基于光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器对卵巢癌标记物的检测方法与流程

本发明属于新型功能材料与生物传感检测技术领域，具体涉及一种基于光热增强检测卵巢癌标记物的比率型电致化学发光免疫传感器的制备方法及应用。

背景技术：

电致化学发光免疫传感器，利用抗原与抗体之间特异性结合的一类生物传感器，具有灵敏度高、选择性好、操作简便、易于小型化、可连续快速、自动化检测分析等优点。其中，比率型电致化学发光免疫传感器是一种新的分析技术，与基于单一信号的传感器相比，其能够在可变的外部环境下通过对两个发射器的自校准，有效地减少假阴性或假阳性信号，从而获得更有说服力的结果，具有良好的应用前景。本发明制备了一种光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器，实现了对卵巢癌标记物he4的高灵敏检测。

四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物（tpp-dopedpfbtpdots）是一种新的发光试剂，具有毒性低、生物相容性好、易于固定化等优点。石墨相氮化碳（g-c3n4）是一种常见的阴极电致化学发光试剂，具有独特的结构和优异的性能，其中羧基化的石墨相氮化碳（g-c3n4-cooh）表现出良好的溶解性。目前，基于纳米材料的信号放大策略在电致化学发光传感领域得到广泛的应用。介孔sio2纳米球（ms-sio2）是一种常见的纳米材料，具有比表面积大，尺寸可调等优点。此外，呈大丽花状结构的碳纳米角（cnhs）是一种新型的碳纳米材料，具有良好的电子导电性、大的比表面积和高的空隙容量等化学特性，在电致化学发光传感器中受到广泛关注。本发明基于ms-sio2和cnhs两种纳米材料分别功能化g-c3n4-cooh和tpp-dopedpfbtpdots，在808nm激光照射下，构建了光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器，用于卵巢癌标记物he4的高灵敏检测。具体地，具有光热性质的tpp-dopedpfbtpdots和cnhs在激光照射下引起电极表面温度升高，增强电致化学发光信号强度，提高检测灵敏度。这种基于光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器提高了检测的灵敏度和准确性，在临床应用方面具有非常重要的应用价值和实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的之一是将tpp-dopedpfbtpdots和g-c3n4-cooh两种信号探针，分别固定到不同的纳米材料（cnhs和ms-sio2）表面，同时，利用cnhs优异的光热性能，在808nm激光照射下，构建一种基于光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器。

本发明的目的之二是将该电致化学发光免疫传感器应用于卵巢癌标志物he4的高灵敏检测。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

1.一种基于光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）玻碳电极（gce）首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依序用乙醇，稀酸和水彻底洗涤；

（2）取500ul5mg/ml羧基化的石墨相氮化碳（g-c3n4-cooh）与500ul3mg/ml的介孔sio2纳米球（ms-sio2）超声混合均匀，在室温下机械搅拌5小时,离心，洗涤去除多余的g-c3n4-cooh，得到g-c3n4-cooh@ms-sio2复合物；滴加3ul上述所制得的g-c3n4-cooh@ms-sio2复合物溶液于处理过的电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，制得g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极；

（3）将步骤（2）所制得的修饰电极浸入到60ul浓度比为2:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）及n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）的混合溶液中40分钟，以达到活化羧基的目的，烘干后，滴加3μl4.2ug/ml人附睾蛋白4抗体（ab1）于修饰电极表面，室温下孵育40分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极。

（4）将10mg的碳纳米角（cnhs）超声溶解于2ml的n，n-二甲基甲酰胺（dmf）溶液中，得到分散均匀的cnhs溶液；随后，取体积比为1:1的cnhs溶液与四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物（pdots）溶液在室温下混合震荡5小时，离心、洗涤制得cnhs@pdots复合物；然后取浓度比为4:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）及n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）加入到所制得的复合物溶液中，室温下振荡50分钟，再加入100ul50μg/ml人附睾蛋白4兔多克隆抗体（anti-rabbitigg，ab2），室温下反应50分钟后，离心、洗涤，制得cnhs@pdots-ab2复合物溶液。最后，向上述溶液中加入1wt%bsa封闭非特异性吸附位点，用去离子水洗去多余的试剂后，制得cnhs@pdots-ab2复合物溶液，储存在4°c冰箱中备用；

（5）将步骤（3）制得的ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极浸入不同浓度的人附睾蛋白4（he4）标准溶液中30分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极；然后滴加5ul步骤（4）制得的cnhs@pdots-ab2复合物溶液于he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极上，室温下孵育50分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得cnhs@pdots-ab2-bsa/he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极，并保存在4°c冰箱中备用。

2.所述的羧基化的石墨相氮化碳（g-c3n4-cooh）由下述方法制备的：将5.0g双氰胺以2.3°c/min的升温速率加热到550°c，4小时后，再以1°c/min的速率冷却至室温，制得黄色产物。在研钵中研磨一段时间后，再将产物转移到陶瓷坩埚中，在550°c下加热2小时，得到黄色的g-c3n4粉末。随后，取1gg-c3n4粉末溶解于含h2so4和hno3混合酸溶液中，混合酸溶液中h2so4和hno3体积比=3：1，并在室温下剧烈搅拌12小时，多次离心，洗涤，得到ph为7的混合溶液。最后，在35°c温度下干燥12小时，制得羧基化的g-c3n4；所述的四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物（tpp-dopedpfbtpdots）由下述方法制备的：将1mg/ml聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-(2,1,3-苯并噻唑)](pfbt)、1mg/ml聚(苯乙烯-共马来酸酐)（psma）和1mg/ml四苯基卟啉（tpp）分别溶解在不同体积的四氢呋喃（thf）溶液中，得到浓度为100µg/ml聚合物pfbt、20µg/ml功能聚合物psma、5µg/ml光敏剂tpp.，三者超声混合得到分散均匀的混合溶液；然后将10ml去离子水快速加入所获得的混合溶液中并在超声波水浴仪中超声一段时间，使溶液分散均匀。充氮气去除thf后，再用0.22µm滤膜过滤得到的溶液，最后，在温度为55°c的旋转蒸发仪中蒸发浓缩溶液，得到目标产物。

3.所述的介孔sio2纳米球（ms-sio2）由下述方法制备的：50ml正硅酸乙酯（teod）快速加入到含80ml乙醇、100ml二次蒸馏水和30ml的氨水的混合溶液中，在25°c温度下搅拌12h，得到溶液a；其次，将1.87g十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和0.6g尿素超声溶解于30ml超纯水中形成溶液b；随后，将溶液a和溶液b迅速混合，室温下搅拌0.5小时后，将混合液转移到50ml四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，120°c温度下加热4h，待冷却至室温后，离心、洗涤、干燥，再在550°c温度下煅烧6小时，得到最终产物。

4.上述的方法制备的一种光热增强检测卵巢癌标记物的比率型电致化学发光免疫传感器。

5.上述的一种光热增强检测卵巢癌标记物的比率型电致化学发光免疫传感器用于人附睾蛋白4(he4）的检测，其步骤如下：

（1）使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以上述的一种光热增强检测卵巢癌标记物的比率型电致化学发光免疫传感器为工作电极，ag/agcl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在0.1mol/mlph8.0的pbs缓冲溶液中进行测试；

（2）采用电位范围-1.5-1.5v，扫描速率0.15v/s电位窗口，电致化学发光设备光电倍增管800v对不同浓度的人附睾蛋白4(he4)标准溶液进行检测，通过电致化学发光设备采集1.3v的ecl信号强度（eclg-c3n4-cooh）和-1.3v的ecl信号强度（eclpdots），通过其比率值与人附睾蛋白4(he4)标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；

（3）待测样品溶液代替人附睾蛋白4(he4)标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。

本发明的显著优点为：

（1）比率法，一种新的分析方法，其量化取决于两信号的比率而不是绝对值，已经逐步被应用在荧光、电化学发光、光电和电化学等领域。相比其他分析技术，电化学发光具有简单、快速、灵敏度高等优点，其与比率型分析技术的结合为生物传感器的发展提供了更广阔的应用前景。

（2）具有大比表面积的ms-sio2作为生物传感器平台可以承载大量的生物分子及信号探针g-c3n4-cooh，无毒且生物相容性好的新的信号探针tpp-dopedpfbtpdots被功能化到具有高孔隙容量和高导电性的cnhs表面，同时，借助cnhs碳材料优异的光热性能，进一步提高了该比率型电致化学发光免疫传感器的灵敏度。

（3）本发明利用抗原、抗体的免疫反应，提高了检测方法的特异性。

附图说明

图1为介孔sio2纳米球（ms-sio2）、石墨相氮化碳和四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物点的对比谱图，其中的a、b分别为介孔sio2纳米球（ms-sio2）的扫描电镜(sem)和透射电镜图(tem)，c为羧基化石墨相氮化碳的扫描电镜(sem)，d、e分别为tpp-dopedpfbtpdots的透射电镜图(tem)、紫外光谱（uv-vis）图和荧光光谱（pl）图。

图2为免疫传感电极的电致化学发光响应信号与人附睾蛋白4(he4)标准溶液浓度的线性关系图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

一种基于光热增强的比率型电致化学发光免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）玻碳电极（gce）首先在铺有氧化铝粉末的麂皮上机械打磨抛光，用二次水洗去表面残留粉末，再移入超声水浴中清洗，直至清洗干净，最后依序用无水乙醇，稀酸和水彻底洗涤；

（2）取500ul5mg/ml羧基化的石墨相氮化碳（g-c3n4-cooh）与500ul3mg/ml的介孔sio2纳米球（ms-sio2）超声混合均匀，在室温下机械搅拌5小时,离心，洗涤去除多余的g-c3n4-cooh，得到g-c3n4-cooh@ms-sio2复合物；滴加3ul上述所制得的g-c3n4-cooh@ms-sio2复合物溶液于处理过的电极表面，红外灯下烘干，冷却至室温，制得g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极；

（3）将步骤（2）所制得的修饰电极浸入到60ul浓度比为2:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）及n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）的混合溶液中40分钟，以达到活化羧基的目的，烘干后，滴加3μl浓度为4.2ug/ml人附睾蛋白4抗体（ab1）于修饰电极表面，室温下孵育40分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极。

（4）将10mg的碳纳米角（cnhs）超声溶解于2ml的n，n-二甲基甲酰胺（dmf）溶液中，得到分散均匀的cnhs溶液；随后，取体积比为1:1的cnhs溶液与四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物（pdots）溶液在室温下混合震荡5小时，离心、洗涤制得cnhs@pdots复合物；然后取浓度比为4:1的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）及n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）加入到所制得的复合物溶液中，室温下振荡50分钟，再加入100ul50μg/ml人附睾蛋白4兔多克隆抗体（anti-rabbitigg，ab2），室温下反应50分钟后，离心、洗涤，制得cnhs@pdots-ab2复合物溶液。最后，向上述溶液中加入1wt%bsa封闭非特异性吸附位点，用去离子水洗去多余的试剂后，制得cnhs@pdots-ab2复合物溶液，储存在4°c冰箱中备用；

（5）将步骤（3）制得的ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极浸入不同浓度的人附睾蛋白4（he4）标准溶液中30分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极；然后滴加5ul步骤（4）制得的cnhs@pdots-ab2复合物溶液于he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极上，室温下孵育50分钟，用去离子水冲洗电极表面，制得cnhs@pdots-ab2/he4/bsa/ab1/g-c3n4-cooh@ms-sio2修饰电极，并保存在4°c冰箱中备用。

上述实施例1所用的人附睾蛋白4抗体（ab1），人附睾蛋白4兔多克隆抗体（anti-rabbitigg，ab2），人附睾蛋白4(he4）均购买自武汉三鹰生物技术有限公司。

实施例2

上述实施例1所用的羧基化的石墨相氮化碳（g-c3n4-cooh）由下述方法制备的：将5.0g双氰胺以2.3°c/min的升温速率加热到550°c，4小时后，再以1°c/min的速率冷却至室温，制得黄色产物。在研钵中研磨一段时间后，再将产物转移到陶瓷坩埚中，在550°c下加热2小时，得到黄色的g-c3n4粉末。随后，取1gg-c3n4粉末溶解于含h2so4和hno3混合酸溶液中，混合酸溶液中h2so4和hno3体积比=3：1，h2so4和hno3均为市售的浓h2so4和浓hno3，并在室温下剧烈搅拌12小时，多次离心，洗涤，得到ph为7的混合溶液。最后，在35°c温度下干燥12小时，制得羧基化的g-c3n4；所用的四苯基卟啉掺杂的共轭聚合物（tpp-dopedpfbtpdots）由下述方法制备的：将1mg/ml聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-(2,1,3-苯并噻唑)]（pfbt）、1mg/ml聚(苯乙烯-共马来酸酐)（psma）和1mg/ml四苯基卟啉（tpp）分别溶解在不同体积的四氢呋喃（thf）溶液中，最终得到浓度为100µg/ml聚合物pfbt、20µg/ml功能聚合物psma、5µg/ml光敏剂tpp.，三者超声混合得到分散均匀的混合溶液；然后将10ml去离子水快速加入所获得的混合溶液中并在超声波水浴仪中超声一段时间，使溶液分散均匀。充氮气去除thf后，再用0.22µm滤膜过滤得到的溶液，最后，在温度为55°c的旋转蒸发仪中蒸发浓缩溶液，得到目标产物。

上述实施例2所用的聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-交替-(2,1,3-苯并噻唑)]（pfbt）和四苯基卟啉（tpp）购买自美国sigma公司，聚(苯乙烯-共马来酸酐)（psma）购买自天津希恩思奥普德科技有限公司。

实施例3

上述实施例1所用的介孔sio2纳米球（ms-sio2）由下述方法制备的：50ml正硅酸乙酯（teod）快速加入到含80ml无水乙醇、100ml二次蒸馏水和30ml的氨水的混合溶液中，在25°c温度下搅拌12h，得到溶液a；其次，将1.87g十六烷基三甲基溴化铵（ctab）和0.6g尿素超声溶解于30ml超纯水中形成溶液b；随后，将溶液a和溶液b迅速混合，室温下搅拌0.5小时后，将混合液转移到50ml四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，120°c温度下加热4h，待冷却至室温后，离心、洗涤、干燥，再在550°c温度下煅烧6小时，得到最终产物。

实施例4

人附睾蛋白4(he4）的检测步骤：

（1）使用电化学工作站采用三电极体系进行测定，以实施例1制备的一种光热增强检测卵巢癌标记物的比率型电致化学发光免疫传感器为工作电极，ag/agcl为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在0.1mol/mlph8.0的pbs缓冲溶液中进行测试；

（2）采用电位范围-1.5-1.5v，扫描速率0.15v/s电位窗口，电致化学发光设备光电倍增管800v对不同浓度的人附睾蛋白4(he4)标准溶液进行检测，通过电致化学发光设备采集1.3v的ecl信号强度（eclg-c3n4-cooh）和-1.3v的ecl信号强度（eclpdots），通过其比率值与人附睾蛋白4（he4）标准溶液浓度之间的关系，绘制工作曲线；

（3）待测样品溶液代替人附睾蛋白4（he4）标准溶液进行检测，检测的结果可通过工作曲线查得。