一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法及其应用

本申请涉及二维材料生物检测，更具体地说，它涉及一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法及其应用。

背景技术：

1、表面等离激元共振(spr)是一种广泛应用于生物科学、药物发现和疾病诊断的免标记光学传感技术，具有高灵敏度、实时性和无标记检测等优势。超灵敏和特异性检测生物分子和核酸对于早期疾病诊断、药物发现和环境监测具有重要意义。将spr与电化学技术相结合，实现对带电生物分子的高灵敏度检测，在化学、生命科学和能源等领域具有重要意义。然而，目前仍存在着对带电分子超高灵敏检测的挑战，例如金表面上探针分子的固定量低、对带电分子信号响应能力差等限制。

2、二维过渡金属硫族化合物具有带隙可调、高比表面积、高载流子迁移率、良好的生物相容性等特点，在生物传感器领域得到了广泛关注与应用。单层硫化钨晶体是直接带隙半导体材料，迁移率较高，化学稳定性很好，且制备工艺简单、可控，是一种优异的spr生物传感器电敏感层材料，在外加电场的作用下，材料的表面电荷密度发生变化，导致介电常数的变化，在外表现为等离激元强度的变化。带电分子在二维材料表面的吸附会影响其表面电荷密度，当材料的表面电荷密度发生改变时，引起的介电常数变化可以通过spr技术检测到。因此，使用单层硫化钨晶体可有效增强spr信号并实现对带电生物分子的高灵敏检测。

3、糖尿病肾病(dn)是糖尿病最具破坏性的微血管并发症之一。它发生在大约20-40％的糖尿病患者中，已成为终末期肾功能衰竭的主要原因之一，而目前临床诊断常用的dn相关的生物标志物有mcp-1蛋白。因此，制备高灵敏度生物传感器来检测mcp-1蛋白对治疗糖尿病肾病有重要实际意义。

4、然而，现在的生物传感器存在性能不稳定、灵敏度低、检测浓度范围不够大等缺点，并且很少用于临床检测。

技术实现思路

1、本公开提供了一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法及其应用，制备高质量单原子层硫化钨晶体的方法，并且成功设计了采用单层硫化钨晶体作为电敏感层成功设计了spr生物传感器，对mcp-1蛋白达到了较低的检测极限，并实现了临床样本的超高灵敏度检测。

2、第一方面，本公开提供一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)首先利用化学气相沉积法制备单层硫化钨晶体，生长温度为890-920℃，然后用聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸亚丙酯转移到金膜基底上，而后用丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸亚丙酯以留下单层硫化钨晶体；

4、(2)结合spr和电化学技术，将金膜作为工作电极、将银/氯化银参比电极和珀金对电极插入到加有naf溶液的样品池中组成等离激元电化学阻抗显微镜成像系统，而后通过电化学工作站对单层硫化钨晶体进行电调制，通过施加线性伏安扫描电压得到spr信号反应最灵敏的电压，而后再施加线性循环伏安电压，测的不同振幅和频率电压下的spr响应信号，通过公式换算，通过对样品表面电荷密度成像，用于检测mcp-1蛋白分子；

5、(3)通过50nm的11-mua溶液对单层硫化钨晶体表面进行功能化处理24h，用去离子水冲洗掉残存的11-mua，再用氮气吹干，而后用edc/nhs混合溶液浸泡6h进行激活，并将mcp-1的抗体分子加入传感器芯片表面孵化12h，通过共价键固定在单层硫化钨晶体上，然后加入mcp-1蛋白分子分别进行检测。

6、优选的，所述步骤(1)中，以硫粉和氧化钨为前驱体，将盛有1.5g所述硫粉和2.0g所述氧化钨的刚玉舟分别放置在管式炉的上游温区和下游温区，温度分别设置为240-250℃与890-920℃，待管内压强达到40-50pa后升温。

7、优选的，所述步骤(1)中，升温速率为15-30℃/min。

8、优选的，所述步骤(1)中，所述单层硫化钨晶体整个生长过程中全程通入20-40sccmar作为载气。

9、优选的，所述步骤(1)中，采用湿法转移将单层硫化钨晶体到金膜基底上。

10、优选的，所述步骤(1)中，所述金膜基底为表面镀有2nm铬和48nm金的盖玻片。

11、优选的，所述步骤(3)中，所述edc/nhs混合溶液为400mm/100mm。

12、优选的，所述步骤(3)中，所述mcp-1蛋白分子的浓度为10-15-10-10g/l。

13、第二方面，本公开提供一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的应用，所述糖尿病肾病标志物的生物传感器用于临床样品检测。

14、优选的，所述应用方法具体为：将制备好的芯片进行表面功能化，并固定抗体蛋白分子，然后利用离心机以2000rpm旋转2min对不同患者的临床样品离心，取上清液进行检测。

15、综上所述，本申请具有以下有益效果：

16、1、本申请中将电化学阻抗与等离激元成像技术相结合，二维材料硫化钨晶体作为电敏感层组成mcp-1蛋白分子生物传感器；

17、2、本申请中生物传感器检测限低、灵敏度高且具有良好的稳定性；

18、3、本申请的生物传感器具有高的时空分辨率；

19、4、本申请的生物传感器可以免标记无损检测；

20、5、本申请的生物传感器可以对于尿液中的生物分子进行检测，具有现实意义。

21、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开的保护范围。

技术特征：

1.一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，以硫粉和氧化钨为前驱体，将盛有1.5g所述硫粉和2.0g所述氧化钨的刚玉舟分别放置在管式炉的上游温区和下游温区，温度分别设置为240-250℃与890-920℃，待管内压强达到40-50pa后升温。

3.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，升温速率为15-30℃/min。

4.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述单层硫化钨晶体整个生长过程中全程通入20-40sccmar作为载气。

5.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用湿法转移将单层硫化钨晶体到金膜基底上。

6.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述金膜基底为表面镀有2nm铬和48nm金的盖玻片。

7.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述edc/nhs混合溶液为400mm/100mm。

8.根据权利要求1所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述mcp-1蛋白分子的浓度为10-15-10-10g/l。

9.根据权利要求1-8任意一项所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的应用，其特征在于，所述糖尿病肾病标志物的生物传感器用于临床样品检测。

10.根据权利要求9所述糖尿病肾病标志物的生物传感器的应用，其特征在于，所述应用方法具体为：将制备好的单层硫化钨芯片进行表面功能化，并固定抗体蛋白分子，然后利用离心机以2000rpm旋转2min对不同患者的临床样品离心，取上清液进行检测。

技术总结
本申请涉及二维材料生物检测技术领域，更具体地说，它涉及一种糖尿病肾病标志物的生物传感器的制备方法及其4应用。利用二维硫化钨晶体作为电敏感层材料，该材料在外加电场的作用下会发生更敏感的变化从而实现SPR信号的调节。制备高质量单原子层硫化钨晶体的方法，并且成功设计了采用单层硫化钨晶体作为电敏感层成功设计了SPR生物传感器，对MCP‑1蛋白达到了较低的检测极限，并实现了临床样本的超高灵敏度检测。

技术研发人员：薛天宇,高爽爽,田伊茗,王锐,温福昇,柳忠元,李惠丽,向建勇,翟昆,牟从普,王博翀
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9