一种基于MXene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器及其检测方法

一种基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器及其检测方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器及其检测方法，特别适用于胆固醇简单快速检测，属于电化学生物传感器技术领域。


背景技术：

2.胆固醇，又称胆甾醇，是存在于脂肪中的一种蜡质类固醇，有助于维持细胞膜的通透性和流动性，是细胞膜的重要组成部分。此外，胆固醇含量是许多疾病的重要生物标志物。如果胆固醇含量过低，可引起脂蛋白过低、败血症、营养不良、贫血等。如果胆固醇偏高会引发多种疾病，如高血压、脑血栓、冠心病、动脉粥样硬化等。一般来说，人类胆固醇维持的正常范围200mg/dl。因此，开发一种简单、准确、灵敏、有效的检测胆固醇含量的方法在学术和医学领域都具有重要的现实意义。
3.到目前为止，常用的胆固醇检测方法有高效液相色谱、比色法、荧光法、分光光度法、电化学发光法。这些方法大多具有较好的胆固醇检测效果，但仍存在一些不足，如费时、灵敏度和选择性低、仪器操作复杂、仪器标准化困难、需要样品前处理，操作人员经验丰富等。然而，电化学分析方法克服了这些缺点，因为它具有操作简单、特异性强、成本低和灵敏度高备受青睐。纳米材料对于提高电化学传感器的灵敏度起着至关重要的作用。近年来，二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物(mxene)因其优异的金属电导率、亲水表面、大的比表面积、显著的化学稳定性、丰富的化学官能团等特性而被应用于电化学传感器领域。mxene通式为m
n+1
x
n
t
x
，其中m表示早期过渡金属，n为1
‑
3，a代表元素周期表中的iiia或iva元素，x表示碳或氮，t
x
表示官能团(
‑
o，
‑
oh，
‑
f)。迄今为止，未见报道基于mxene/壳聚糖复合材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器，用于检测胆固醇。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供了一种基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器及其检测方法。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一种基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器，所述传感器为表面修饰有mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶涂层的复合电极。
7.所述的基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器的制备方法，包括：
8.步骤1：mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料溶液的制备
9.mxene材料溶液和胆固醇氧化酶溶液混合超声5min，然后，加入壳聚糖溶液，继续超声5min而得到mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料溶液。
10.步骤2：复合电极的制备
11.在工作电极表面滴加5μl mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料溶液，干燥后，得到复合电极。
12.在一些实施例中，所述mxene材料溶液、胆固醇氧化酶溶液和壳聚糖溶液的体积比为2:1:1。
13.在一些实施例中，所述mxene材料溶液为浓度1
‑
8mg/ml的水溶液。
14.在一些实施例中，所述壳聚糖溶液为浓度1
–
6mg/ml的乙酸溶液。
15.在一些实施例中，所述胆固醇氧化酶溶液为浓度0.05
‑
0.3u/μl
‑1的pbs溶液。
16.在一些实施例中，所述pbs溶液为浓度0.1mol/l、ph 7.0的磷酸盐缓冲溶液。
17.一种利用所述基于mxene材料固定胆固醇氧化酶的生物传感器的检测方法，包括：以制备好的mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶复合电极为工作电极，铂丝电极为对电极，参比电极为银
‑
氯化银参比电极，组成三电极体系，检测环境为1mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾包含0.1mol/l氯化钾的溶液，工作电压为0
‑
0.6v，利用差分脉冲伏安法检测待测溶液中胆固醇的含量。
18.在一些实施例中，检测样品中胆固醇的浓度为0.3
‑
4.5nmol/l。
19.与现有检测胆固醇的电化学生物传感器相比，本发明的优点在于：采用差分脉冲伏安法检测胆固醇，其浓度在0.3
‑
4.5nmol/l范围内呈良好的线性关系，具有较低的检出限为0.11nmol/l；制备的电化学生物传感器价格低廉，对血清中胆固醇的检测不需要复杂的样品前处理，操作方法简单，检测速度快，具有高的选择性和灵敏度，抗干扰，稳定性较好。
附图说明
20.图1是本发明传感器mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料的扫描电子显微镜图。
21.图2是本发明传感器对胆固醇检测的数据分析图。
22.图3是本发明传感器抗干扰性实验数据图。
23.图4是本发明传感器稳定性实验数据图。
具体实施方式
24.为了更好的解释本发明技术方案的优点，以下所述的具体实施例对本发明进行了进一步详细说明。此处所述的具体实施列仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
25.实施例1传感器的制备
26.将10μl胆固醇氧化酶溶液(0.2u/μl)和20μlmxene材料水溶液(5mg/ml)混合超声5min。紧随其后，将10μl壳聚糖(6mg/ml)添加到上述混合溶液中超声5min,得到mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料溶液。mxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料的表征见图1所示。
27.对工作电极进行表面预处理；先在麂皮上用三氧化二铝粉末(0.05μm)抛光打磨5min，直到出现光亮明镜，然后用超纯水反复冲洗多次，最后在室温下干燥。将5μlmxene材料/壳聚糖/胆固醇氧化酶纳米材料溶液缓慢地滴涂在刚刚抛光的玻碳电极表面，在室温下干燥，得到修饰工作电极完成。
28.实施例2传感器检测胆固醇
29.在扫描速率为100mv/s，电位范围为0
‑
0.6v时，通过差分脉冲伏安法检测胆固醇。如图2所示，胆固醇的峰值电流随着胆固醇浓度(a
‑
j:0,0.3,1,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,
4.5nmol/l)的增加而增加，在0.3
‑
4.5nmol/l范围内，峰值电流与胆固醇浓度呈良好的线性关系。相应的线性回归方程为i(μa)＝0.9366c
×
(10
‑
10
mol/l)+3.4919(r2＝0.9965)，检出限为0.11nm(lod＝3
×
sd/s)。sd为空白样本信号的标准差，s为校准曲线的斜率。
30.实施例3传感器抗干扰性测试
31.为了评估所制备的生物传感器的抗干扰性，通过差分脉冲伏安法进行了研究，研究了不同干扰物质柠檬酸(ca)、多巴胺(da)、尿酸(ua)、抗坏血酸(aa)、l
‑
半胱氨酸(l
‑
cys)对胆固醇的检测。从图3看出，本发明干扰物浓度4.5nmol/l，没有观察到明显的电流变化，而在混合溶液中的反应与在检测胆固醇时几乎相同。因此，本发明传感器具有较强的抗干扰能力。
32.实施例4传感器稳定性测试
33.本发明传感器在室温下密封保存15天后，通过监测用于差分脉冲伏安法测量的2nmol/l胆固醇来评估其长期稳定性。如图4所示，15天后电流仍保持在初始值的98.2％，证明本发明传感器长期稳定性良好。
34.实施例5传感器检测实际样品
35.为了进一步研究本发明传感器在实际样品分析中的可行性，采用加标回收率的方法评价检测。将血清用pbs稀释50倍，测定人血清中胆固醇氧化酶含量为6.74
×
10
‑
10
mol/l。3个血清样品的加标回收率分别为96.3％、105.6％、110.2％，相对标准偏差均小于4.8％。结果表明，本发明传感器具有良好的回收率。
36.以上所述仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何改动，等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。