CN1417577A - 一种能同时检测多种生物指标的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能同时检测多种生物指标的电容传感器。本发明所述电容传感器是由绝缘基质和固定在绝缘基质上并经过化学修饰的具有多个金属电极的微电极阵列组成。本发明还公开了微电极的制备方法和应用。本发明所述电容传感器根据实时检测电容来监测生物大分子之间特异性结合的动力学过程，使得检测疾病的准确性高，安全可靠，高通量，可极大地满足临床诊断的需求。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域。具体涉及一种能同时检测多种生物指标的传感器。
背景技术
生物传感器是一种集现代生物技术和先进的电子技术于一体的高科技产品，是近几十年内发展起来的一种新的传感器技术。有人把21世纪称为生命科学的世纪和信息科学的世纪。生物传感器正是在生命科学和信息科学之间发展起来的一个交叉学科。传统的传感器中，信号感受器完全是由非生命物质组成的。而生物传感器与传统的各种物理传感器和化学传感器的最大区别，在于生物传感器的感受器中含有生命物质。例如，将一定的植物细胞或动物细胞作为感觉器，可以制成各种细胞传感器；用生物组织作感受器可制成组织传感器(或称为组织电极)；将一些特定的细胞器从细胞里分离出来作为感受器，可制成细胞器传感器；将微生物作为感受器可制成微生物传感器；而将生物分子如蛋白质、核酸等作为感受器，更成为当代生物传感器发展的主流。
但是，多数生物传感器均只能检测单一生物指标，并不能同时检测多个生物指标。如葡萄糖测定仪，电流型生物传感器等。在临床诊断领域，单个生物指标的检测对疾病诊断的意义不大，因为几乎所有单一指标都不能专一地与疾病相对应，所以对疾病的多个相关指标进行检测，会大大提高诊断的准确性，从而使得医生可以及时采取正确的治疗方案，临床上提出能够检测多指标的生物传感器的迫切需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高通量，检测准确，可靠，灵敏度高，可同时检测多种生物指标的电容传感器。
本发明所述的电容传感器由绝缘基质和固定在绝缘基质上并经过化学修饰的具有多个金属电极的微电极阵列组成。
其中，化学修饰是指在金属电极上依次形成绝缘层、交联剂层和生物膜。绝缘层由金属电极表面结合含巯基化合物而形成；交联剂层由绝缘层表面结合交联剂而形成，此交联剂不仅可以与绝缘层上含巯基的化合物共价结合，而且可以共价结合生物大分子；生物膜是在交联剂层表面结合了生物大分子而形成的单分子层，而不影响生物大分子的生物活性。
本发明所述的绝缘基质包括但不限于环氧树脂板、塑料板、PVC板、玻璃载体等。
本发明中所述的金属电极为金、银等导电金属。
本发明中所述生物膜上的生物大分子包括但不限于抗原、抗体和酶等，该生物大分子能与人体体液中的特定物质产生特异性结合。
本发明所述电容传感器的检测原理是建立在双电层理论上的一种传感技术。
由于物质的吸附和表面电荷的改变对双电层结构都产生显著影响，不同浓度的物质结合在电极上导致的电容变化是不同的。所以，当被测体液中的物质浓度不同时，该物质与电极上的生物大分子特异性结合产生的电容变化情况也不相同，当物质浓度在一定范围内时，该电极的电容变化率与物质浓度成正相关。所以，若利用电容器实时检测电容变化率，可得知被测体液的特定物质浓度。由于本发明所述电容传感器含有多个电极，每个电极上均形成了生物大分子的单分子膜，所以该电容传感器可用于同时测定被测体液中多种特定物质的浓度。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述电容传感器的制备方法。
本发明所述电容传感器的制备方法包括下列步骤：
1.在绝缘基质上以一定顺序镀上多个不相连的金属电极，形成电极微阵列，并将各电极的金属导线引出至电容器可测部位(见图2)。
2.将镀后的绝缘基质依次在各种清洗溶液中室温清洗3-10分钟，并吹干；
3.在此绝缘基质表面加入一定浓度的含巯基化合物溶液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温组装3-24小时；
4.依次在各清洗溶液中室温清洗3-10分钟；
5.在此绝缘基质表面加入一定浓度的交联剂溶液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温组装3-24小时；
6.依次在各清洗溶液中室温清洗3-10分钟；
7.在各电极表面加上不同的含有过量生物大分子的溶液，37度组装3-24小时；
8.在此绝缘基质表面加入封闭液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温封闭2小时左右；
9.将制备好的电容传感器放置于2-8度贮存备用。
本发明选用的含巯基化合物优选MUA(11-mercaptoundecanoicacid)，巯基乙二胺，氨基硫酚，十六烷巯基醇等。
本发明选用的交联剂优选戊二醛，EDAC(1-Ethyl-3(3-Dimethylamino-propyl)carbodimide)。
本发明所选用的封闭液优选0.05-0.5％(W/V)BSA。
本发明所选用的清洗试剂包括95％浓硫酸∶H2O2体积比为7∶3的混合溶液，丙酮，酒精，二次水等。
本发明的再一目的是公开上述电容传感器在同时检测多种生物指标中的应用。
本发明所述电容传感器可检测的生物指标涉及的疾病包括但不限于免疫系统的疾病、传染性疾病、肿瘤。
本发明所述电容传感器是通过下述方式实现疾病检测的：
1)同时制备多对完全相同的电容传感器，使得每对电容传感器中的各电极与其相对电极含有的生物大分子种类、数量一致，将每对电容传感器放入一个反应容器中(见图1)。
2)将不同浓度的混合溶液(注：该溶液是可与电极上生物大分子特异性结合的物质的混合溶液，且各物质浓度均为已知)分别注入不同的反应容器中，溶液体积足以令电容传感器上所有电极浸没，放置2-30分钟。通过电容器实时检测各电极上的电容值，根据电容变化率(ΔC/C)与时间(t)的关系值绘制曲线，由此得到(ΔC/C)/t与各物质浓度的关系曲线，此曲线即为标准曲线。
3)将待测体液注入一反应容器中，体液体积足以令电容传感器上所有电极浸没，放置2-30分钟。通过电容器实时检测各测试电极上的电容值，根据电容变化率(ΔC/C)与时间(t)的关系值绘制曲线，由曲线得到各物质的(ΔC/C)/t值，比较标准曲线，即可得到体液中各物质的浓度。
4)将所测得的物质浓度与该物质在正常人体液中的浓度范围相比较，从而判断被测者是否患有相应疾病。
附图说明
图1已安装有电容传感器的反应容器的示意图。
其中4为反应容器，5为微电极阵列，6为待测溶液，7为外接电容检测器。
图2电容传感器示意图。
其中1为连接导线，2为金属电极，依次在电极外形成绝缘层、交联剂层和生物膜，3为绝缘基质。
下面结合附图进一步描述电容传感器的检测过程：
如图2所示，金属电极2上依次形成绝缘层、交联剂层和生物膜，并固定在绝缘基质3上，当一对电容传感器置于反应容器4中，两个微电极阵列中结合了同一生物大分子的电极相对。
将待测体液注入反应容器4中，使微电极阵列5浸于待测体液中进行反应。通过电容器实时检测各电极上的电容值，根据电容变化率(ΔC/C)与时间(t)的关系值绘制曲线，所得(ΔC/C)/t对照相应的标准曲线，可得该体液中各物质的浓度。
本发明是一种可同时检测多种生物指标的电容传感器，根据实时检测的仪器，来监测生物大分子之间特异性结合的动力学过程，使得检测疾病的准确性高，安全可靠，而且可以根据用户的需求制备具有不同指标组合的电容传感器，从而具有高通量性和广泛适用性，并且制备成本较低，在临床诊断领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
金属电极为金电极，其表面为正方形，面积为1mm2，导线为极细的金丝。
制备过程如下：
1.在10mm*10mm的玻片表面以4*3的方阵镀上上述电极，各电极的中心距为1.5mm，形成电极微阵列；
2.玻片依次在浓硫酸∶过氧化氢＝7∶3的溶液，无水酒精，二次水中清洗，室温吹干；
3.玻片浸于1.0mM MUA溶液，组装12小时，室温；
4.玻片依次用无水酒精、二次水清洗，室温10分钟；
5.浸于0.5％戊二醛溶液中，组装12小时，室温10分钟；
6.玻片依次用无水酒精、二次水清洗，室温10分钟；
7.将各电极表面加入不同的抗体溶液，抗体浓度为0.1mg/ml-15mg/ml，37度组装12小时。抗体包括：βHCG，PSA，free PSA，hGH，AFP，CEA，CA12-5，CA15-3，CA19-9，CA242，NSE，Ferritin；
8.玻片浸于0.1％BSA溶液中封闭2小时；
9.将制备好的电容传感器放于2-8度储存备用。
Claims (10)
1、一种能同时检测多种生物指标的电容传感器，其特征在于该传感器由绝缘基质和固定在绝缘基质上并经过化学修饰的具有多个金属电极的微电极阵列组成。
2、一种如权利要求1所述的能同时检测多种生物指标的电容传感器，其特征在于其中所述的化学修饰是指在金属电极上依次形成绝缘层、交联剂层和生物膜。
3、一种如权利要求1或2所述的电容传感器，其特征在于其中所述的金属电极为金、银等导电金属。
4、一种如权利要求1或2所述的电容传感器，其特征在于其中绝缘层为含有巯基的化合物。
5、一种如权利要求1或2所述的电容传感器，其特征在于其中所述的交联层不仅可以与绝缘层上的分子共价结合，而且可以与生物膜上的生物大分子结合，使生物大分子形成单分子层，而并不影响生物大分子的生物活性。
6、一种如权利要求1或2所述的电容传感器，其特征在于其中所述生物膜上的生物大分子包括抗原、抗体和酶。
7、一种如权利要求1所述的电容传感器，其特征在于其中所述的绝缘基质包括环氧树脂板、塑料板、PVC板和玻璃载体。
8、一种如权利要求1所述的电容传感器的制备方法，其特征在于该制备方法包括下列步骤：
1)在绝缘基质上以一定顺序镀上多个不相连的金属电极，形成电极微阵列，并将各电极的金属导线引出至电容器可测部位
2)镀后的绝缘基质依次在各种清洗溶液中室温清洗3-10分钟，并吹干；
3)绝缘基质表面加入一定浓度的含巯基化合物溶液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温组装3-24小时；
4)依次在各清洗溶液中室温清洗3-10分钟；
5)在此绝缘基质表面加入一定浓度的交联剂溶液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温组装3-24小时；
6)依次在各清洗溶液中室温清洗3-10分钟；
7)各电极表面加上不同的含有过量生物大分子的溶液，37度组装3-24小时；
8)此绝缘基质表面加入封闭液，溶液体积足够浸润所有电极表面，室温封闭2小时左右；
9)将制备好的电容传感器放置于2-8度贮存备用。
9、一种如权利要求1所述的电容传感器在多种生物指标检测中的应用，其特征在于该传感器可检测指标所涉及疾病包括免疫系统的疾病、传染性疾病和肿瘤。
10、一种如权利要求9所述的电容传感器在多种生物指标检测中的应用，其特征在于它的检测是通过
1)将已知不同浓度的与电极上生物大分子特异性结合的物质的混合溶液，通过电容器实时检测各电极上的电容值，根据电容变化率(ΔC/C)与时间(t)的关系值绘制曲线，由此得到(ΔC/C)/t与各物质浓度的关系曲线，此曲线即为标准曲线；
2)将待测体液注入一反应容器中，通过电容器实时检测各测试电极上的电容值，根据电容变化率(ΔC/C)与时间(t)的关系值绘制曲线，由曲线得到各物质的(ΔC/C)/t值，比较标准曲线，即可得到体液中各物质的浓度；
3)将所测得的物质浓度与该物质在正常人体液中的浓度范围相比较，从而判断被测者是否患有相应疾病。
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