[发明专利]一种高灵敏富勒烯光电化学探针及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种高灵敏富勒烯光电化学探针及其制备方法，属于生物检测领域。

背景技术

基于光诱导电子转移过程的光电化学（PEC）传感技术，以光信号驱动传感器界面的异相电子转移，利用电化学分析仪测量光电转换产生的光电流/电压信号。除外加光源外，该光电化学传感技术在检测设备、测量方法和信号处理等方面与电化学分析基本相同，因此具有电化学方法的高灵敏、高集成、低成本等特点。与临床生化分析中常用的电致化学发光技术相反，光电化学方法采用光激发信号产生电信号，同样具有高信噪比、高灵敏等特点，但检测设备更易实现集成化、便携化和低成本。目前，光电化学传感器多采用金属基光电转换材料，如氧化物、配合物和量子点等，检测对象包括凝血酶、ATP、DNA、肿瘤标志物和细胞等生物物质。然而，金属基光电材料往往需要紫外光激发、氧化能力强、对生物分子损伤大；同时，由于金属基光电材料的导电性差，目前几乎所有的光电化学传感器都将金属基光电材料直接固定在电极表面，从而限制了基底电极的背景调控和检测模式的选择。与金属基光电材料相比，富勒烯碳基光电材料在实现高灵敏、低成本、环保型光电化学生物传感方面具有独特的优势：（1）作为有机太阳能电池领域中最常用的电子受体，富勒烯的光电转换效率高（已超过8%）、光激发及氧化能力适中（C₆₀禁带宽度~1.9eV而TiO₂为~3.2eV）；（2）富勒烯的结构与能级可在分子层面裁剪与调制，光电调控效果明显；（3）富勒烯激发态寿命长、碳材料导电性好，有利于光生电荷的分离转移与生物分子的直接光电标记；（4）碳材料来源广泛、绿色环保。然而，迄今国内外尚未见富勒烯光电化学探针的工作报道及相关产品。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种富勒烯光电化学探针及其制备方法。

本发明的富勒烯光电化学探针，包括羧基化纳米载体，偶氮染料通过π-π作用固定于羧基化纳米载体表面，富勒烯通过与偶氮染料的π-π作用间接固定于羧基化纳米载体表面，检测抗体通过与羧基化纳米载体表面的羧基形成共价键实现固定连接。

该富勒烯光电化学探针以偶氮染料作为富勒烯和纳米载体溶液分散的修饰材料，以羧基化纳米材料作为富勒烯和生物分子的大面积载体，以富勒烯作为主要的吸光与光电转换材料。

所述的偶氮染料可以是刚果红。

所述的羧基化纳米载体是羧基化碳纳米管、羧基化石墨烯、羧基化氧化锌、羧基化二氧化钛、羧基化氧化铝或羧基化四氧化三铁。

所述的富勒烯是C₆₀或C₇₀。

本发明提供的水溶性富勒烯复合光电材料的制备方法是：

（1）将富勒烯、纳米载体和偶氮染料按偶氮染料：纳米载体：富勒烯 = 5:3:1的质量比混合研磨2 h，抽滤水洗至滤液无色，配制成1.0 mg/mL（以富勒烯计）的富勒烯复合光电材料的水溶液；

（2）往1.0 mL上述富勒烯复合光电材料的水溶液中加入20 mg/ml EDC和10 mg/ml NHS，常温下搅拌1 h，离心去上清，用1.0 mM pH7.4 PBS洗涤除去未反应的EDC和NHS，并用1.0 mL 1.0 mM pH7.4 PBS超声分散，得到羧基活化的富勒烯复合光电材料水溶液；

（3）往1.0 mL上述羧基活化的富勒烯复合光电材料水溶液中加入浓度为4 μg/mL的检测抗体溶液150 μL，在4 ℃下搅拌6 h，离心去上清，然后用1.0 mM pH7.4 PBS洗涤除去未反应的游离态检测抗体，最后用含有0.05wt% Tween-20的1.0 mM pH7.4 PBS溶液重新分散，制备出1.0 mg/mL的富勒烯光电生物探针溶液（按富勒烯计）。

本发明通过物理研磨的方法实现富勒烯复合光电材料的制备，基于生物分子在羧基化纳米载体上的共价固定实现富勒烯光电复合材料生物标记，从而制备出可实现目标抗原高灵敏检测的富勒烯光电化学探针。该方法制备的富勒烯光电化学探针的水溶性好、光电化学响应灵敏、生物标记方便，基于该光电探针构筑的光电化学免疫传感器的灵敏度可媲美电致化学发光方法，但检测成本更低，极具应用价值。

本发明制备的富勒烯光电化学探针的突出特点是：

（1）富勒烯光电复合材料的制备方法简单、条件温和、容易批量制备；所制备的光电材料的水溶性高、稳定性好、光电响应灵敏；富勒烯光电复合材料能可见光激发，检测装置易集成；