CN208860789U - 基于2-巯基苯并咪唑的l-半胱氨酸传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于2‑巯基苯并咪唑的L‑半胱氨酸传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有2‑巯基苯并咪唑膜(12)。本实用新型将2‑巯基苯并咪唑(2‑MBI)修饰在栅极延长出来的金电极的金膜层表面上，形成一种简易的2‑MBI自组装膜延长栅金电极(G‑GE)，利用场效应晶体管原位信号的放大作用对L‑半胱氨酸(L‑Cys)实现灵敏检测。传感器对L‑半胱氨酸具有良好的能斯特响应关系，线性范围为5.0×10^‑8—1.0×10^‑4mol/L，响应灵敏度为62.28mV/pC(25℃)，检出限为2.7×10^‑8mol/L。其制备过程简单便捷，响应时间快，具有潜在的应用前景。

Description

基于2-巯基苯并咪唑的L-半胱氨酸传感器

技术领域

本实用新型属于化学/生物传感技术领域，具体涉及一种基于2-巯基苯并咪唑的L-半胱氨酸传感器，即一种选择性膜电位型传感器，适用于健康养殖与生命科学方面的检测。

背景技术

L-半胱氨酸(L-Cysteine；L-Cys)是一种重要的条件氨基酸，对许多必需的生物化学物质如辅酶A，肝素，生物素，类脂酸和谷胱甘肽的适当代谢起着关键作用；同时半胱氨酸作为含硫氨基酸在生物细胞代谢和稳态系统中发挥着重要作用，为蛋白质通过二硫键进行分子内交联以支持它们的二级结构和功能提供了机遇，是一种疾病相关的生理调节剂，也被用作生物体许多疾病的生物标志物。生理水平(30-200μM)的L-半胱氨酸浓度偏差与高半胱氨酸血症、类风湿性关节炎、帕金森病、阿尔茨海默氏病等慢性疾病以及不良妊娠结局有关，从临床角度来看，L-半胱氨酸在体液中具有高灵敏度和高选择性的测定是至关重要的。考虑到目前可用的方法，L-半胱氨酸检测的直接方法具有相当大的意义，检测L-半胱氨酸的常用方法有高效液相色谱法(HPLC)、流动注射分析法(FIA)、高效毛细管电泳法(HPCE)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS/MS)、荧光分析法、比色传感分析法等。然而，这些分析方法需要的仪器成本昂贵、实验的操作流程复杂，且需要熟练的技术人员，不易于实现微型化和实时地检测。因此，移动实验室，现场环境实时实地检测方法和便携式检测仪器等具有更广泛的研究前景；而电流型电化学传感分析法也被广泛应用于检测L-半胱氨酸。尽管如此，这些方法大多不能实时产生结果，必须在外部实验室进行。此外，它们受到分析成本高昂，精密设备以及合格人员的限制。因此，重要的是开发新的技术，获得可靠的原位数据，易于处理，成本效益高，结果快速准确。为了解决这个问题，相对的耗时少，易于小型化，相对较低的成本、更高的选择性和敏感性的电位型离子选择性电极具有更广泛的应用前景。

离子选择性电极(Ion-selective electrodes，简称ISEs)是用于检测对应于溶液中阴离子和阳离子的离子活性(即热力学补偿浓度)的电位差的传感器，由于其可靠性和可行性，离子选择性电极(ISE)已被广泛使用，用于电位测量作为电分析技术的阳离子和阴离子的识别。这些化学传感器大约在二十年前已被详细描述。一般来说，ISE分为两组，分别是传感器的敏感部分：液膜和固体膜。基于含有中性或带电载体(离子载体)的聚氯乙烯-聚合物膜的液膜隔离器件，可用于分析化学中大量无机和有机离子的测定。根据它们的大小和化学结构，离子载体提供结合大量离子物质的能力。然而，含氮小分子如氨基酸、苯丙胺和苯丙胺类物质的ISE尚未在文献中广泛报道。到目前为止，只有亲脂性环糊精和冠醚已被用作苯丙胺识别的载体分子。Saad等人分别报道了在1,2-二氯乙烷中分别基于二苯并-18-冠-6醚和二苯并-24-冠-8-醚的两种苯丙胺传感器作为液膜ISE的宏观活性组分。然而，到目前为止还没有报道基于2-巯基苯并咪唑活性载体膜选择性识别L-半胱氨酸的电位型电化学传感器。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种基于2-巯基苯并咪唑的L-半胱氨酸传感器。

为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

所述基于2-巯基苯并咪唑的L-半胱氨酸的传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有2-巯基苯并咪唑膜(12)。

其中，所述场效应晶体管包括Si基底层(1)和设于Si基底层(1)上的多晶硅栅极(7)；所述Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，所述p阱(2)处设有源电极(4)和漏电极(5)，被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上设有二氧化硅层(6)；所述多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)；在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上还设有氮化硅层(11)。所述铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。

所述传感器对L-半胱氨酸(13)具有良好的能斯特响应关系，线性范围为5.0×10^-8—1.0×10^-4mol/L，响应灵敏度为62.28mV/pC(25℃)，检出限为2.7×10^-8mol/L。

所述基于上述传感器的L-半胱氨酸的检测方法包括如下步骤：

(1)在场效应晶体管的Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱(2)处构建源电极(4)和漏电极(5)，然后在被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上构建二氧化硅层(6)，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)，最后在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上构建氮化硅层(11)；将栅极部分延长0.1—500mm的距离，制得具有栅极金电极的延长栅场效应晶体管；

(2)制备2-巯基苯并咪唑的氢氧化钠溶液，并将抛光、清洗、且于Piranha溶液中浸泡过的延长栅场效应晶体管的栅极金电极再次清洗后浸泡于2-巯基苯并咪唑的氢氧化钠溶液中，然后洗净浸泡后的栅极金电极，制得2-巯基苯并咪唑膜(12)修饰的2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极；

(3)将参比电极、2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极与延长栅场效应晶体管的电极接口相连形成双高阻差分放大电路，将参比电极、2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极插入Tris-HCl缓冲溶液中，将延长栅场效应晶体管的电源接口分别与稳压电源的正负极相连，将延长栅场效应晶体管的信号输出接口与万用电表的测试端口相连，由此构成一个完整的传感检测回路；利用场效应晶体管的原位信号放大作用，可灵敏检测体系的电位变化；作为工作电极的2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极在Tris-HCl缓冲溶液的电位会随着时间的增加而逐渐趋向于稳定，待电位稳定后加入含有不同浓度L-半胱氨酸(13)的待测样品，进而获得相应的电位响应数据，完成待测样品中L-半胱氨酸(13)的检测。

优选地，步骤(1)中，用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)时，采用Si₃N₄进行钝化；铝铜合金层(8)包括如下重量份的组分：Al 40—68、Cu 30—60、Ni 2—12、Fe 1—8、Ti 1—6、Nb 0.01—0.50；铬钯合金层(9)包括如下重量份的组分：Cr 40—80、Pd 10—40、Ni 2—12、Fe 1—8、Ti 1—6、Nb 0.01—0.50；铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。

优选地，步骤(2)中是制备1.0—20.0mmol/L的2-巯基苯并咪唑的氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.01—1.0mol/L。步骤(2)中栅极金电极浸泡于2-巯基苯并咪唑的氢氧化钠溶液中的时间为1—48h。

优选地，步骤(3)中的参比电极为双盐桥饱和甘汞电极或内置饱和KCl溶液的Ag/AgCl电极，工作电极为2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极。步骤(3)中的Tris-HCl缓冲溶液pH为pH3.0—10.0，pH值优选为6.0，其配制方法是先将三羟甲基氨基甲烷溶于超纯水，配制浓度为0.1mol/L，然后加盐酸通过pH计校正其pH值。

下面对本实用新型作进一步说明：

本实用新型将场效应晶体管(FET)的栅极金电极(G-GE)延长一定距离，如延伸0.1—500mm，在G-GE表面自组装上2-巯基苯并咪唑(2-MBI)，形成一种可检测L-半胱氨酸的新型传感器。传感界面的电化学测试、XPS分析表明，2-MBI的咪唑环可以与L-半胱氨酸的羧基和巯基之间形成弱氢键作用，使电极表面的膜电位发生改变，达到一种对L-半胱氨酸的超分子选择性识别作用，从而实现对L-半胱氨酸的定量分析。实验表明，该电极在pH＝6.0的TRIS-HCL缓冲液中对L-半胱氨酸有良好的电位响应性能，线性范围为5.0×10^-8—1.0×10^-4mol/L，响应斜率为62.28mV/pC(25℃)，检出限达到2.7×10^-8mol·L^-1；电极响应速度较快，抗干扰能力强。此外，将该电极用于实际猪血清样品中L-半胱氨酸含量的测定，回收率为101.5％，表明该新型电极在生命科学、健康绿色养殖等领域有着重要的应用前景。

总之，本实用新型开发了一种简便的选择性膜电位型电化学传感器，提供了一种新的L-半胱氨酸的检测方法，即将2-巯基苯并咪唑(2-MBI)修饰在栅极延长出来的金电极的金膜层表面上，形成一种简易的2-MBI自组装延长栅金电极(G-GE)，利用场效应晶体管原位信号的放大作用对L-半胱氨酸实现灵敏检测。实验测试结果显示，该传感器在L-半胱氨酸浓度为5.0×10^-8—1.0×10^-4mol/L范围内表现出良好的能斯特响应，而且其制备过程简单便捷，响应时间快，具有潜在的应用前景。

附图说明

图1为延长栅极场效应晶体管的设计示意图；图中：1、Si基底层，2、源电极，3、漏电极，4、p阱，5、N型衬底，6、二氧化硅层，7、多晶硅栅极，8、铝铜合金层，9、铬钯合金层，10、金膜层，11、氮化硅层，12、2-巯基苯并咪唑膜；

图2为2-MBI分子结合L-半胱氨酸分子的识别响应原理示意图；图中：10、金膜层，12、2-巯基苯并咪唑膜，13、L-半胱氨酸；

图3：图3A和图3B分别为电极在铁氰化钾溶液(含有5.0mmol/LK₃[Fe(CN)₆]，5.0mmol/L K₄[Fe(CN)₆]，0.5mol/LNa₂SO₄)中的循环伏安图和交流阻抗图；图3A和图3B中：a、G-GE，b、G-GE/2-MBI，c、G-GE/2-MBI/L-cys；

图4为不同电极表面的XPS全谱图；图中：a、G-GE，b、G-GE/2-MBI，c、G-GE/2-MBI/L-cys；

图5：图5A为G-GE/2-MBI电极在不同修饰时间结合不同浓度L-半胱氨酸后得到的电位响应曲线图；图5B为2-MBI修饰时间对电极斜率的影响关系曲线；

图6：图6A为不相同pH条件下2-MBI膜修饰G-GE电极的电位随被测物L-半胱氨酸浓度变化的关系曲线图；图6B为2-MBI膜修饰G-GE电极的斜率随pH变化的关系图；

图7为2-MBI修饰G-GE电极在Tris-HCl缓冲液(pH＝6.0)中检测L-Cys的电位随浓度变化的响应曲线及线性关系曲线图；其中，内插图为线性拟合关系曲线；

图8为2-MBI修饰G-GE电极在Tris-HCl缓冲溶液中加入不同浓度L-半胱氨酸后的动态响应曲线图；

图9：图9A为G-GE/2-MBI电极对L-半胱氨酸检测的选择性关系图；图9B为常见氨基酸共存时对G-GE/2-MBI电极检测L-半胱氨酸的影响。

具体实施方式

一、实验过程

1、G-GE/2-MBI电极的制备

将金电极在超纯水中超声清洗5min，依次再在1μm、0.3μm、0.05μm的Al₂O₃粉打磨抛光。再依次在超纯水、乙醇和超纯水中超声清洗5min，自然晾干后，放置于Piranha溶液(Piranha溶液是浓硫酸和体积百分比浓度为30％的过氧化氢按体积比3:1组成的混合物)中浸泡2min，然后再依次在超纯水、乙醇和超纯水中分别超声清洗5min，自然晾干。随后，将打磨好的金电极在5.0mmol/L的2-MBI的氢氧化钠溶液(0.1M)中浸泡12h。最后将2-MBI自组装膜修饰的金电极取出，在用实验室自制超纯水冲洗干净，干燥保存，得到2-巯基苯并咪唑(2-MBI)自组装膜金电极。

2、延长栅极场效应晶体管的设计及栅极金电极的制备

图1是延长栅极场效应晶体管的设计示意图，即结合金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的基本结构，在场效应晶体管的Si基底层1上植入p阱2和N型衬底3，采用热蒸发和磁控溅射技术在p阱2处构建源电极4和漏电极5，然后在被植入p阱2和N型衬底3并构建有源电极4和漏电极5的Si基底层1上构建二氧化硅层6，再采用热蒸发和磁控溅射技术在多晶硅栅极7的基底层上依次镀上铝铜合金层8、铬钯合金层9和金膜层10，最后在多晶硅栅极7的基底层和二氧化硅层6上构建氮化硅层11；铝铜合金层8包括如下重量份的组分：Al40—68、Cu 30—60、Ni 2—12、Fe 1—8、Ti 1—6、Nb 0.01—0.50；铬钯合金层9包括如下重量份的组分：Cr 40—80、Pd 10—40、Ni 2—12、Fe 1—8、Ti 1—6、Nb 0.01—0.50；铝铜合金层8的厚度为20—600nm，铬钯合金层9的厚度为20—600nm，金膜层10的厚度为20—1000nm；将栅极部分的金电极延长300mm的距离，并且利用SiO₂和Si₃N₄钝化场效应晶体管晶片，目的是防止晶片除Au外的部分与溶液接触，从而形成延长栅极场效应晶体管(EGFET)。对EGFET的延长栅极金电极(G-GE)膜表面进行不同的物理/化学修饰处理，形成敏感膜以实现对待测目标物的灵敏检测。按前述方法，将2-巯基苯并咪唑(2-MBI)自组装在栅极金电极的表面，制得2-巯基苯并咪唑膜12修饰的2-巯基苯并咪唑膜栅极金电极(G-GE/2-MBI)。

3、自组装膜栅极金电极的测试

在0.5mol·L^-1的Na₂SO₄和5.0mmol·L^-1的K₃[Fe(CN)₆]/K₄[Fe(CN)₆]的氧化还原电解质溶液中，采用交流阻抗(EIS)和循环伏安法(CV)检测2-MBI自组装膜电极表面的电化学性能。2-MBI分子自组装的金电极为工作电极，双盐桥饱和甘汞电极作为参比电极，通过测试一系列已知浓度的L-半胱氨酸标准溶液，得到所测试浓度对应的电位值，以电位值为Y轴，浓度值为X轴做工作曲线，然后对样品溶液中L-半胱氨酸的进行测试得出其对应的电位变化值，通过所得工作曲线，计算出未知样品溶液中L-半胱氨酸的浓度值。其中，实验过程中所用的缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液(0.1mol/L)，pH值范围为3.0—10.0，其配制方法是先将三羟甲基氨基甲烷溶于超纯水，然后加盐酸通过pH计校正其酸碱度。

4、电极的恢复方法

在完成对L-半胱氨酸检测后，对检测后的电极先通过Piranha溶液浸泡清洗2min，然后用超纯水清洗，再在0.3μm、1μm、0.05μm的Al2O3混合粉末上打磨抛光，接着在乙醇中超声清洗5min后用超纯水洗净，然后将电极在电位范围为-0.3—1.5V内，在0.1mol·L^-1的硫酸中以100mV·s^-1的速度扫描15次以上，再在超纯水、乙醇和超纯水中分别超声洗净即可，备用于下一次分子自组装和L-半胱氨酸检测。

二、实验结果与分析

1、G-GE/2-MBI的响应原理及电化学表征

2-巯基苯并咪唑(2-MBI)是一种含有苯环和咪唑杂环的巯基化合物，一端的巯基可以与Au形成Au—S键而有序地自组装在金电极表面上，另一端的咪唑环可以与L-半胱氨酸羧基和巯基之间形成弱氢键作用结合，从而引起电极表面膜电位的变化，实现G-GE/2-MBI电极对L-半胱氨酸的超分子选择性识别，其响应识别过程如图2所示。

为了佐证L-半胱氨酸与2-MBI自组装膜金电极表面之间的识别作用原理，本实用新型分别通过循环伏安的方法、交流阻抗的电化学方法，考察了上述三种电极(a、G-GE，b、G-GE/2-MBI，c、G-GE/2-MBI/L-cys)表面的电化学行为(如图3所示)。图3A和3B中a曲线代表裸金电极，如图3A所示a的电流值较大，而与之对应的阻抗值较小(图3B)，说明经预处理后的裸金电极具有强的电子传递能力；图中b曲线代表2-MBI修饰金电极，如图3A中明显可看出其电流值比a变小，相应的图3B中可以看出，高频部分出现了一个半圆，阻抗值明显增大，说明2-MBI一端的巯基在金表面上形成了一层膜，且这一层单分子自组装膜不导电或者导电能力弱，使得在[Fe(CN)₆]^3-/^4-体系中电子在电极表面的传导减弱。当加入浓度为1.0×10^-4mol·L^-1L-半胱氨酸后，电极的电流明显增强，相应阻抗值减小(如曲线c所示)，这是由于2-MBI因氢键作用力而吸附了带电荷的L-半胱氨酸，使得电极界面阻抗减小，增强了电极表面的电子传导能力，从而产生电化学信号由电极传导出来。图3A的循环伏安变化趋势能从图3B中电极表面对应的阻抗中得到印证，表明该自组装膜电极对用于L-半胱氨酸的超分子识别检测具有可行性。

2、G-GE/2-MBI的XPS表征

通过X-射线光电子能谱(XPS)对G-GE、G-GE/2-MBI和G-GE/2-MBI/L-cys三种电极的表面进行定性分析，从XPS能谱图(如图4)中分析其元素组成验证修饰电极与目标离子之间的相互作用情况。如图4可知，相比裸金电极(a曲线)，经自组装2-MBI后的金电极产生了一个S元素的峰，说明2-MBI自组装在电极表面，而从c曲线的N元素出现的特征峰可知，加入L-半胱氨酸后，L-半胱氨酸与2-MBI发生了相互键合反应的作用，说明了电极膜表面对L-半胱氨酸检测的可行性。

3、G-GE/2-MBI最佳修饰时间的选择

实验探讨了G-GE/2-MBI修饰电极在修饰时间分别为4h、8h、12h、24h、36h、48h、72h时，在pH＝6.0的条件下，电极电位随L-半胱氨酸加入浓度的变化关系图(如图5A所示)，并求出对应修饰时间下电极对L-半胱氨酸检测的响应斜率，并以响应斜率为Y轴，修饰时间为X轴做关系图(如图5B所示)。从图5A中可看出，该电极在修饰时间为8h、12h、24h、36h、48h、72h时其具有较高的线性拟合度；而从5B可以看出，在修饰时间为12h、36h、72h时具有较低的误差棒，但在修饰时间为12h时误差棒最小，且此时其斜率值约为62.28mV·pc^-1(25℃)，呈近能斯特响应，具有较高的线性拟合度R²＝0.9939；因此本实验电极选择12h作为后续实验过程中工作电极的最佳修饰时间。

4、G-GE/2-MBI最佳pH选择

实验分别探讨了G-GE/2-MBI电极在Tris-HCl缓冲溶液(pH分别为3.0、4.0、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、8.0、9.0、10.0)中电位随L-半胱氨酸加入浓度的变化关系，做出不同pH条件下电位差随浓度变化曲线图(图6A)以及斜率与pH的关系图(图6B)，并依此求出线性斜率。如图6A可以看出，当pH＝5.0～8.0时，电极对L-半胱氨酸的响应呈近能斯特响应，而当pH＝6.0时，其斜率值为62.28±1.0mV·pc^-1(25℃)，接近能斯特响应斜率的理论值(59.2mV·pc^-1)，电极响应斜率误差棒最小，响应性能最稳定。所以，实验选择的最佳pH值为6.0。

6、G-GE/2-MBI响应性能

实验探讨了G-GE/2-MBI对L-半胱氨酸的电位响应性能，图7是电极在Tris-HCl缓冲溶液(pH＝6.0)条件下，对浓度为1.0×10^-8—1.0×10^-4mol/L的L-半胱氨酸检测后得到的电位随浓度变化的响应曲线图。由图可知，随着L-半胱氨酸浓度的增加，电极电位也逐渐降低，说明修饰电极表面键合的L-半胱氨酸增加，且该电极在pH＝6.0的Tris-HCl缓冲溶液中对L-半胱氨酸离子在5.0×10^-8—1.0×10^-4mol/L的浓度范围内有较好的线性响应关系(如图7内插图可知)，采用最小二乘法拟合得线性方程为ΔE＝-62.28log(c)-470.46，根据作图法可得到其检测下限为2.7×10^-8mol/L。

6、响应时间、稳定性和重现性的测定

实验探讨了G-GE/2-MBI测试的稳定性情况，以及对不同浓度L-半胱氨酸检测所产生电位信号随时间的动态响应情况(如图8)。图8是在pH＝6.0的TRIS-HCL缓冲溶液中，对加入不同浓度L-半胱氨酸检测后的电位随时间变化的动态响应曲线图，即从低浓度到高浓度，对浓度范围在5.0×10^-8—1.0×10^-4mol·L^-1的L-半胱氨酸进行连续测量，并每隔十秒记录一个电位值。如图8可以看出，在整个连续测定过程当中，电极电位每次达到平衡的时间都比较短，以90％的电位响应最大值来计算，电极的响应时间为25s，表明该电极对L-半胱氨酸的测试具有快的响应速度，同时也说明电极的响应性能稳定；当电位随着时间的增加电位值逐渐趋向于稳定时，即可加入下一个浓度的L-半胱氨酸进行检测。

实验探讨了该电极的有效使用寿命，将该电极对浓度为5.0×10^-6mol·L^-1的L-半胱氨酸样品连续监测25min，电位漂移<±1.0mV，所测得的相应电位数据的相对标准偏差为1.05％(n＝5)，表明该电极具有好的稳定性。

实验也探讨了G-GE/2-MBI的重现性，对不同浓度L-半胱氨酸样品进行测试，即对5.0×10^-7mol·L^-1和5.0×10^-6mol·L^-1的L-半胱氨酸样品来回测定并记录它们的电位响应值，分别测试10次(如表1所示)。通过对数据的分析、处理，发现其标准偏差分别为±1.302和±2.291，相对标准偏差分别为1.603％和1.585％。结果显而易见，两者的标准偏差和相对标准偏差都比较小，说明该电极的重现性良好。

表1在Tris-HCl缓冲液(pH＝6.0)中G-GE/2-MBI电极的重现性

7、G-GE/2-MBI的选择性

对于离子选择性电位型电化学传感器来说，选择性是评价其传感性能的一个重要参数，也是判断其是否能用于实际应用的一个重要因素。图9A是G-GE/2-MBI分别对浓度为1.0×10^-6mol·L^-1的L-半胱氨酸和浓度为1.0×10^-4mol·L^-1的L-Val、L-Try、L-Phe等十五种氨基酸检测后的电位值变化图，如图9A可看出，L-半胱氨酸的响应值达到-108mV，其它氨基酸基本无电位变化，但对L-胱氨酸的响应值到达20mV，一是由于在二硫键与Au共同存在的情况下，胱氨酸的二硫键与金电极表面的Au原子发生置换反应，从而产生较弱的电位信号；二是在酸性条件下胱氨酸会发生水解生成L-半胱氨酸，从而生成的L-半胱氨酸与工作电极作用产生电位信号，但由于其水解程度较弱，从而所产生的电位信号也相对较弱。图9B是考察了在G-GE/2-MBI对1.0×10^-6mol·L^-1浓度的L-半胱氨酸检测的电位值稳定后，再分别加入1.0×10^-4mol·L^-1的L-Val、L-Try、L-Phe、L-Leu、L-Thy、L-Ala、L-Iso、L-Gly、L-Arg、L-Pro、L-Cystine、L-Met、L-His、L-Lys等十五种氨基酸后的电位值变化情况图，如图9B可看出，仅当在加入L-胱氨酸时电位值升高了12±2mV，而加入其他氨基酸时电位值基本没有发生变化，不干扰电极对L-半胱氨酸的测定。因此，该电极具有良好的选择性。

8、回收率的测定与分析应用

在最佳实验条件下，本实验考察了G-GE/2-MBI对实际样品猪血清中L-半胱氨酸含量的检测应用。测定时，采用标准加入法，即在预处理过猪血清中加入已知浓度的L-半胱氨酸，用修饰电极测出其电位的变化量，对照工作曲线找出浓度，并计算出回收率，测得猪血清样品中L-半胱氨酸的回收率为101.5％，说明该自组装电化学传感器具有较好的准确性，实用性强，可以用于实际样品中L-半胱氨酸含量的测定分析，在生命科学、医学、食品和农畜产品绿色安全检测等领域中具有重要的应用和研究价值。

总之，本实用新型中，2-MBI修饰延长栅极金电极，对L-半胱氨酸显示出优异的分子识别作用，将之应用于猪血清样品中L-半胱氨酸的检测，显示出良好的稳定性、重现性、选择性和灵敏性，在生命科学、生物医学和农畜产品安全检测等领域具有很好的应用前景。

Claims (3)

1.基于2-巯基苯并咪唑的L-半胱氨酸传感器，所述传感器包括场效应晶体管，所述场效应晶体管上设有栅极延长的金电极，其特征在于，所述栅极延长的金电极中，所述栅极部分延长0.1—500mm的距离，金电极的金膜层(10)表面组装有2-巯基苯并咪唑膜(12)。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述场效应晶体管包括Si基底层(1)和设于Si基底层(1)上的多晶硅栅极(7)；所述Si基底层(1)上植入p阱(2)和N型衬底(3)，所述p阱(2)处设有源电极(4)和漏电极(5)，被植入p阱(2)和N型衬底(3)并构建有源电极(4)和漏电极(5)的Si基底层(1)上设有二氧化硅层(6)；所述多晶硅栅极(7)的基底层上依次镀上铝铜合金层(8)、铬钯合金层(9)和金膜层(10)；在多晶硅栅极(7)的基底层和二氧化硅层(6)上还设有氮化硅层(11)。

3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述铝铜合金层(8)的厚度为20—600nm，铬钯合金层(9)的厚度为20—600nm，金膜层(10)的厚度为20—1000nm。