[发明专利]面向急性心肌梗死诊断的生物传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物传感器及其制备工艺，特别涉及一种对急性心肌梗死标志蛋白具有快速、灵敏响应的生物传感器及其制备方法，属于生物医学技术领域。

背景技术

心脏病是目前影响人们生活质量的重大疾病之一，根据《中国卫生统计年鉴2010》，在2009年，心脏病在中国城市居民中的发病死亡率仅次于恶性肿瘤。在心脏疾病中，心肌梗死是其中的一个重要分支，对其早期、快速、灵敏、准确的诊断是挽救众多患者生命的重要途径，具有极为重要的实用价值。

研究发现，心肌肌钙蛋白I（cTnI）、心肌肌钙蛋白T（cTnT）、肌酸激酶同工酶（CK-MB）以及肌红蛋白（MYO）在血液中的水平能够反映出心肌梗死的程度，是目前常用的检测指标，具有重要的临床价值。对于cTnI（正常值<0.2ng/mL），在急性心肌梗死发作早期的3~6h内即可检出，其浓度在18~24h后达到高峰，持续时间可达7~10天，且具有较高的阳性率，被认为目前诊断心肌梗死灵敏度和特异性最好的标志物，成为检出心肌损伤，特别是急性心肌梗死的“金标准”。CTnT（正常值<0.1ng/mL）在心肌损伤初期3~6h内也可以被检出，12～24h内达到峰值，浓度相比正常值升高30～200倍。CK-MB（正常值<5ng/mL）特异性较高，其浓度在心肌损伤4～8h后开始升高，但仅能持续3～4天，相比于cTnI具有较短的检测时间窗。MYO（正常值<80ng/mL）在心肌损伤发生2h后可达正常值2倍，4h达到峰值，但由于很快被清除，且其在骨骼肌内也大量存在，相比于cTnI具有特异性较低，诊断时间窗较短。目前已经发展出了多种方法检测上述蛋白，如电化学方法、酶联免疫法（ELISA）、纳米金标记法和荧光法等，但其中仍存在一些关键问题无法解决，从而限制了这些技术的应用，例如耗时较长，检测灵敏度还未能适应对急性心肌梗死发病早期时的低浓度蛋白检测等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种对急性心肌梗死标志蛋白具有快速、灵敏响应的生物传感器及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种面向急性心肌梗死诊断的生物传感器，其特征在于，它包括具有FET场效应管结构的传感器基体，该传感器基体包括作为栅极的SOI硅片，所述硅片表面设有钝化层、一根以上表面偶联修饰有急性心肌梗死标志蛋白的单克隆抗体的硅纳米线以及电极，所述电极包括分别与硅纳米线两端连接的金属源极和漏极；

同时，所述硅片表面上还设有微流道系统层，所述硅纳米线的至少局部表面暴露于该微流道系统层内的微流道中，所述微流道分别与微流道系统层上的样本溶液入口和样本溶液出口连通；

所述急性心肌梗死标志蛋白为心肌肌钙蛋白I、心肌肌钙蛋白T、肌酸激酶同工酶以及肌红蛋白中的任意一种以上。

进一步的讲，所述微流道系统层覆设在所述硅纳米线上，且所述硅纳米线表面整体暴露于该微流道系统层内的微流道中。

优选的，所述硅片表面设有由平行分布的复数硅纳米线组成的硅纳米线阵列。

所述硅纳米线宽度优选为50nm-150nm。

所述微流道系统层内分布有两条以上微流道，每一微流道分别与一根以上硅纳米线配合。

所述钝化层由氮化硅/氧化硅双层薄膜组成。

所述微流道系统层由聚二甲基硅氧烷构建形成。

如上所述面向急性心肌梗死诊断的生物传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）采用自上而下的方式依次在SOI硅片表面加工形成硅纳米线，金属电极以及钝化层，制得硅纳米线FET场效应管基体结构；

（2）在硅片表面上覆设微流道系统层，并至少使所述硅纳米线的局部表面暴露于该微流道系统层内的微流道中；

（3）利用共价键结合的方式在硅纳米线表面修饰急性心肌梗死标志蛋白的单克隆抗体，获得目标产品。

进一步的讲，步骤（3）的具体操作过程如下：

ⅰ）在所述钝化层表面修饰醛基，从而将钝化层表面封闭；

ⅱ）依次利用具有活性氨基的硅烷分子和戊二醛修饰硅纳米线，从而在硅纳米线表面连接醛基；

ⅲ）将急性心肌梗死标志蛋白的单克隆抗体通过共价键固定到硅纳米线表面；

ⅳ）利用乙醇胺或乙胺等具有活性氨基的分子以及惰性蛋白质修饰纳米线，以钝化硅纳米线表面及钝化层表面的残余醛基，排除非特异性吸附位点。

更具体的，步骤（3）的操作过程为：