一种基于多肽?金纳米粒子检测金属离子的生物传感器的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于多肽?金纳米粒子检测金属离子的生物传感器的制备方法，属于生物传感检测技术领域。该传感器包括金叉指电极、石墨烯或碳纳米管沟道，在沟道表面接有金纳米粒子和多肽分子。利用多肽分子对金属离子特异性识别引起沟道的电导变化进行金属离子检测。本发明利用静电作用，将金纳米粒子吸附在石墨烯表面，金纳米粒子在石墨烯表面分布均匀、密度大，可以提高多肽的密度，进而提高检测灵敏度。利用多肽分子端基C上的巯基，可以方便地将多肽分子固定在金纳米粒子表面，多肽在金纳米粒子表面的覆盖率高。特殊设计的多肽分子特异性识别目标金属离子，从而使所述的传感器对目标金属离子的选择性高，适合复杂水体中目标金属离子的检测。
【专利说明】
一种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器及制备方法，主要用于水体中金属离子的高灵敏、选择性检测，属于生物传感检测技术领域。
【背景技术】
[0002]水体中的重金属污染不仅破坏生态系统平衡，也对人类生命健康构成威胁，因此，开发水体中(重)金属离子的高灵敏、快速检测方法具有重要意义。传统的金属离子检测方法主要有原子吸收法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、紫外分光光度法、电化学分析法。但这些方法需要较复杂的前处理过程、设备昂贵(如电感耦合等离子体发射光谱仪、电感耦合等离子体质谱法)、灵敏度较低(原子吸收法、紫外分光光度法的检测限一般为yg/mL水平)。近年来，得益于纳米科学、材料科学的快速发展，出现了一些新的金属离子检测方法。比如，基于金纳米粒子的H g 2 +比色分析方法(Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，4093-4096)，基于量子点或有机荧光探针的Hg2+，Pb2+荧光分析方法(Angew.Chem.1nt.Ed.2008,47,8386-8389)，基于银或金纳米材料的Hg2+表面增强拉曼分析方法(Nanoscale，2012，4，5902-5909)。这些方法的灵敏度高、选择性好，但是这些方法易受到检测条件影响，用于实际样品分析仍然面临巨大挑战。
[0003]近年来，基于一维、二维纳米材料的电子传感器获得广泛关注(Adv.Mater.2007，19，1439-1451)。其检测原理是当目标物与传感器敏感通道相互作用时，引起敏感通道电导变化进行目标物的检测。为实现复杂体系中目标物的选择性检测，通常将对目标物具有特异性识别能力的抗体、DNA单链修饰到敏感通道，进行蛋白质、DNA分子的检测。研究表明一些具有特殊序列的多肽可以选择性识别金属离子。比如，三肽GGH能够特异性识别Cu2 +(J.Am.Chem.Soc.1998，120,609-610)。本发明将金纳米粒子、对金属离子特异性识别的多肽依次修饰到金叉指电极的石墨烯或碳纳米管导电沟道，构建了一种新型检测金属离子的生物传感器。该传感器具有成本低、灵敏度高、特异性好、检测速度快等优点，而且制备过程简单，为水体中重金属离子的检测提供了一种新途径。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器及制备方法，它是将金纳米粒子、多肽分子依次修饰到金叉指电极的石墨烯或碳纳米管导电沟道，通过金属离子与多肽分子之间的特异性相互作用，进行水体中金属离子高灵敏、快速检测。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]—种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器，其特征在于，该生物传感器主体结构为金叉指电极，其上依次沉积导电沟道、金纳米粒子和多肽分子；
[0007]所述的金叉指电极沉积在二氧化硅、聚碳酸酯或其它绝缘材料上；
[0008]所述导电沟道由氧化石墨烯沉积在金叉指电极的手指区域构成，沟道长度100?300μηι，宽度为 I ?5μηι;
[0009]所述的金纳米粒子吸附在导电沟道上，粒径在3?20nm;
[0010]所述的多肽分子为GGHC、CALNN、CCCCC或其它氨基酸序列长度为4?10、至少一端为C的肽段，键合在金纳米粒子表面。
[0011]所述的金纳米粒子为Cu2+，A13+或Pb2+。
[0012]—种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器的制备方法，步骤如下:
[0013](I)金叉指电极依次用丙酮、水清洗干净，然后用体积比为3:1的浓硫酸和双氧水的混合溶液处理，用离子水清洗干净，氮气吹干；
[0014](2)将步骤(I)处理后的金叉指电极置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中5?30min，去离子水清洗，氮气吹干；
[0015](3)将10?30yL浓度为20?100yg/mL的氧化石墨烯溶液滴加在金叉指电极的手指区域，保持60min，取出金叉指电极用水清洗干净、晾干；
[0016](4)以金叉指电极为工作电极、Ag/Cl为参比电极、铂电极为对电极，在PBS溶液进行电化学还原；
[0017](5)将步骤(4)所得的金叉指电极置于含有多苯环烷基胺溶液中保持30?120min，使含有多苯环烷基胺分子吸附在金叉指电极表面；
[0018](6)将步骤(5)所得的金叉指电极置于金纳米粒子溶液中保持120min，使金纳米粒子吸附在金叉指电极表面;金纳米粒子的浓度为0.5?2.0nmol/L，粒径在3?20nm;
[0019](7)将步骤(6)金叉指电极置于浓度为I?ΙΟΟμπιοΙ/L的多肽分子溶液中保持2?12h，使多肽分子键合到金纳米粒子上。
[0020]所述的多肽分子的氨基酸序列为GGHC、CALNN、CCCCC或其它序列长度为4?10、至少一端为C的氨基酸肽段。
[0021]所述的含有多苯环烷基胺为萘甲胺、萘乙胺或芘甲胺。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023](I)利用静电作用，将金纳米粒子吸附在石墨烯表面，金纳米粒子在石墨烯表面分布均匀、密度大，可以提高多肽的密度，进而提高检测灵敏度。
[0024](2)利用多肽分子端基C上的巯基，可以方便地将多肽分子固定在金纳米粒子表面，多肽在金纳米粒子表面的覆盖率高。
[0025](3)特殊设计的多肽分子特异性识别目标金属离子，从而使所述的传感器对目标金属离子的选择性高，适合复杂水体中目标金属离子的检测。
[0026](4)本发明制备的基于多肽-金纳米粒子检测生物传感器用于检测金属离子，选择性好、灵敏度高、操作简单、检测速度快。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的传感器的示意图。
[0028]图2(a)是本发明在放大80000倍下，传感器的金叉电极-金纳米粒子的扫描电镜图。
[0029]图2(b)是本发明在放大160000倍下，传感器的金叉电极-金纳米粒子的扫描电镜图。
[0030]图3是本发明的传感器对Cu2+响应电流变化曲线图。
[0031 ]图中:I导电沟道;2Si/Si02衬底;3干扰离子;4标金属离子;5多肽分子。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0033]实施例1
[0034]通过磁溅射方法在Si/Si02表面沉积金叉指电极，依次用丙酮、水清洗干净，然后用浓硫酸:双氧水(3:1)混合溶液处理30min，用离子水清洗干净，氮气吹干。
[0035]将金叉指电极置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去离子水中清洗干净，氮气吹干。
[0036]配置40yg/mL经超声均匀分散的氧化石墨烯溶液，取20yL滴加叉指电极上保持60min，用水清洗干净、晾干。以叉指电极为工作电极、Ag/Cl为参比电极、铂电极为对电极，在0.1M的PBS溶液中以-1.2V电压还原lOmin。
[0037]配置lmg/mL萘甲胺一N、N-二甲基甲酰胺溶液，将叉指电极置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干净、晾干。
[0038]将叉指电极置于粒径6nm的金纳米粒子溶液中保持120min，用去离子水清洗干净、晾干;再将叉指电极置于IΟΟμΜ的多肽(GGHC)溶液保持120min，用去离子水清洗干净、晾干，即得到对Cu2+进行检测的生物传感器。
[0039]实施例2
[0040]通过磁溅射方法在Si/Si02表面沉积金叉指电极，依次用丙酮、水清洗干净，然后用浓硫酸:双氧水(3:1)混合溶液处理30min，用离子水清洗干净，氮气吹干。
[0041]将金叉指电极置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去离子水中清洗干净，氮气吹干。
[0042]配置40yg/mL经超声均匀分散的氧化石墨烯溶液，取20yL滴加叉指电极上保持60min，用水清洗干净、晾干。以叉指电极为工作电极、Ag/Cl为参比电极、铂电极为对电极，在0.1M的PBS溶液中以-1.2V电压还原lOmin。
[0043]配置lmg/mL萘甲胺一N、N-二甲基甲酰胺溶液，将叉指电极置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干净、晾干。
[0044]将叉指电极置于粒径为6nm的金纳米粒子溶液中保持120min，用去离子水清洗干净、晾干;再将叉指电极置于I ΟΟμΜ的多肽(CALNN)溶液保持120min，用去离子水清洗干净、晾干，即得到对Al3+进行检测的生物传感器。
[0045]实施例3
[0046]通过磁溅射方法在Si/Si02表面沉积金叉指电极，依次用丙酮、水清洗干净，然后用浓硫酸:双氧水(3:1)混合溶液处理30min，用离子水清洗干净，氮气吹干。
[0047]将金叉指电极置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中15min，取出后迅速放入大量去离子水中清洗干净，氮气吹干。
[0048]配置40yg/mL经超声均匀分散的碳纳米管溶液，取20yL滴加叉指电极上保持60min，用水清洗干净、晾干。
[0049]配置lmg/mL芘甲胺一 N、N-二甲基甲酰胺溶液，将叉指电极置于lmg/mL的萘甲胺萘甲胺溶液中保持30min，用N、N-二甲基甲酰胺清洗干净、晾干。
[0050]将叉指电极置于粒径为6nm的金纳米粒子溶液中保持120min，用去离子水清洗干净、晾干;再将叉指电极置于ΙΟΟμΜ的多肽(GGHC)溶液保持120min，用去离子水清洗干净、晾干，即得到对Cu2+进行检测的生物传感器。
【主权项】
1.一种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器，其特征在于，该生物传感器主体结构为金叉指电极，其上依次沉积导电沟道、金纳米粒子和多肽分子； 所述的金叉指电极沉积在二氧化硅、聚碳酸酯或其它绝缘材料上； 所述导电沟道由氧化石墨烯沉积在金叉指电极的手指区域构成，沟道长度100?300μm，宽度为I?5μηι; 所述的金纳米粒子吸附在导电沟道上，粒径在3?20nm; 所述的多肽分子为GGHC、CALNN、CCCCC或其它氨基酸序列长度为4?10、至少一端为C的肽段，键合在金纳米粒子表面。2.据权利要求1所述的生物传感器，其特征在于，所述的金纳米粒子为Cu2+、A13+或Pb2+。3.一种基于多肽-金纳米粒子检测金属离子的生物传感器的制备方法，其特征在于，步骤如下: (1)金叉指电极依次用丙酮、水清洗干净，然后用体积比为3:1的浓硫酸和双氧水的混合溶液处理，用离子水清洗干净，氮气吹干； (2)将步骤(I)处理后的金叉指电极置于3-氨丙基三乙氧基硅烷中5?30min，去离子水清洗，氮气吹干； (3)将10?30yL浓度为20?100yg/mL的氧化石墨烯溶液滴加在金叉指电极的手指区域，保持60min，取出金叉指电极用水清洗干净、晾干； (4)以金叉指电极为工作电极、Ag/Cl为参比电极、铂电极为对电极，在PBS溶液进行电化学还原； (5)将步骤(4)所得的金叉指电极置于含有多苯环烷基胺溶液中保持30?120min，使含有多苯环烷基胺分子吸附在金叉指电极表面； (6)将步骤(5)所得的金叉指电极置于金纳米粒子溶液中保持120min，使金纳米粒子吸附在金叉指电极表面;金纳米粒子的浓度为0.5?2.0nmol/L，粒径在3?20nm; (7)将步骤(6)金叉指电极置于浓度为I?ΙΟΟμπιοΙ/L的多肽分子溶液中保持2?12h，使多肽分子键合到金纳米粒子上。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的多肽分子的氨基酸序列为GGHC、CALNN、CCCCC或其它序列长度为4?10、至少一端为C的氨基酸肽段。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述的含有多苯环烷基胺为萘甲胺、萘乙胺或芘甲胺。
【文档编号】G01N27/327GK106093159SQ201610394505
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610394505.X, CN 106093159 A, CN 106093159A, CN 201610394505, CN-A-106093159, CN106093159 A, CN106093159A, CN201610394505, CN201610394505.X
【发明人】谭峰, 王艺, 丛龙超, 姜晓
【申请人】大连理工大学