专利名称：用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及分析化学技术领域，具体涉及的是一种用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置。
背景技术：
用于测定不同生物样品中蛋白质浓度的方法有很多，比如凯氏定氮法(Kjeldahl, J. Z.，1883，Anal. Chem.，22，366-382.)，双缩脲法(Cole, E. R.，1969，RevPure and AppI. Chem. , 19, 109-130. ), Lowry 法(Lowry, 0. H. , Rosebrough, N.J. , Farr, A. , Randal I, R. , 1951, J. Biol. Chem. , 193, 265-275. )，BCA 法(Smith, P.K. , Krohn, R. I. , Hermanson, G. T. , MalIia, A. K. , Gartner, F. H. , Provenzan, M. D. , Fujimoto, E. K. , Goeke, N. M. , Olson, B. J. , Klenk, D. , 1985, Anal. Biochem. , 150, 76-85.),紫外吸收法(Layne, E.，1957，Method. Enzymol.，3，447-454. ; Warburg, 0.，Christian,ff.，1942, Biochem. Z.，310，384-421.)，以及考马斯亮蓝法(Bradford, M.，1976, Anal.Biochem.，72，248-254.)等。每种方法都有各自的优点和缺点。例如，对于经典的凯氏定氮法，它的不足除了所需时间(3-5h)较长外，还在于不能排除三聚氰胺等非蛋白氮(nonprotein nitrogen, NPN)对于样品中蛋白浓度测定的干扰,测定的蛋白质浓度结果会比实际值偏高，而且食品中掺杂的三聚氰胺等NPN杂质对人体健康造成的危害已经有广泛的报道(Gossner, C. M-E. , Schlundt, J. , Embarek, P. B. , Hird, S. , Lo-Fo-ffong, D. , Betran,J. J. 0. , Teoh, K. N. , Tritscher, A. , 2009, Environ. Health Perspect. , 117, 1803 - 1808.)。生物传感器是一种使用物理化学检测器来选择性的检测可以与具有生物活性成分相结合的样品分析装置。生物传感器作为一种简单的，便携的，经济且高效的分析工具已广泛用于蛋白质测定。其中测定蛋白质浓度的生物传感器有电化学生物酶反应传感器(Setford, S. J.，White,S. F.，Bolbot,J. A.，2002,Biosens. Bioelectron.，17,79-86.)，白激发玻璃悬臂式传感器(Campbell, G. A. , Mutharasan, R. , 2005, Biosens. Bioelectron.,
21, 597-607.),光学相移传感器(Ozkumur, E.，Yalfm，A.，Cretich, M. , Lopez, C. A.,Bergstein, D. A. , Goldberg, B. B. , 2009, Biosens. Bioelectron. , 25,167-72.),多配体阵列传感器(Andersson, 0. , Nikkinen, H. , Kanmert, D. , Enander, K. , 2009, Biosens.Bioelectron. , 24, 2458-64.)，比色法探头传感器(Hou, C.，Dong, J.，Zhang, G.，Lei, Y.，Yang, M.，Zhang, Y. , 2011, Biosens. Bioelectron. , 26, 3981-6.)等。此外，多种传感器已应用于测定三聚氰胺等非蛋白氮(NPN),如SPR光学传感器(Fodey, T. L. , Thompson, C. S.,Traynor, I. M. , Haughey, S. A. , Kennedy, D. G. , Crooks, S. R. H. , 2011, Anal. Chem. ,83,5012-5016.)，纳米金颗粒传感器(Cao, Q.，Zhao, H.，He, Y.，Li，X.，Zeng, L.，Ding, N.，Wang, J.，Yang, J.，Wang, G.，2010, Biosens. Bioelectron.，25, 2680-2685.)，以及电化学传感器(Zhu, H. , Zhang, S. , Li, M. , Shao, Y. , Zhu, Z. ,2010, Chem. Commun. , 46, 2259-2261.) 坐寸o尽管已经有很多生物传感器用于测定蛋白质浓度或者检测食品中三聚氰胺等NPN杂质，但是到目前为止还没有用于定量测定蛋白质总浓度以及同时避免非蛋白氮(NPN)对蛋白质浓度检测干扰的可视化生物传感器。
发明内容
本发明的目的就是针对以上存在的问题，提供一种用于测定蛋白质总浓度的可视化传感器装置，该装置基于移动反应界面滴定(moving reaction boundary titration,MRBT)技术，通过记录单位时间内移动反应界面(MRB)的相对距离不同来测定蛋白质总浓度。经过实验验证不同非蛋白氮(NPN)的加入对实验结果无明显影响，能够排除非蛋白氮对蛋白质浓度测定的干扰。为了实现上述目的，本发明提出一种用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感 器装置，包括电泳管，水平放置于一操作平台上；两个四通玻璃管，位于所述电泳管的两侧，且两个所述四通玻璃管的第一端口和所述电泳管的两端相连；两个恒流泵，其一端分别和两个所述四通玻璃管的第二端口相连；阳极电解液槽和阴极电解液槽，分别和两个所述恒流泵的另一端相连；阳极废液槽和阴极废液槽，分别和两个所述四通玻璃管的第三端口相连；电压供给装置，和两个所述四通玻璃管的第四端口相连；数据记录装置，位于所述电泳管的一侧。可选的，所述电压供给装置包括电源和一对电极，所述电极放置于所述四通玻璃管的第四端口中，且所述电极通过香蕉插头、香蕉插座和导线分别和所述电源的正负两极相连。可选的，所述的电极为金属钼电极、金电极或石墨电极。可选的，所述数据记录装置包括相机支架、数码相机、所述操作平台上的刻度标尺和提供光源的白光板，其中所述数码相机通过所述相机支架垂直置于所述电泳管上方，所述刻度标尺位于所述电泳管下方，所述白光板位于所述刻度标尺下方。可选的，还包括凝胶，位于所述的电泳管中，所述凝胶包含聚丙烯酰胺凝胶、蛋白质溶液、背景电解质溶液和指示剂。可选的，所述聚丙烯酰胺凝胶的组成包括丙烯酰胺、N-N’ -甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和四乙基乙二胺。可选的，所述聚丙烯酰胺凝胶浓度范围为12.0%_18.0%，交联度范围为3. 0%-5. 0%。可选的，所述指示剂为酸碱指示剂。可选的，所述阳极电解液槽中包括背景电解质溶液，且所述阳极电解液槽中的背景电解质溶液的成分和离子强度与所述电泳管中的背景电解质溶液的成分和离子强度相同。可选的，所述阴极电解液槽中包括碱溶液和背景电解质溶液，所述阴极电解液槽中的背景电解质溶液的成分与所述电泳管中背景电解质溶液的成分相同，所述阴极电解液槽中的碱溶液和背景电解质溶液各成分离子强度之和与所述电泳管中背景电解质溶液的离子强度相同。可选的，所述阳极电解液槽与阴极电解液槽中的背景电解质溶液为钾离子、钠离子或锂离子的电解质溶液。
本发明用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置的有益技术效果为一、本发明作为一种用于测定蛋白质总浓度的可视化的生物传感器，检测被固定的蛋白质与传统的色谱和电泳法中分析可移动的蛋白质的方法明显不同，本发明可以十分方便的观测和记录MRB的移动，而MRB单位时间内移动距离与蛋白质浓度具有线性的函数关系；二、实验验证本发明对于样品中加入小分子非蛋白氮(NPN)具有较强的抗干扰能力；三、本发明可以快速测定牛奶等生物样品中蛋白质总含量，一般为10分钟左右，比传统的凯氏定氮法(3到5小时)节省大量时间。
图I为本发明用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置的结构示意图。图2为本发明用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置的MRBT操作平台装置结构示意图。
具体实施例方式下面，结合附图对本发明作进一步的详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。请参考图1，图I中，用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置，包括电泳管5，水平放置于一操作平台3上，电泳管5中放置有凝胶，凝胶包含聚丙烯酰胺凝胶、蛋白质溶液、背景电解质溶液和指示剂，聚丙烯酰胺凝胶的组成包括丙烯酰胺、N-N’ -甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和四乙基乙二胺，聚丙烯酰胺凝胶浓度范围为12. 0%-18. 0%，交联度范围为3. 0%-5. 0%，指示剂为酸碱指示剂；两个四通玻璃管6，位于所述电泳管5的两侧，且两个所述四通玻璃管6的第一端口 21和所述电泳管5的两端通过橡胶管7相连，图2是操作平台装置结构示意图，可以看到在电泳管5的下方还设置有刻度标尺33 ;两个恒流泵14，其一端分别和两个所述四通玻璃管6的第二端口 22相连；阳极电解液槽12和阴极电解液槽13，分别和两个所述恒流泵14的另一端相连，阳极电解液槽12中包括背景电解质溶液，且阳极电解液槽12中的背景电解质溶液的成分和离子强度与电泳管5中的背景电解质溶液的成分和离子强度相同，阴极电解液槽13中包括碱溶液和背景电解质溶液，阴极电解液槽13中的背景电解质溶液的成分与所述电泳管中背景电解质溶液的成分相同，阴极电解液槽13中的碱溶液和背景电解质溶液各成分离子强度之和与电泳管5中背景电解质溶液的离子强度相同，阳极电解液槽12与阴极电解液槽13中的背景电解质溶液为钾离子、钠离子或锂离子的电解质溶液；阳极废液槽15和阴极废液槽16，分别和两个所述四通玻璃管6的第三端口 23相连；电压供给装置，和两个所述四通玻璃管6的第四端口 24相连，电压供给装置包括电源I和一对电极，所述电极放置于所述四通玻璃管6的第四端口 24中，且所述电极通过香蕉插头9、香蕉插座和导线17分别和所述电源I的正负两极相连，电极为金属钼电极、金电极或石墨电极；数据记录装置，位于所述电泳管的一侧，数据记录装置包括相机支架10、数码相机11、操作平台3上的刻度标尺33和提供光源的白光板4，其中数码相机11通过所述相机支架10垂直置于所述电泳管5上方，所述刻度标尺33位于所述电泳管5下方，所述白光板4位于所述刻度标尺33下方。
下面，对该装置的操作过程进行详细描述。带有最小刻度为Imm的MRBT操作平台3包括电泳管5，四通玻璃管6，和橡胶管7，其中电泳管5通过橡胶管7与两边的四通玻璃管6中的水平端开口相连，置于带有刻度的平台上。本实施例工作时，电泳管5中注入相应凝胶，之后将电泳管5通过橡胶管7与两边的四通玻璃管6中的水平端开口相连，并置于带有刻度的MRBT操作平台3上。二个四通玻璃管6中入口管经由橡胶管7和恒流泵14与阳极电解液槽12和阴极电解液槽13相连，其出口通向阳极废液槽15和阴极废液槽16，两个四通玻璃管垂直上端开口各插入一个电极(即阳极和阴极)。电极丝8缠在香蕉插头9上，香蕉插头9通过导线与直流电源I相连。在电泳管5的上方垂直安装一个数码相机11，通过相机支架10固定，接通白光板4电源，用数码相机11准确记录相应初始刻度。然后将恒流泵14打开，将阳极液和阴极液分别泵入阳极和阴极四通玻璃管6 ;控制恒流泵14的流速，将装置连接橡胶管7和四通电极管6中都注满溶液，多余废液流入阳极废液槽15和阴极废液槽16。直流电源I施加电压，电泳管5 中形成的MRB，由于酸碱指示剂的指示作用可以清楚地看到界面的形成，每隔相应时间用数码相机11和刻度标尺记下界面移动的距离。根据在相同时间相同碱溶液下不同蛋白质浓度和界面移动的距离有一线性关系，进而绘制蛋白质浓度的标准曲线，根据单位时间内未知浓度的蛋白质与碱所形成的MRB移动距离在标准曲线上计算蛋白质的未知浓度。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种用于測定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置，其特征在于，包括 电泳管，水平放置于ー操作平台上； 两个四通玻璃管，位于所述电泳管的两侧，且两个所述四通玻璃管的第一端口和所述电泳管的两端相连； 两个恒流泵，其一端分别和两个所述四通玻璃管的第二端ロ相连； 阳极电解液槽和阴极电解液槽，分别和两个所述恒流泵的另一端相连； 阳极废液槽和阴极废液槽，分别和两个所述四通玻璃管的第三端ロ相连； 电压供给装置，和两个所述四通玻璃管的第四端ロ相连； 数据记录装置，位于所述电泳管的ー侧。
2.根据权利要求I所述的生物传感器装置，其特征在于所述电压供给装置包括电源和一对电极，所述电极放置于所述四通玻璃管的第四端口中，且所述电极通过香蕉插头、香蕉插座和导线分别和所述电源的正负两极相连。
3.根据权利要求2所述的生物传感器装置，其特征在于所述的电极为金属钼电极、金电极或石墨电极。
4.根据权利要求I所述的生物传感器装置，其特征在于所述数据记录装置包括相机支架、数码相机、所述操作平台上的刻度标尺和提供光源的白光板，其中所述数码相机通过所述相机支架垂直置于所述电泳管上方，所述刻度标尺位于所述电泳管下方，所述白光板位于所述刻度标尺下方。
5.根据权利要求I所述的生物传感器装置，其特征在于还包括凝胶，位于所述的电泳管中，所述凝胶包含聚丙烯酰胺凝胶、蛋白质溶液、背景电解质溶液和指示剂。
6.根据权利要求5所述的生物传感器装置，其特征在于所述聚丙烯酰胺凝胶的组成包括丙烯酰胺、N-N’ -甲叉双丙烯酰胺、过硫酸铵和四こ基こニ胺。
7.根据权利要求6所述的生物传感器装置，其特征在于所述聚丙烯酰胺凝胶浓度范围为12. 0%-18. 0%，交联度范围为3. 0%-5. 0%。
8.根据权利要求5所述的生物传感器装置，其特征在于所述指示剂为酸碱指示剂。
9.根据权利要求5所述的生物传感器装置，其特征在于所述阳极电解液槽中包括背景电解质溶液，且所述阳极电解液槽中的背景电解质溶液的成分和离子强度与所述电泳管中的背景电解质溶液的成分和离子强度相同。
10.根据权利要求5所述的生物传感器装置，其特征在于所述阴极电解液槽中包括碱溶液和背景电解质溶液，所述阴极电解液槽中的背景电解质溶液的成分与所述电泳管中背景电解质溶液的成分相同，所述阴极电解液槽中的碱溶液和背景电解质溶液各成分离子强度之和与所述电泳管中背景电解质溶液的离子强度相同。
11.根据权利要求9或10所述的生物传感器装置，其特征在于所述阳极电解液槽与阴极电解液槽中的背景电解质溶液为钾离子、钠离子或锂离子的电解质溶液。
全文摘要
本发明提供一种用于测定蛋白质总浓度的可视化生物传感器装置，包括电泳管；两个四通玻璃管，第一端口和电泳管的两端相连；两个恒流泵，其一端分别和两个四通玻璃管的第二端口相连；阳极电解液槽和阴极电解液槽，分别和两个恒流泵的另一端相连；阳极废液槽和阴极废液槽，分别和两个四通玻璃管的第三端口相连；电压供给装置，和两个四通玻璃管的第四端口相连；数据记录装置，位于电泳管的一侧。本发明基于MRBT技术，通过记录单位时间内移动反应界面(MRB)的相对距离不同来测定蛋白质总浓度。经过实验验证不同非蛋白氮(NPN)的加入对实验结果无明显影响，能够排除非蛋白氮对蛋白质浓度测定的干扰。
文档编号G01N27/447GK102680556SQ20121014298
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者张薇, 曹成喜, 樊柳荫, 王后禹, 蕫靖宇, 郭陈刚 申请人:上海交通大学