[发明专利]基于氮杂化介孔碳的生物传感器、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物传感器，具体是涉及到一种基于氮杂化介孔碳的生物传感器、制备方法及其应用。

背景技术

在陆地生态系统中，木质素是一种广泛存在于植物体中的无定形、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物，在农业和城市生活垃圾中非常常见，并且在木本植物中的含量占25%，是世界上仅次于纤维素的第二位最丰富的有机物。木质素的自然降解速度非常缓慢，通常采用堆积或焚烧的方法处理，不仅会产生诸如CO_x、甲烷等大量有害气体，同时造成资源浪费，因而生物降解木质素对于环境资源更有益处。白腐真菌对木质素具有生物降解能力。白腐真菌可以分泌出一些诸如漆酶、锰过氧化物酶、LiP等氧化胞外酶降解木质素，其中尤以锰过氧化物酶（MnP）的作用最为关键。因此，检测MnP的特征编码基因，可以有效地了解真菌生物降解木质素过程中分泌的MnP的动态变化，从而可以更加准确有效地控制整个生物降解过程。

采用生物传感技术检测基因片段是基因分析检测的一个趋势，其中电化学传感器受到广泛的关注，因为其具备响应快速，高灵敏，高选择性和可操作性强等优点。对于DNA传感器，常见的工作电极是金电极或者基于纳米金的筛网印刷电极，因为修饰有巯基的基因探针通过巯基与金的交联，很容易装配在电极表面，进行相关检测。不过，金电极价格昂贵，而筛网印刷电极是一次性电极，对于大量检测而言，其总花费也很可观。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高灵敏、快速响应、高检测精度及较强抗干扰性的基于氮杂化介孔碳的生物传感器，本发明还提供一种简单的基于氮杂化介孔碳的生物传感器的制备方法，本发明还提供一种基于氮杂化介孔碳的生物传感器在锰过氧化物酶特定编码基因片段浓度测量方面的应用，所述应用操作简便，高效，测量成本低。

本发明提出的技术方案为，

一种基于氮杂化介孔碳的生物传感器，包括工作电极，所述工作电极包括玻碳电极，所述玻碳电极的检测端表面依次连接有L-半胱氨酸、氮杂化介孔碳、金纳米粒子膜和巯基修饰的捕获探针，所述金纳米粒子膜上还连接有封闭金纳米粒子膜剩余结合位点的巯基乙醇。

本发明的基于氮杂化介孔碳的生物传感器优选为三电极电化学传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述参比电极优选为饱和甘汞电极，所述对电极优选为铂电极。

本发明的所述玻碳电极的检测端表面沉积有L-半胱氨酸，L-半胱氨酸连接有氮杂化介孔碳，氮杂化介孔碳外侧连接有金纳米粒子膜，所述金纳米粒子膜连接有巯基修饰的捕获探针，所述金纳米粒子膜上还连接有封闭金纳米粒子膜剩余结合位点的巯基乙醇，使金纳米粒子不与信号探针或者锰过氧化物酶特定编码基因片段等结合。

所述巯基修饰的捕获探针为：5'-HS-(CH₂)₆-T₁-3'，T₁的碱基序列（即SEQ ID NO.1）为5'-CTGATGGTGTCGTGTTTCT-3'。

所述氮杂化介孔碳的制备方法为，将介孔硅材料、四氯化碳、乙二胺混合，介孔硅材料优选为介孔硅模板SBA-15，介孔硅材料、四氯化碳、乙二胺的重量比优选为0.5～1.5:3:1.35，在90～100℃下加热搅拌，时间优选为6～10h，冷凝回流，时间优选为6～8h，优选于40～60℃条件下干燥，置于氮气，或者氮气与氢气的混合气体中，加热至600～900℃处理，优选处理时间为5～7h，优选的加热方式是控制升温速率为3～5℃/min。处理完毕后，加入氢氟酸，所述氢氟酸的质量分数优选为5～7%，过滤，洗涤，干燥，干燥温度优选为40～60℃，得氮杂化介孔碳。

介孔硅模板SBA-15可以通过如下制备方法得到，将嵌段共聚物P123置于盐酸中溶解，然后逐滴加入正硅酸乙酯，嵌段共聚物P123与正硅酸乙酯的质量比为8∶17～23，温度控制在30～35℃，搅拌，得混合物，然后将所述混合物在140～150℃加热，反应完全后，一般为23～25h，抽滤，洗涤至中性，风干，再在530～550℃焙烧，得到介孔硅模板SBA-15。

本发明还提供一种基于氮杂化介孔碳的生物传感器的制备方法，所述工作电极的制备方法为，在玻碳电极上通过电化学法沉积L-半胱氨酸，然后加入氮杂化介孔碳悬浮液，最后电化学法沉积金纳米粒子，得到修饰电极；将巯基修饰的捕获探针加入到所述修饰电极上，然后加入巯基乙醇，清洗，得到所述工作电极。

所述氮杂化介孔碳悬浮液的分散剂为N,N-二甲基甲酰胺或超纯水。