一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法与流程

本发明涉及了一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法，属于传感仪器构建及生物化学分析技术领域。

背景技术：

随着社会的发展，环境监测，食品安全和疾病诊断越来越受到人们的重视，已经建立了许多基于光学、色谱、质谱以及电化学的检测方法，这些检测方法具有准确、灵敏、稳定等优点。但是，设备昂贵和操作复等原因限制其在快速检测及日常生活检测等方面的进一步应用，尤其是在偏远地区。因此，设计一种设备简单、易于操作、稳定实用的检测方法是具有重要意义的。

气压作为一种传统的物理现象，在生活的许多方面都有应用。在化学反应过程中，有许多化学反应都可以生成大量气体来增加容器内的气压。而在这些反应中，过氧化氢分解生成氧气这一反应有着高效的气体生成率以及无毒无害等性质。同时，该反应的速率能够通过催化剂大大提高，如过氧化氢酶、铂纳米颗粒等，是一种十分适合用来作为检测信号的反应。在许多现有的以气压作为检测信号的便携式生物分析中，传统气压计和毛细管柱通常被用来作为信号读出装置。近些年来，柔性器件由于其能对外部应力有灵敏的响应，在电子皮肤、电子纺织物以及应力检测等方面有许多研究。为了提高便携式传感器的灵敏度，信号生成来源和信号检测装置是其中最重要的两点。基于以上内容，构建一种灵敏的柔性气压传感器并将其应用于气压式的便携式免疫生物传感器能够有效得提高检测的灵敏度和准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柔性压力传感器的制备方法，并结合抗原抗体免疫反应来构建便携式气压免疫传感器。其技术原理是通过在免疫探针上引入铂纳米颗粒来催化注入的过氧化氢生成氧气，生成的氧气能够改变检测器中的气压，生成的气压能够被柔性压力传感器灵敏检测。当没有目标物时，气压增加较少，柔性气压传感器形变小，电阻变化较小；当目标物存在时，气压增加较大，柔性气压传感器形变大，电阻变化较大。电阻的变化与目标物浓度在一定范围内成正相关，且可以通过数字万用表来实现便携定量检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法，包含以下步骤：

（1）纸基电极的修饰：将定性滤纸裁剪成一定形状，并将其浸泡在1-5wt%的碳纳米管溶液中（含有1-10wt%的pluronicf-127表面活性剂），然后干燥，重复数次，直至电阻达到20-70kω；

（2）柔性压力传感器的制备：将制得的纸基电极和铜导电胶用银导电胶连接，在其中一面用bopp胶带张贴；将两个制备好的纸基电极面对面组合，并在外层用一层聚二甲基硅氧烷pdms封闭；

（3）气压型便携式免疫分析装置构建：将制备好的压力传感器用pdms密闭在一个离心管中，在其末尾用一根导管和检测池连接，在导管中间装有一过滤装置，防止液体流入，所有接口用pdms封闭。

（4）纳米探针构建：首先将10ml氯铂酸溶液（0.1-5mm）和1ml抗坏血酸溶液（0.1-5m）混合，在80℃加热30min，保存在4℃备用。将5ml制备的铂纳米粒子溶液用碳酸钠调节ph到9.0，再加入浓度为0.5mg/ml的目标物抗体（10-100μl），在4℃在过夜孵化。最后将上述溶液在4℃和14000g离心力的条件下离心20分钟，将离心得到的沉淀重新分散在3ml含有1.0wt%bsa、0.5wt%tween20和0.1wt%叠氮化钠的pbs(ph=7.4)中，储存于4℃备用。

（5）免疫反应构建：首先在96孔高亲和板中加入捕获抗体(10-80μl)过夜封闭，再依次加入目标检测物(10-80μl)、纳米探针(10-80μl)来形成抗体-抗原-抗体夹心型免疫复合物孵化40min，用磷酸缓冲溶液洗涤后，加入100μl过氧化氢反应；

（6）输出电信号检测：用数字万用表读取电阻信号变化来定量目标物浓度。

更具体的，

步骤（1）中所述的滤纸裁剪成的形状规格如图2所示。

步骤（2）中所述的柔性压力传感器规格为1×1.5cm²，具体制备过程如图3所示，制备的柔性压力传感器实物图如图4中的a所示，对气压响应范围如图5所示，为0.08-50kpa。

步骤（3）中所述的检测专制外侧用pdms封闭增加气密性，并和数字万用表连接，具体形状如图4中b所示。

步骤（4）中所述的过氧化氢浓度为30wt%，反应时间为270s。

步骤（5）中所述的电阻信号为δr（初始电阻减去终止电阻）。

本发明的优点如下：

（1）本发明所需要的材料原料易得，制备工艺简单，成本低廉。

（2）本发明构建的柔性压力传感器对气压响应灵敏，响应时间短，线性范围宽，将其用于免疫反应检测，极大简化检测装置，操作简单，响应灵敏，使其适用于便携式检测。

（3）本发明采用气压作为检测信号，其能够由少量的气体增加而引起巨大的改变，有利于提高检测的灵敏度。

（4）本发明采用免疫触法和铂纳米粒子催化作为信号放大机制，能够极大地提高检测结果准确性和灵敏性。

附图说明

图1为一种基于柔性气压传感构建的便携式生物免疫分析方法示意图；

图2为滤纸裁剪的规格；

图3为柔性压力传感器组装过程；

图4为柔性压力传感器实物图以及检测装置实物图;a为柔性压力传感器，b为检测装置；

图5为柔性压力传感器对气压的响应范围。

图6为实施例1中对癌胚抗原所做的标准工作曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施示例对本发明的技术方案做进一步说明，但是不能以此限制本发明的范围。

实施例1

1.纸基电极的修饰

将定性滤纸裁剪成图2中所示规格，并将其浸泡在2wt%的碳纳米管溶液中（含有2wt%的pluronicf-127表面活性剂），然后干燥，重复数次，直至电阻达到60kω。

2.柔性压力传感器的制备

将制得的纸基电极和铜导电胶用银导电胶连接，在其中一面用bopp胶带张贴；将两个制备好的纸基电极面对面组合，并在外层用一层pdms封闭，具体组装过程如图3所示，组装完成后如图4中a所示。

3.气压型便携式免疫分析装置构建

将制备好的压力传感器用pdms密闭在一个离心管中，在其末尾用一根导管和检测池连接，在导管中间装有一过滤装置，防止液体流入。整个装置结构处用pdms封闭，保证气密性，实物图如图4中b所示。

4.纳米探针的制备

首先将10ml氯铂酸溶液（1mm）和1ml抗坏血酸溶液（0.4m）混合，在80℃加热30min，保存在4℃备用。将5ml制备的铂纳米粒子溶液用碳酸钠调节ph到9.0，再加入50μl浓度为0.5mg/ml的癌胚抗原抗体，在4℃在过夜孵化。最后将上述溶液在4℃和14000g离心力的条件下离心20分钟，将离心得到的沉淀重新分散在3ml含有1.0wt%bsa、0.5wt%tween20和0.1wt%叠氮化钠的pbs(ph=7.4)中，储存于4℃备用。

5.对目标物癌胚抗原cea的检测（本实施例癌胚抗原作为模型目标分析物）

图1为本发明中分析方法过程示意图。首先，在96孔高亲和板中加入50μl浓度为10μg/ml的cea抗体，4℃下隔夜孵化，再加入300µl浓度为1.0wt%的bsa封闭1小时。用pbs溶液洗涤后，依次加入50µl的cea标准样品和50µl的纳米探针，分别反应40min。除去上清液后加入100µl浓度为30wt%的h2o2，反应270s，读取数字万用表电阻变化来定量。其结果所得的电阻变化对cea的标准工作曲线如图6所示，线性范围为0.5-60ng/ml，检测限为0.167ng/ml。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。