一种呼气传感器及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及呼气分析和临床检测领域，涉及一种呼气传感器及其制备方法与应用，特别涉及其在检测呼气中胃癌标志物诊断胃癌的方法，可以达到早期胃癌检测，并能区分早期与晚期胃癌。
【背景技术】
[0002]在早期检测到癌症并得到治疗时，癌症患者的存活得到很大程度的提高。对于胃癌，诊断为晚期疾病患者大约10%的5年存活率，而诊断为早期疾病的患者具有90%的5年存活率。然而，目前的技术条件，大多数胃癌患者被确诊时通常患有晚期疾病。越早发现癌症，就有利于癌症的治疗。除此之外，准确的胃癌分型，有助于选择正确手术方案，也是降低胃癌死亡率的重要手段。因此，早期诊断和精确分型一直是胃癌治愈的两种前提保证。然而，传统的胃镜方法受限于胃癌早期临床症状不明显，过程烦琐，给患者带来巨大的心身痛苦，不适合于大规模、长时间跟踪检查。因此，通过检测血液、尿液等体液以及呼气中特定癌症相关标志物早期诊断胃癌症和胃癌精准分型是最有价值和方便的方法。但对于许多主要的癌症，体液中的各基因、蛋白类标志物存在灵敏度和特异性不足的问题。例如，对于胃癌患者体液中最常用的蛋白类标志物cal9-9、ca72-4和癌胚抗原(CEA)只能检测出约15?50%的任一阶段的胃肿瘤，对于早期疾病，降至大约2?11%。虽然通过非常高频率的检测可以提高诊断的准确率，但体液的收集不方便，且前处理过程复杂，难以做过高频率的检测。如果能快速方便可重复检测的标志物，将很好的解决这个问题。相比于体液，呼气具有方便多次采集且更易于样品前处理。现代人体呼气分析始于1976年，科学家Linus Pauling发现人体呼吸气体中品均含有超过250多种挥发性的化合物。由于当时科学技术和分析手段的限制，他们未能明确呼出气体中这些物质具体的名称和含量分布。在随后的30年里，随着科技的进步和各种高精密度分析仪器的问世，科学家们开始对呼吸气体中的各种组分以及各个组分的含量展开了进一步的分析研究，呼气分析作为一种新型的检测手段开始被用来诊断疾病。因此，通过检测呼气中的特定癌症标志物的方法特别适合用于监测疾病进展，能够追踪外科手术治疗、放疗和化疗的疗效。目前，呼气分析的方法主要包括色谱技术和质谱直接检测方法。这两种方法具备较高的分析检测灵敏度和准确性，但是样品处理耗时费力、环境干扰大，难以排除，重现性不好等不足，对质谱检测器要求很高，会干扰分析结果。此外，由于色谱设备昂贵、笨重，检测周期长、成本大，检测方法难以标准化，限制了其在临床诊断中的应用。近年来，气体呼气传感器技术在过去的几年中经历了较大程度的创新和改进，特别是纳米材料的不断研究，由不同的纳米材料构建的气体呼气传感器来分析气体，提高快速速度，简化检测方法，直观表现检测结果，得到了世界范围内研究者们的广泛关注。一般来说，呼气分析包含有两个过程，一是从呼气中捕获标志物，二是检测出这些标志物并进行结果分析。因此，我们利用一种呼气传感器检测呼气中胃癌标志物的方法。首先我们选用石墨烯作为吸附层吸附呼气中的标志物，然后用于表面增强拉曼散射技术的高灵敏度对吸附的标志物进行检测。
[0003]石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，因其优良的机械性能、热力学特性和导电能力已在许多的领域得到研究和应用。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体，每个碳原子均为SP2杂化，并贡献剩余一个P轨道上的电子形成大键，可以通过31-31作用吸附一些物质，特别是对有有机物分子，因此特别适合就于吸附富集呼气中的有机挥发物(volatile organic compounds ,VOCs)。此外，巨大的比表面积，也使其能作为一种优良的载体固定多种物质。最为重要的，石墨烯可以作用表面增强拉曼散射应用的一个重要平台。
[0004]拉曼光谱被广泛的应用于分析化学和药物化学中，能无损快速地对是物质进行定性和定量检测。然而，分析物极弱的拉曼激发效率一直限制了其的更广泛应用，因此如何增加拉曼信号，一直是科研工作者的研究热点，而利用表面增强拉曼散射效应来极大的增强拉曼信号被认为极有应用价值。表面增强拉曼散射效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中，在激发区域内，由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。金属纳米材料，特别是金纳米颗粒为表面增强拉曼散射注入了新的活力，目前表面增强拉曼散射信号可以放大115倍，这可实现单分子检测。正是由于这种高灵敏度的检测方法，目前表面增强拉曼散射广泛的应用于检测领域，特别是进行痕量检测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种呼气传感器及其制备方法与应用，特别是一种呼气传感器的制备及其在检测呼气中胃癌标志物诊断胃癌的方法。本发明利用在金膜表面构建石墨烯和金纳米颗粒的结构，通过在石墨烯膜上原位还原得到金属纳米颗粒，同时利用石墨烯控制金属纳米颗粒的分散性，可以保证拉曼增加的效率，又能保证有足够的重复性。在所制备的呼气传感器上，石墨烯用于选择性吸附检测呼气中的胃癌标志物，金纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应对吸附的标志物进行灵敏检测，达到对胃癌早期诊断的目的。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明提供一种呼气传感器的制备方法，包括如下步骤:
[0008]步骤一，在覆有金属膜的基底的金膜面涂覆氧化石墨烯溶液，干燥，得表面覆有氧化石墨烯膜的基底；
[0009]步骤二，将所得基底置于肼蒸气环境中还原，得表面覆有石墨烯膜的基底；
[0010]步骤三，向所得表面覆有石墨烯膜的基底的石墨烯膜面涂金属离子溶液，干燥，SP得所述呼气传感器。
[0011]优选地，步骤一中，所述金属膜的厚度为200?1000纳米。
[0012]优选地，步骤一中，所述金属膜的种类包括金膜、铜膜或镍膜等。
[0013]优选地，步骤一中，所述基底的材质包括ITO玻璃、硅片、普通玻璃等。
[0014]优选地，步骤一中，基底覆上金属膜的方式包括化学电镀或溅射。
[0015]优选地，步骤一中，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.25?I克/升;所述氧化石墨烯溶液的用量具体为:每个基底I?1微升。
[0016]优选地，步骤一中，所述涂覆的方式为滴涂或旋涂。
[0017]优选地，步骤二中，所述还原是在封闭空间中进行的；
[0018]优选地，步骤二中，所述肼蒸汽环境中肼的用量具体为每100?1000毫升的所述封闭空间加入肼的量为50?200晕升。
[0019]优选地，步骤二中，所述还原的温度为20?40摄氏度、时间为3?24小时;所述还原可在恒温箱里进行;还原结束后还需对所得基底进行干燥。
[0020]优选地，步骤三中，所述金属离子溶液的浓度为I?5毫摩尔每升;所述金属离子溶液的用量为每个所得基底涂覆I?5微升;所述涂覆的方式为滴涂;所述金属离子溶液包括氯金酸离子溶液，硝酸银离子溶液、氯铂酸离子溶液等。
[0021]优选地，步骤三中，所述干燥前还需用水冲洗所得基底，除去未反应的金属离子。
[0022]优选地，所述制备方法中，所述干燥的条件为:常温下自然干燥，所述常温具体包括温度为25?30摄氏度。
[0023]第二方面，本发明提供一种所述制备方法制备得到的呼气传感器。
[0024]第三方面，本发明提供一种所述呼气传感器在检测呼气所含疾病标志物中的应用。
[0025]第四方面，本发明提供一种用所述呼气传感器检测疾病标志物的方法，具体包括:将所述呼气传感器置于填充呼气的收集袋中，静置吸附，然后通过对呼气中标志物产生的拉曼图谱中的特征峰进行主成份分析，观察其落在区域，从而进行判断呼气中含有标志物的类别。
[0026]优选地，所述静置吸附的条件为25?37摄氏度、I?10小时。吸附完成后直接进行检测。然后应用拉曼光谱仪对呼气传感器表面进行检测，最后对标志物产生的拉曼图谱中的特征峰进行主成份分析(PCA)，并用于疾病诊断。
[0027]本发明所述的方法包括:石墨烯膜是由氧化石墨烯滴涂在金膜表面上，干燥后，通过吸附肼蒸气，然后经化学还原氧化生成。同时石墨烯膜也作为金纳米粒、铂纳米粒、银纳米颗粒提供生长位点和稳定剂，使金纳米粒、铀纳米粒、银纳米颗粒的粒径均一、密集且均匀分散在石墨烯膜上表面。这种方法得到的呼气传感器有拉曼增强的效率，又有足够的重复性。不同呼气传感器检测同一样品时，结果的相对标准偏差为6.35%。在应用于胃癌诊断时，首先由确定的对应不同身体状态的胃癌标志物组合进行拉曼检测，可以得到14个与呼气中胃癌