专利名称：电磁控电极及其制备方法及生物样品检测方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器技术领域，特别涉及一种特别适用于新型的功能化磁性微粒子固定抗体(或抗原)的生物传感器，还涉及该电磁控电极的制备方法，以及利用电磁控电极进行生物样品检测的方法。
背景技术：
循环伏安法是一种很有用的电化学研究方法，可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究。目前，电化学循环伏安法检测所使用的三电极系统中的工作电极基本采用金电极、钼电极、玻碳电极等，其制备工艺复杂，当在这些电极表面修饰磁性材料时，需使用传统的修饰法，其过程复杂且电极的再生性差，检测后需打磨电极表面，并进行烦琐的处理，耗时长，不能满足现代临床快速检测的要求，同时也不能很好的突出磁性材料的优越性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供了一种电磁控电极，其工作面采用纯金材料， 同时利用分层结构在其内部构建电磁结构，通过将功能化磁粒子吸附在工作电极表面，改变了传统电极复杂的修饰过程，大大缩短检测时间，实现电化学生物检测的试剂化，而且可再生重复使用；本发明的目的之二是提供了该电磁控电极的制备方法；本发明的目的之三是提供了一种利用电磁控电极进行生物样品检测的方法。本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的
该电磁控电极为多层空心管状结构，由内到外分别包括PVDF层I、铜箔层、绝缘层、 PVDF层II及外空腔层，所述外空腔层采用PVDF材料制成；
所述电磁控电极的一端端面作为电极工作面，另一端封闭，所述电极工作面为金片结构，所述电极工作面利用导线弓丨出，与外部电源接线柱相连接；
进一步，所述电磁控电极的壁厚为0. 5 2 mm，外径为8 10mm，高度为8(Tll0mm ； 进一步，所述金片结构的外径为3、mm，厚度为0. 5^0. 6 mm ； 进一步，所述电磁控电极的多层结构的总壁厚小于2. 15 mm。本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的 该电磁控电极的制备方法，包括以下步骤
(1)采用PVDF材料制备电极的外空腔层；
(2)外空腔层的一端端面采用金质材料制备有电极工作面，采用导线引出，使其与外部电源接线柱相连接；
(3)在外空腔层的内部分层组装各层状结构，由内向外依次为PVDF层I、铜箔层、绝缘层及PVDF层II，总厚度小于2. 15謹；
进一步，所述电磁控电极的壁厚为1. 5 2 mm，外径为8 10mm，高度为8(Tll0mm ； 进一步，所述电极工作面的外径为3、mm，厚度为0. 5^0. 6mm。
本发明的目的之三是通过以下技术方案实现的
利用如前所述的电磁控电极进行生物样品检测的方法，包括以下步骤
(1)纳米复合磁珠制备将普鲁士蓝、纳米金依次修饰于磁性微粒子表面，然后固定甲胎蛋白特异性抗体，形成纳米复合磁珠；
(2)循环伏安检测将电磁控电极通电，在外加磁场的吸引下，结合的纳米复合磁珠被吸附固定在磁控电极表面，将电极置于PH 6.5 PBS溶液中进行循环伏安检测，得到电流 Ιι；
(3)孵育将AFP 标准品分别稀释至 0. 5 ng/mL, 1. 0 ng/mL, 2. 0 ng/mL, 5. 0 ng/mL， 10 ng/mL,25 ng/mL, 50 ng/mL, 75 ng/mL, 100 ng/mL, 150 ng/mL, 200 ng/mL, 250 ng/ mL和300ng/mL，将纳米复合磁珠依次置于上述不同浓度的AFP标准品中孵育，孵育时间为 15 30min ；
(4)检测将电磁控电极通电，并将电极前端置于孵育溶液中，吸附完毕后，将电磁控电极移至检测溶液中，即PH 6.5 PBS的溶液，进行循环伏安法检测，其峰电流与吸附抗原的量成反比，其中，峰电流值记为12，以免疫反应前后氧化峰电流下降的电流值ΔΙ = I2 - I1作为定量依据，对每一浓度标准抗原重复检测三次，以其平均值作为该抗原浓度对应的电流值，并对抗原浓度与其对应的电流值进行线性回归分析；
进一步，还包括步骤(5)，即在检测完毕后，断电使电磁控电极的磁性消失，对电磁控电极的表面进行PBS冲洗，纳米复合磁珠即可在PBS冲洗作用下从电磁控电极表面脱离； 进一步，所述步骤(3)中的孵育时间为20 min0本发明的有益效果是
1.本发明的电磁控电极，其工作面采用纯金材料，在电极内部采用分层结构构建电磁装置，将功能化磁粒子通过吸附在工作电极表面，改变了传统电极复杂的修饰过程，大大缩短检测时间，实现电化学生物检测的试剂化，而且可免再生使用；
2.本发明的检测方法以甲胎蛋白(AFP)为模型，利用抗原-抗体的特异性亲和作用捕获血清标本中的待测抗原，采用循环伏安法检测免疫反应前后的功能化磁粒子所产生的电流变化，实现了血清中AFP的定量检测，该方法操作简单、检测快速、灵敏度高、检测成本低、免再生、易于推广，可作为临床上通过检测血清中AFP含量的一种快捷、有效的检测方法。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图1为本发明的电磁控电极的剖面结构示意图； 图2为本发明的电磁控电极的外部结构示意图3为图3磁控电化学免疫传感器检测原理图；(其中I为检测峰电流值)图4为应用于AFP检测线性拟合曲线图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。如图1、2所示，本发明的电磁控电极采用多层空心管状结构，由内到外分别包括 PVDF层I 1、铜箔层2、绝缘层3、PVDF层II 4及外空腔层5，所述外空腔层5采用PVDF材料制成；本实施例中，PVDF层II 4优选为PTME材料制成，外空腔层优选为PTFM材料制成。PVDF树脂主要是指偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与其他少量含氟乙烯基单体的共聚物，PVDF树脂兼具氟树脂和通用树脂的特性，除具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、 耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，是目前含氟塑料中产量名列第二位的大产品，应用主要集中在石油化工、电子电气和氟碳涂料三大领域，由于PVDF良好的耐化学性、加工性及抗疲劳和蠕变性，近年来采用PVDF树脂制作的多孔膜、凝胶、隔膜等，得到了广泛的应用。PTFM和PTME材料均是属于PVDF树脂的一种， 是国外研制出的具有优异物理和化学性能的新型材料。电磁控电极的一端端面作为电极工作面6，另一端封闭，所述电极工作面6为金片结构，所述电极工作面6利用导线引出，与外部电源接线柱相连接。本实施例中，所述电磁控电极的外空腔层的壁厚为1 mm，外径为10mm，高度为80 mm。；所述金片结构的外径为4mm，厚度为2 mm。所述电磁控电极的多层结构的总壁厚小于 2. 15 mm。该电磁控电极的修饰是将电磁控电极通电，在外加磁场的吸引下，使结合的纳米复合磁珠被吸附固定在磁控电极表面；纳米复合磁珠的制作是将普鲁士蓝、纳米金依次修饰于磁性微粒子表面，然后固定甲胎蛋白特异性抗体，从而形成纳米复合磁珠。该电磁控电极的制备方法，主要包括以下步骤
(1)采用PVDF材料制备电极的外空腔层；
(2)外空腔层的一端端面采用金质材料制备有电极工作面，采用导线引出，使其与外部电源接线柱相连接；
(3)在外空腔层的内部分层组装各层状结构，由内向外依次为PVDF层I、铜箔层、绝缘层及PVDF层II，总厚度小于2. 15謹。其中，PVDF层II 4优选为PTME材料制成，外空腔层优选为PTFM材料制成。如图3所示，利用该电磁控电极进行生物样品检测的方法，主要包括以下步骤
(1)纳米复合磁珠制备将普鲁士蓝、纳米金依次修饰于磁性微粒子表面，然后固定甲胎蛋白特异性抗体，形成纳米复合磁珠；
(2)循环伏安检测将本发明的电磁控电极通电，在外加磁场的吸引下，结合的纳米复合磁珠被吸附固定在磁控电极表面，将电极置于PH 6.5 PBS溶液中进行循环伏安检测，得到电流I1 ；
(3)孵育将AFP 标准品分别稀释至 0. 5 ng/mL, 1. 0 ng/mL, 2. 0 ng/mL, 5. 0 ng/mL， 10 ng/mL,25 ng/mL, 50 ng/mL, 75 ng/mL, 100 ng/mL, 150 ng/mL, 200 ng/mL, 250 ng/ mL和300ng/mL，将纳米复合磁珠依次置于上述不同浓度的AFP标准品中孵育，孵育时间为20 min ；
(4)检测将电磁控电极通电，并将电极前端置于孵育溶液中，吸附完毕后，将电磁控电极移至检测溶液中，即PH 6.5 PBS的溶液，采用MEC-12B多功能微机电化学分析仪进行循环伏安法检测，其峰电流与吸附抗原的量成反比，其中，峰电流值记为I2，以免疫反应前后氧化峰电流下降的电流值ΔΙ = I2 - I1作为定量依据，对每一浓度标准抗原重复检测三次， 以其平均值作为该抗原浓度对应的电流值，并对抗原浓度与其对应的电流值进行线性回归分析。(5)冲洗即在检测完毕后，断电使电磁控电极的磁性消失，对电磁控电极的表面进行PBS冲洗，纳米复合磁珠即可在PBS冲洗作用下从电磁控电极表面脱离。之后，即可继续进行下一次样品的检测。其检测结果见图4，结果表明，AFP标准品浓度在1.0 ng/mL 300 ng/mL范围内， 磁控电化学免疫传感器氧化峰电流下降电流值与抗原浓度呈良好的线性关系。 目前，经试验表明，该技术能够有效地应用于目标分子的检测，本发明的关键技术问题在于通过磁粒子功能化修饰及磁控电极实现了电化学免疫传感器的便捷、有效的制备及再生，实现了电化学免疫传感器的重复使用。 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.电磁控电极，其特征在于所述电磁控电极为多层空心管状结构，由内到外分别包括PVDF层I、铜箔层、绝缘层、PVDF层II及外空腔层，所述外空腔层采用PVDF材料制成；所述电磁控电极的一端端面作为电极工作面，另一端封闭，所述电极工作面为金片结构，所述电极工作面利用导线引出，与外部电源接线柱相连接。
2.如权利要求1所述的电磁控电极，其特征在于所述电磁控电极的外空腔层的壁厚为1 2 mm，外径为8 10 mm，高度为80 110mm。
3.根据权利要求1所述的电磁控电极，其特征在于所述金片结构的外径为;Γ4mm，厚度为0. 5 2mm。
4.根据权利要求1所述的电磁控电极，其特征在于所述电磁控电极的多层结构的总壁厚小于2. 15 mm。
5.根据权利要求1所述的电磁控电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)采用PVDF材料制备电极的外空腔层；(2)外空腔层的一端端面采用金质材料制备有电极工作面，采用导线引出，使其与外部电源接线柱相连接；(3)在外空腔层的内部分层组装各层状结构，由内向外依次为PVDF层I、铜箔层、绝缘层及PVDF层II，总厚度小于2. 15謹。
6.根据权利要求5所述的电磁控电极的制备方法，其特征在于所述电磁控电极的壁厚为1.5 2 mm，外径为8 10mm，高度为80 110 mm。
7.根据权利要求5或6所述的电磁控电极的制备方法，其特征在于所述电极工作面的外径为3 4mm，厚度为0. 5^0. 6mm。
8.利用如权利要求1至3所述的电磁控电极进行生物样品检测的方法，其特征在于 包括以下步骤(1)纳米复合磁珠制备将普鲁士蓝、纳米金依次修饰于磁性微粒子表面，然后固定甲胎蛋白特异性抗体，形成纳米复合磁珠；(2)循环伏安检测将电磁控电极通电，在外加磁场的吸引下，结合的纳米复合磁珠被吸附固定在磁控电极表面，将电极置于PH 6.5 PBS溶液中进行循环伏安检测，得到电流 Ιι；(3)孵育将AFP 标准品分别稀释至 0. 5 ng/mL, 1. 0 ng/mL, 2. 0 ng/mL, 5. 0 ng/mL， 10 ng/mL,25 ng/mL, 50 ng/mL, 75 ng/mL, 100 ng/mL, 150 ng/mL, 200 ng/mL, 250 ng/ mL和300 ng/mL，将纳米复合磁珠依次置于上述不同浓度的AFP标准品中孵育，孵育时间为 15 30 min ；(4)检测将电磁控电极通电，并将电极前端置于孵育溶液中，吸附完毕后，将电磁控电极移至检测溶液中，即PH 6.5 PBS的溶液，进行循环伏安法检测，其峰电流与吸附抗原的量成反比，其中，峰电流值记为12，以免疫反应前后氧化峰电流下降的电流值ΔΙ = I2 - “作为定量依据，对每一浓度标准抗原重复检测三次，以其平均值作为该抗原浓度对应的电流值，并对抗原浓度与其对应的电流值进行线性回归分析。
9.根据权利要求8所述的生物样品检测方法，其特征在于还包括步骤(5)，即在检测完毕后，断电使电磁控电极的磁性消失，对电磁控电极的表面进行PBS冲洗，纳米复合磁珠即可在PBS冲洗作用下从电磁控电极表面脱离。
10.根据权利要求8所述的生物样品检测方法，其特征在于所述步骤(3)中的孵育时间为20 min。
全文摘要
本发明公开了一种电磁控电极,为多层空心管状结构，由内到外分别包括PVDF层、铜箔层、绝缘层、PTME层及外空腔层，所述外空腔层采用PTFM材料制成；所述电磁控电极的一端端面作为电极工作面，另一端封闭，所述电极工作面为金片结构，所述电极工作面利用导线引出，与外部电源接线柱相连接，该电磁控电极同时利用分层结构在其内部构建电磁结构，通过将功能化磁粒子吸附在工作电极表面，改变了传统电极复杂的修饰过程，大大缩短检测时间，实现电化学生物检测的试剂化，而且可再生重复使用；本发明还公开了该电磁控电极的制备方法，同时还提供了一种利用电磁控电极进行生物样品检测的方法。
文档编号G01N27/48GK102253094SQ20111011677
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者方立超, 李艳, 蒋丽莉, 贺娟, 邓均, 郑俊松, 黄辉 申请人:中国人民解放军第三军医大学