一种二维纳流体生化传感器及其在生化分子检测中的应用的制作方法

本发明属于纳米材料检测应用，具体涉及一种二维纳流体生化传感器及其在生化分子检测中的应用。

背景技术：

1、纳流体生化传感器得益于无需标记、高通量、高灵敏的特点，在疾病筛查、环境监测、食物安全等领域具有广阔的发展潜力。不同于其它类型生物传感器，通过将探针分子修饰到传感界面，记录分析待测物分子结合前后传感器离子电流信号变化，纳米孔生物传感器已被广泛应用于离子、小分子、核酸、蛋白质和细胞等多尺度目标物的传感。然而，传统的纳流体生物传感器往往无法区分目标物传感界面和离子信号传输界面，这极大的限制了纳流体生化传感器在复杂样品检测中的灵敏度和特异性。因此，开发具有高灵敏度和高特异性的新型纳流体生化传感器对于提高其在实际样本分析中的应用性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种二维纳流体生化传感器及其在生化分子检测中的应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明的第一目的是提供一种二维纳流体生化传感器，包括参比电极和工作电极，还包括氧化石墨烯纳米限域隔膜，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜设置在所述工作电极和所述对电极之间，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜包括氧化石墨烯薄膜本体；以及位于氧化石墨烯薄膜外表面共价键合或化学键合修饰的dna适配体探针，所述氧化石墨烯薄膜本体的层间间隔构成传输离子的纳米通道，所述的dna适配体探针识别靶标改变所述纳米通道内的离子电流信号以实现生化分子检测；所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的厚度为5-8μm，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的层间通道尺寸为0.6-1.0nm。

4、进一步的，所述工作电极的制备方法包括以下具体步骤：

5、s1、提供氧化石墨烯薄膜本体；

6、s2、采用化学反应活化剂对氧化石墨烯薄膜本体外表面羧基基团进行活化接枝位点；

7、s3、再接着将dna适配体探针与所述接枝位点进行化学键合酰胺化反应，即得含探针修饰的氧化石墨烯薄膜。

8、进一步的，所述氧化石墨烯薄膜的制备方法为将单层片状氧化石墨烯置于水中超声，抽滤烘干，制成长方形片层膜，得到氧化石墨烯薄膜。

9、进一步的，所述的化学反应活化剂为edc/nhs，edc为(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，nhs为n-羟基琥珀酰亚胺。

10、进一步的，所述接枝位点的形成方法包括：将edc/nhs滴加到氧化石墨烯薄膜外表面进行羧基端活化；再将5’端具有氨基的dna适配体探针修饰到氧化石墨烯薄膜外表面。

11、本发明的第二目的是提供上述的二维纳流体生化传感器用于生化分子的定性、定量分析。

12、本发明的第三目的是提供一种生化分子检测装置，包括壳体、第一电解槽、样品槽和第二电解槽，所述样品槽设置在所述第一电解槽和所述第二电解槽之间，所述样品槽内设置有所述的氧化石墨烯纳米限域隔膜，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的两端分别与所述第一电解槽和所述第二电解槽连通，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的片层间孔道作为电解液中离子的传输通道，所述第一电解槽和所述第二电解槽内均设置有电极孔，两个所述电极孔内分别插设有参比电极和工作电极。

13、本发明的第四目的是提供一种采用上述的生化分子检测装置检测生化分子的方法，所述第一电解槽和所述第二电解槽内填充有kcl电解液，所述工作电极为ag电极，所述参比电极为agcl电极，将待检样本加入到所述样品槽内的氧化石墨烯纳米限域隔膜的外表面，将所述ag电极和所述agcl电极连接皮安表进行i-v电流响应信号采集。

14、进一步的，所述生化分子包括psa蛋白、小分子肌氨酸。

15、进一步的，所述psa蛋白对应的探针为

16、5’-(nh2)tttttaattaaagctcgccatcaaatagcttt-3’；所述小分子肌氨酸对应的探针为

17、5’-(nh2)cgggacgaccacgcaaatacgaatagtgtgaacgcgggagtcccg-3’。

18、与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

19、(1)本发明提供了一种二维纳流体生化传感器及其在生化分子检测中的应用。该传感器包氧化石墨烯纳米限域隔膜，其设置在参比电极和工作电极之间，氧化石墨烯纳米限域隔膜包括氧化石墨烯薄膜本体；以及位于氧化石墨烯薄膜外表面共价键合或化学键合修饰的dna适配体探针，氧化石墨烯薄膜本体的层间间隔构成传输离子的纳米通道，dna适配体探针识别靶标改变薄膜外表面电荷密度，导致纳米通道内的离子电流信号发生显著变化，以实现生化分子特异性检测。本法发明提供的二维纳流体生化传感器具有高灵敏度和高特异性，样本用量少，成本低，对于提高其在实际样本分析中的应用性能具有重要意义，市场应用前景广。

20、(2)本发明提供的生化分子检测装置，采用含dna适配体探针修饰的氧化石墨烯纳米限域隔膜外表面羧基和dna探针结构中氨基进行化学键合反应，由于特异性蛋白或小分子肌氨酸标志物会与其dna适配体探针结合改变薄膜外表面电荷密度，导致离子信号发生特异性响应，从而完成特异性psa蛋白和小分子肌氨酸识别。

技术特征：

1.一种二维纳流体生化传感器，包括参比电极和工作电极，其特征在于，还包括氧化石墨烯纳米限域隔膜，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜设置在所述参比电极和所述工作电极之间，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜包括氧化石墨烯薄膜本体；以及位于氧化石墨烯薄膜外表面共价键合或化学键合修饰的dna适配体探针，所述氧化石墨烯薄膜本体的层间间隔构成传输离子的纳米通道，所述的dna适配体探针识别靶标改变所述纳米通道内的离子电流信号以实现生化分子检测；所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的厚度为5-8μm，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的层间通道尺寸为0.6-1.0nm。

2.如权利要求1所述的二维纳流体生化传感器，其特征在于，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜的制备方法包括以下具体步骤：

3.如权利要求2所述的二维纳流体生化传感器，其特征在于，所述氧化石墨烯薄膜的制备方法为将单层片状氧化石墨烯置于水中超声，抽滤烘干，制成长方形片层膜，得到氧化石墨烯薄膜。

4.如权利要求2所述的二维纳流体生化传感器，其特征在于，所述的化学反应活化剂为edc/nhs，edc为(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)，nhs为n-羟基琥珀酰亚胺。

5.如权利要求2所述的二维纳流体生化传感器，其特征在于，所述接枝位点的形成方法包括：将edc/nhs滴加到氧化石墨烯薄膜外表面进行羧基端活化；再将5’端具有氨基的dna适配体探针修饰到氧化石墨烯薄膜外表面。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的二维纳流体生化传感器用于生化分子的定性、定量分析。

7.一种生化分子检测装置，其特征在于，包括壳体(1)、第一电解槽(2)、样品槽(3)和第二电解槽(4)，所述样品槽(3)设置在所述第一电解槽(3)和所述第二电解槽(4)之间，所述样品槽(3)内设置有如权利要求1所述的氧化石墨烯纳米限域隔膜(6)，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜(6)的两端分别与所述第一电解槽(2)和所述第二电解槽(4)连通，所述氧化石墨烯纳米限域隔膜(6)的片层间孔道作为电解液中离子的传输通道，所述第一电解槽(2)和所述第二电解槽(4)内均设置有电极孔(5)，两个所述电极孔(5)内分别插设有参比电极和工作电极。

8.一种采用如权利要求7所述的生化分子检测装置检测生化分子的方法，其特征在于，所述第一电解槽(2)和所述第二电解槽(4)内填充有kcl电解液，所述工作电极为ag电极，所述参比电极为agcl电极，将待检样本加入到所述样品槽(3)内的氧化石墨烯纳米限域隔膜的外表面，将所述ag电极和所述agcl电极连接皮安表进行i-v电流响应信号采集。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生化分子包括psa蛋白、小分子肌氨酸。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述psa蛋白对应的探针为5’-(nh2)tttttaattaaagctcgccatcaaatagcttt-3’；所述小分子肌氨酸对应的探针为5’-(nh2)cgggacgaccacgcaaatacgaatagtgtgaacgcgggagtcccg-3’。

技术总结
本发明提供了一种二维纳流体生化传感器及其在生化分子检测中的应用。该传感器包氧化石墨烯纳米限域隔膜，其设置在参比电极和工作电极之间，氧化石墨烯纳米限域隔膜包括氧化石墨烯薄膜本体；以及位于氧化石墨烯薄膜外表面共价键合或化学键合修饰的DNA适配体探针，氧化石墨烯薄膜本体的层间间隔构成传输离子的纳米通道，DNA适配体探针识别靶标改变薄膜外表面电荷密度，导致纳米通道内的离子电流信号发生显著变化，以实现生化分子特异性检测。本法发明提供的二维纳流体生化传感器具有高灵敏度和高特异性，样本用量少，成本低，对于提高其在实际样本分析中的应用性能具有重要意义，市场应用前景广。

技术研发人员：夏帆,王浚泽,赵婧,马群,田双,林美华,娄筱叮
受保护的技术使用者：山东雷泽生物科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16