[发明专利]基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于生物分析和生物传感技术领域，涉及传感器的设计与检测，特别涉及一种基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器及其制备方法。

二、背景技术

现有技术：

目前检测酶底物还没有什么通用方法，基本都是针对一种底物发展相应的检测技术(如200610080548.7，电化学胆固醇检测电极测试条和其制造方法)。最近研究表明，许多酶催化底物产生的中间物质可以作为过渡金属纳米颗粒合成和生长的活性物质，随着颗粒的长大，其光学性质也会发生相应的变化，因此酶和过渡金属复合体系可用底物浓度的传感检测。其中，性能优越的纳米金颗粒更是研究的热点，其直径1～100nm，一般为分散在水中的水溶胶，故称胶体金。胶体金在510～550nm可见光谱范围内有一吸收峰，吸收强度和波长随着金颗粒的直径增大而增强，这些性质可以可靠的应用于传感器的设计。某些氧化酶能和底物反应生具有还原性的物质，如H₂O₂等。这些产物能在金纳米颗粒的催化下还原AuCl₄^-，从而促使金纳米颗粒长大。利用这种金纳米颗粒长大导致的光学信号的变化可以发展成一种酶活性和底物检测的检测方法(WO 2006/008742 A1)。酶和过渡金属复合体系在制备酶和过渡金属复合体系过程中，为了提高过渡金属纳米颗粒的稳定性以及传感器使用的便捷性，需要把过渡金属纳米颗粒固定在一定的基底上，现在通常都是玻璃表面或者一些别的基底材料。比如：为了吸附纳米金颗粒，一般是对玻璃表面进行层层处理，最后修饰上带正电的氨基用来吸附带负电的金纳米粒子从而达到固定的目的。但现有的直接基于过渡金属纳米颗粒长大的方法用于分析时，其灵敏度和检测底限不能满足高精度样品的分析，其原因是多方面的，本发明涉及一种特殊基底材料——墨鱼骨衍生的有机膜，将过渡金属纳米颗粒固定在该基底材料上设计制备的传感器具有很高的灵敏度和较低的检测底限。

三、发明内容

本发明针对上述技术问题，目的是提供一种基于墨鱼骨有机质的高灵敏度传感器及其制备方法，该传感器设计中选用了一种新的基底材料，提高了传感器分析的灵敏度，其固定过渡金属纳米颗粒而成的复合膜进行底物浓度的传感分析时，其灵敏度高，检测底线低。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器，该传感器包含三维大孔有机膜材料和过渡态金属纳米颗粒组成的复合膜、过渡态金属盐以及酶类物质。三维大孔有机膜材料为含有质量百分数为50％～100％的β-几丁质，其微观结构是由孔径大小为30μm～150μm的弯曲单向孔通道组成的类似于房架的结构，该三维大孔有机膜材料的厚度在200μm～2000μm之间。三维大孔有机膜材料为透明的、表面修饰有各种对过渡态金属纳米颗粒具有很强的络合作用的化学基团。化学基团是氨基或羟基。过渡金属颗粒的等离激元共振峰位置范围为380～680nm。过渡金属盐的终浓度为0.001～25μM/ml，酶类物质的终浓度为0.01～100μg/ml。基于墨鱼骨有机质的检测底物浓度传感器，其制备及样品分析步骤为：将墨鱼骨的房架结构部分沿着垂直于其隔片的方向切成块状；将块状墨鱼骨浸入到浓度为0.01～5M的盐酸溶液中，去除无机质；取出上述样品，并沿隔片方向将薄层分开，用蒸馏水冲洗后获得片状三维大孔有机膜；将上述片状三维大孔有机膜用浓度为0.01～5M的NaOH溶液，煮0.1～5小时后用蒸馏水清洗干净；将上述制备的有机膜材料浸在过渡态金属胶体溶液中吸附过渡态金属胶体颗粒，得到过渡态金属有机复合膜；将上述的过渡态金属有机复合膜、过渡金属盐、能催化底物产生还原性产物的酶混合，再向混合液中加入待测样品进行酶催化底物反应，经过上述反应产生的产物将过渡金属盐还原成过渡金属并沉积在过渡态金属有机复合膜的过渡态金属颗粒上。

该基底材料是选取墨鱼骨的房架结构部分，进行去矿化，然后去蛋白，制备而成的透明的有机膜，类似水凝胶，厚度约为200～2000μm，其微观结构是由孔径大小为30μm～150μm的弯曲孔通道组成的多孔材料，比表面积大，用扫描电镜观察其形貌，其保留了脱钙处理之前的完整结构(图1)，图2是有机膜的俯视图，在透明膜中可见其弯曲走向的墙壁，图3是其侧面图，可见其孔洞大小几个微米。

在上述方案中，所述基底材料的主要成分是β-几丁质，材料表面含有丰富的氨基，用作纳米金颗粒的载体，不需要别的额外修饰，由于表面积大，荷载量大，有机膜吸附金纳米颗粒后的光学光谱及荷载动力学情况如图8-9，并且因为膜的透明性，其荷载的金纳米颗粒后的光学性质很好。