技术领域本发明涉及电化学检测技术领域，具体涉及一种基于金/二硫化钼/石墨烯纳米复合材料的适体传感器对溶菌酶的灵敏测定方法。
背景技术：
溶菌酶(lysozyme),又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶(N-acetylmuramideglycanohydrlase)，是一类专门水解微生物细胞壁的酶的总称，因其具有溶菌的生化特性而得名。溶菌酶可溶于水，水溶液澄清透明，不溶于有机溶剂。其分布广泛，存在于各类生物的不同组织中。它能够选择性地溶解微生物的细胞壁，因而在医疗上可用来抗菌、消炎和预防伤口感染，并且对其他组织器官无影响，是一种对生物体本身没有毒副作用的蛋白质。另外，在食品领域溶菌酶还可以用来防腐保鲜，在畜牧业中可以增强家养动物的抗病力。溶菌酶在人类血清和尿液中的浓度异常与许多疾病相关，如癌症、艾滋病和骨髓白血病。由于溶菌酶重要的生理特性，开发新的、快速、有效的方法对溶菌酶的检测具有重要意义。到目前为止，报道了许多检测溶菌酶的方法，如电化学、表面增强拉曼光谱、比色法、荧光等方法。其中，电化学适体传感器检测溶菌酶的方法引起了广泛的研究兴趣。电化学传感技术具有检测成本低、分析速度快、灵敏度高、操作方便、易于实现自动化和实时监测等显著优点。电化学适体传感器是以核酸适体作为分子识别元件，根据适体与目标分析物配体结合前后电化学信号的变化来进行分析检测的电化学生物传感器。适体识别元件与各种电化学转换器的组合选择配用，决定着电化学适体传感器对目标物检测的选择专一性、灵敏性和检测精度。电极材料的选择，对于提高传感器的灵敏度至关重要。现有技术已经公开了多种针对溶菌酶的电化学适体传感器及其检测方法。如郭等(Y.J.Guo,Y.J.Han,Y.X.Guo,C.Dong,Biosens.Bioelectron.,2013,45,95-101)报道了采用具有电化学活性的染料(橙II)修饰石墨烯，制备了石墨烯橙II复合纳米片的免标记适体传感平台，检测溶菌酶的线性范围是5.0×10-12-7.0×10-10M，检出限为1.0×10-12M。陈等(Z.B.Chen,J.X.Guo,J.Li,L.Guo,RSCAdv.,2013,3,14385-14389)构建基于金纳米晶体放大的电化学适体传感器检测溶菌酶，线性范围1×10-13M-1×10-8M，检测限为1×10-13M。虽然现有技术已经公开了多种电化学适体传感器及相应检测方法，但对于溶菌酶的检测，如何提高其检测灵敏度，仍是本领域技术人员的关注热点。
技术实现要素：
在现有技术的基础上，发明人通过研究，制备了二硫化钼/石墨烯和金纳米颗粒的复合材料，构建了金纳米颗粒/二硫化钼/石墨烯适体传感器，并且基于适体识别的“signal-on”模式，建立了灵敏检测溶菌酶的新方法。二硫化钼/石墨烯复合材料拥有较高的比表面积和较好的生物相容性，金纳米颗粒与二硫化钼/石墨烯通过金硫键自组装结合，形成金纳米颗粒/二硫化钼/石墨烯复合材料，构建的金纳米颗粒/二硫化钼/石墨烯的适体传感器在溶菌酶的检测中表现出优良的电化学性能。具体的，本发明涉及以下技术方案：首先，本发明提供一种溶菌酶电化学适体传感器的制备方法，包括如下步骤：1)采用L-半胱氨酸法制备二硫化钼/石墨烯(MoS2/GR)复合材料；2)制备金纳米(AuNPs)颗粒；3)制备金/二硫化钼/石墨烯纳米复合材料(AuNPs/MoS2/GR)溶液；4)溶菌酶报告探针-适体双链(DNAduplex)的制备：亚甲基蓝(MB)修饰的溶菌酶报告探针(P-MB)：5’-SH-C6-GTGCAGAGCTAAGTAACTCTGCAC-MB-3’与溶菌酶适体(A-Lys)：5’-ATCAGGGCTAAAGAGTGCAGAGTTACTTAG-3’组装成双链DNAduplex；5)适体传感器的制备：玻碳电极预处理后，将AuNPs/MoS2/GR滴涂在玻碳电极电极(GCE)表面，得到金/二硫化钼/石墨烯/裸玻碳(AuNPs/MoS2/GR/GCE)修饰电极；将制备的AuNPs/MoS2/GR/GCE电极浸在溶菌酶报告探针-适体双链溶液中，培育制得溶菌酶电化学适体传感器。本发明所述适体传感器，首先，将AuNPs/MoS2/GR复合材料修饰在GCE表面。MoS2/GR形成三维的导电网络，具有大的比表面积、良好的导电性和化学稳定性，大的比表面积可以增加电子的传输速率及测定灵敏度；通过可控制备得到的金纳米颗粒(10-13nm)，可通过金硫键与MoS2/GR自组装形成复合材料，防止了金纳米颗粒的聚沉，提高了金纳米颗粒的稳定性；MoS2/GR大的比表面积也有利于负载较多的金纳米粒子，从而可进一步提高适体传感器电极的导电能力和灵敏度，且AuNPs/MoS2/GR复合材料具备良好的生物相容性。其中，本发明采用先分别制备两种材料(MoS2/GR和AuNPs)，然后在搅拌的情况下通过金硫键自组装的方式将两者材料复合在一起的优势在于：既能可控得到想要的直径位于10-13nm的金纳米颗粒，该纳米尺度对整体传感器的灵敏度最佳，又能使得AuNPs均匀的分布在MoS2/GR三维的导电网络中，防止了AuNPs的团聚，也可负载较多的AuNPs(如图1)。若是先把MoS2/GR修饰在到玻碳电极上再滴涂AuNPs,AuNPs不仅容易团聚并且只是分布在MoS2/GR的表面且不均匀，导致传感器的灵敏度下降。此外，本发明所述适体传感器为“Signal-on”标记型电化学适体传感器，是建立在DNAduplex与溶菌酶特异性反应后导致溶菌酶报告探针发生结构转换，使得电活性小分子标记物(亚甲基蓝)从远离电极表面变成靠近电极表面，从而增强了电子传递能力，增大了检测信号。具体为，溶菌酶报告探针和溶菌酶适体部分互补形成双链，溶菌酶报告探针通过其一端(5’)的硫醇键与AuNPs之间形成金-硫键从而使双链固定在电极上，报告探针另一端(3’)修饰的亚甲基蓝作为产生电信号物质；报告探针3’和5’端各有8个碱基可以互补配对，当溶菌酶存在时，溶菌酶与溶菌酶适体相结合，将适体从双链中脱离下来，单链的溶菌酶报告探针形成发夹形式，相比于直立的溶菌酶报告探针-适体双链，此时3’的亚甲基蓝与电极之间的距离拉近，电化学信号增强。具体的，本发明溶菌酶电化学适体传感器的制备方法，步骤1)中二硫化钼/石墨烯(MoS2/GR)的制备中，先制备氧化石墨烯(GO)，然后利用制备的氧化石墨烯采用L-半胱氨酸法(KunChangandWeixiangChen*.L-Cysteine-AssistedSynthesisofLayeredMoS2/GrapheneCompositeswithExcellentElectrochemicalPerformancesforLithiumIonBatteries,ACSNano,2011,5(6),4720–4728)制备二硫化钼/石墨烯(MoS2/GR)。氧化石墨烯的制备方法为本领域内公知技术，如采用Hummers法(HummersW.S.，OffemanR.E.，PreparationofGraphiticOxide.J.Amer.Chem.Soc.1958,80:1339-1339)制备，或者采用本申请实施例中具体方法制备。二硫化钼/石墨烯(MoS2/GR)的制备采用L-半胱氨酸法。步骤2)中金纳米(AuNPs)颗粒的制备为：氯金酸溶液(0.01％,100mL)在105℃煮沸，剧烈搅拌，快速加入2.5mL的柠檬酸三钠的溶液(1％)。溶液由灰色变成深红至浅红，这说明金纳米粒子形成了，持续搅拌30min，冷却至室温，制备的金纳米粒子其粒径为10-13nm，保存在棕色玻璃瓶中，放置冰箱保存以备使用。本发明制备方法步骤3)中，将1mgMoS2/GR分散在1mL超纯水，超声30min,接着加入1mL制备的AuNPs后避光震荡30min，制得AuNPs/MoS2/GR复合材料溶液。本发明制备方法步骤4)中，溶菌酶报告探针溶解在100mMPBS(100mMNaCl+10mMTCEP，pH7.4)中并暗处理1h打开二硫键，然后将10μM溶菌酶报告探针加入到10μM溶菌酶适体溶液(100mMPBS，100mMNaCl，1mMMgCl2，pH7.4)中，稀释所得溶液至为1μM后，加热至90℃并持续5min，温度降至室温后在37℃下培育2h使溶菌酶报告探针-适体双链形成。本发明制备方法步骤5)中，玻碳电极的预处理为：将在金相砂纸上打磨后的裸玻碳电极用0.3μm的Al2O3粉打磨成镜面，二次水清洗后，相继在二次水和乙醇溶液中超声30s；将清洗干净的电极在0.5M的硫酸溶液中循环伏安至稳定，二次水冲洗干净后，室温晾干或用氮气吹干。AuNPs/MoS2/GR/GCE的制备过程为：取7.00μLAuNPs/MoS2/GR复合材料溶液，滴涂在电极表面，避光晾干，得AuNPs/MoS2/GR/GCE。AuNPs/MoS2/GR/GCE电极在溶菌酶报告探针-适体双链溶液中培育20h,后用清洗液(100mMPBSbuffer，pH7.4)清洗，用含有1mM6-巯基-1-己醇封闭电极，避光放置1h，将电极再次用二次水和清洗液清洗，制得溶菌酶电化学适体传感器。其次，本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制得的溶菌酶电化学适体传感器。此外，本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制得的溶菌酶电化学适体传感器对溶菌酶的灵敏测定方法。具体的，一种检测溶菌酶的方法，包括：1)将传感器在溶菌酶溶液中37℃培育70-90min，然后浸泡在缓冲溶液(100mMPBS+140mMNaCl+5mMMgCl2，pH7.4)中20-40min；2)将培育后的传感器在缓冲溶液(100mMPBS+140mMNaCl+5mMMgCl2，pH7.4)中利用方波伏安法(SWV)对电化学信号进行检测。进一步的，本发明还公开了上述电化学适体传感器的再生方法，具体为传感器通过在1μM溶菌酶适体溶液(1μM适体，100mMPBS，100mMNaCl，1mMMgCl2，pH7.4)中培育2h的方法再生。本发明取得了以下有益效果：本发明基于AuNPs/MoS2/GR复合材料结合适体识别技术，使传感器具有极高的灵敏度和选择性，传感器的高灵敏度和选择性，是传感器元件组合的整体作用效果的体现。使用本发明所述传感器进行检测，溶菌酶的检测浓度线性范围为10-14-10-8M，最低检测限为6.9×10-15M；此外，本发明所述检测方法仅需对实际样品进行简单的处理，节省了检测时间，降低了检测成本，是一种快速、廉价且灵敏的检测方法。附图说明图1本发明制备的AuNPs/MoS2/GR复合材料的SEM图图2溶菌酶的检测结果：A)为不同浓度溶菌酶检测的SWV曲线，B)为峰电流与溶菌酶浓度的负对数的线性关系图3适体传感器对100nM溶菌酶和其他干扰生物分子(BSA，IgG，IL-6，均为2μM)的响应具体实施方式实施例1基于AuNPs/MoS2/GR复合材料的适体传感器的制备本发明所用实验试剂与材料包括：溶菌酶适体(A-Lys)：5’-ATCAGGGCTAAAGAGTGCAGAGTTACTTAG-3’和亚甲基蓝MB-修饰的溶菌酶报告探针(P-MB)：5’-SH-C6-GTGCAGAGCTAAGTAACTCTGCAC-MB-3’，溶菌酶适体和MB-修饰的溶菌酶报告探针的核苷酸序列购于生工生物有限公司；免疫球蛋白G(IgG)和6-巯基-1-己醇(MCH)购于阿拉丁；溶菌酶(Lys)，牛血清蛋白(BSA)和三(2-羧乙基)膦(TCEP)购于生工生物工程有限公司；白细胞介素-6(IL-6)购于GL生物化学有限公司；磷酸盐缓冲溶液，三羟甲基甲胺(Tris)，氯化镁(MgCl2)和氯化钠(NaCl)购于上海AIBI化学制剂有限公司；石墨粉、L-半胱氨酸,钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)，购自上海化学试剂公司；所有其他试剂均为分析纯。本发明所用仪器包括：CHI660C电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)、超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司)、分析天平(北京赛多利斯天平有限公司)；三电极系统中的参比电极、辅助电极、工作电极分别为饱和甘汞电极(SCE)、铂丝电极、修饰电极。本专利所提到的电位都是相对于SCE的电极电位，实验条件都是室温。1.1氧化石墨烯和石墨烯二硫化钼复合物的制备氧化石墨烯(GO)的制备方法：取23mL浓硫酸，冷却到0℃，然后加入3g高锰酸钾和0.5g硝酸钠，混合均匀；将混合液冷却到0℃，加入0.5g膨胀石墨，在0℃保温24h后加热到35℃，搅拌30min；加入46mL去离子水，温度升至98℃，搅拌15min，可观察到混合物由黑色变为金黄色；用质量分数为30％的过氧化氢中和氧化剩余的氧化剂，直至无气泡生成，静置，除去上清液；用0.1％稀盐酸洗至无硫酸根，真空干燥，得到GO。二硫化钼/石墨烯(MoS2/GR)的制备方法：采用L-半胱氨酸法，0.1g氧化石墨烯溶解在40mL水中，加入0.5g钼酸钠。超声共振30分钟后，用0.1M氢氧化钠将混合溶液的pH值调整到6.5,加入0.8gL半胱氨酸和40mL水。上述混合物转移到一个100mL聚四氟乙烯衬里不锈钢高压釜，在180℃加热24h。自然冷却后，离心收集黑色的沉淀，用水和乙醇洗，在80℃真空烘箱烘干6h。1.2金纳米(AuNPs)颗粒的制备氯金酸溶液(0.01％,100mL)在105℃煮沸，剧烈搅拌，快速加入2.5mL的柠檬酸三钠的溶液(1％)。溶液由灰色变成深红至浅红，这说明金纳米粒子形成了，持续搅拌30min，冷却至室温，制备的金纳米粒子其粒径为10-13nm，保存在棕色玻璃瓶中，放置冰箱保存以备使用。1.3AuNPs/MoS2/GR复合材料的制备将1mgMoS2/GR分散在1mL超纯水，超声30min,接着加入1mL制备的AuNPs后避光震荡30min，制得AuNPs/MoS2/GR复合材料溶液。1.4溶菌酶报告探针-适体双链(DNAduplex)的制备溶菌酶报告探针溶解在100mMPBS(100mMNaCl+10mMTCEP，pH7.4)中并暗处理1h打开二硫键。然后将10μM溶菌酶报告探针加入到10μM溶菌酶适体溶液(100mMPBS，100mMNaCl，1mMMgCl2，pH7.4)中，稀释所得溶液至浓度为1μM后加热至90℃并持续5min，温度降至室温后在37℃下培育2h使溶菌酶报告探针-适体双链形成。1.5适体传感器的制备将在金相砂纸上打磨后的裸玻碳电极用0.3μm的Al2O3粉打磨成镜面，二次水清洗后，相继在二次水和乙醇溶液中超声30s；将清洗干净的电极在0.5M的硫酸溶液中循环伏安至稳定，二次水冲洗干净后，室温晾干或用氮气吹干。取7.00μLAuNPs/MoS2/GR复合材料溶液，滴涂在电极表面，避光晾干，制得AuNPs/MoS2/GR/GCE。将制备的AuNPs/MoS2/GR/GCE电极浸在溶菌酶报告探针-适体双链溶液，避光室温培育20h制得修饰电极，用清洗液(100mMPBSbuffer，pH7.4)清洗后，浸在含有1mM6-巯基-1-己醇中封闭电极，避光放置1h，将电极再次用二次水和清洗液清洗。用在0.1MKCl+5mM[Fe(CN)6]3-/4-中进行的EIS和CV监测电极每一步修饰过程。图1显示了制备的二硫化钼/石墨烯复合物与金纳米颗粒结合的扫描电镜图。二硫化钼/石墨烯复合物形成三维的导电网络，具有大的比表面积、良好的导电性和化学稳定性。通过可控制备的金纳米颗粒(10-13nm)，可通过金硫键与MoS2/GR自组装形成复合材料，防止了金纳米颗粒的聚沉，提高了金纳米颗粒的稳定性；MoS2/GR大的比表面积也有利于负载较多的金纳米粒子，从而可进一步提高适体传感器电极的导电能力和灵敏度，且AuNPs/MoS2/GR复合材料具备良好的生物相容性。实施例2溶菌酶的电化学检测2.1电化学检测溶菌酶在检测过程中，将修饰电极在50μL具有不同浓度的溶菌酶溶液中37℃培育80min。将反应后的电极清洗后浸泡在溶液(100mMPBS+140mMNaCl+5mMMgCl2，pH7.4)中30min，该电极用作为传感器在溶液(100mMPBS+140mMNaCl+5mMMgCl2，pH7.4)中利用SWV对电化学信号进行检测。溶菌酶的浓度通过计算峰电流的变化(ΔI＝I-I0，I0和I分别是MB-在溶菌酶适体修饰电极与溶菌酶作用之前和之后的氧化峰电流)来定量。溶菌酶的检测如图2显示，实现了对溶菌酶的灵敏检测，溶菌酶的检测浓度为10-14-10-8M，最低检测限为6.9×10-15M。2.2传感器再生检测后，电极通过在1μM适体溶液(100mMPBS，100mMNaCl，1mMMgCl2，pH7.4)中培育2h的方法再生。清洗后，再生的电极可以用于下一次检测。2.3传感器的特异性传感器的特异性通过该适体传感器对100nM溶菌酶和其他干扰生物分子(BSA，IgG，IL-6，均为2μM)的响应来研究。结果显示在图3中，干扰物的响应与空白的相差较小，干扰分子共存时的响应与溶菌酶单独时的变化较小，表明其他生物分子的存在对测定没有干扰，该传感器对于溶菌酶的检测具有特异性。实施例3实际样品中溶菌酶的电化学检测为了评估该传感器的适用性和可靠性，稀释300倍的正常人血清样品被用作实际样品，采用标准加入法进行研究。表1表明，溶菌酶回收率为97.83-102.63％。实验中，每一个样品平行检测五次，相对标准偏差低于5％。以上结果表明，该方法具有很好的适用性。表1人血清样品中溶菌酶的检测结果