PBS溶液放置在37℃的环境中静置0.5 h，以除去物理吸附在表面上的抗体。