[发明专利]一种小分子有机物修饰生物传感元件的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感元件修饰领域，具体涉及一种小分子有机物直接修饰生物传感元件的方法。

背景技术

生物传感元件是生物传感器的核心部件。生物传感器由于其具有灵敏度高、生物特异性强；操作简单，测量速度快；可以对生物反应的动态过程进行监测；整机可以小型化等特点，在生物医学研究、食品检测、环境监测、生物战剂探测领域得到了广泛的应用。所有生物传感器面临的最为关键、最为复杂的步骤就是需要在生物传感元件表面固定生物识别分子，从而制备敏感功能膜。传感敏感功能膜的制备方法包括物理吸附法和共价键法等。物理吸附法是将抗体等生物识别分子固定到传感元件上最简单的方法，缺点是修饰的生物识别分子量少且易脱落以及生物识别分子不定向吸附导致活性损失。共价键法是采用化学键合的方式将抗体、DNA等生物识别分子修饰到传感元件上，优点是结合比较牢固、再生性能良好，缺点是生物分子活性会因化学键合而降低，同样地，生物识别分子不定向修饰到传感器会使得活性损失，降低传感器的灵敏度。当有机污染物分子量较小时(如<1000)，直接将该物质固定在传感器表面非常困难。当采用固定生物识别分子(如抗体等)时，由于再生条件往往比较苛刻，对其活性影响很大，最终影响生物传感分析系统的稳定性和再现性。

如何在小分子风险污染物上引入合适的功能基团并将其组装到生物传感元件表面，制备出生物识别分子活性高、均匀性与一致性好、载量大、非特异性吸附弱、再生性能好的生物传感元件敏感功能膜至关重要。目前，制备小分子有机物的生物传感元件大多是将小分子物质偶联在惰性蛋白上，形成包被抗原，再修饰到生物传感元件表面，但是该种方法，过程繁琐，且不能保证生物传感元件的长期使用，使用期限有限，因此，如何将小分子化合物直接固定到探头表面已经成为表面修饰领域中的一个研究难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种小分子有机物修饰生物传感元件的方法。

本发明所提供的方法，包括如下步骤：

1)表面羟基化的生物传感元件的硅烷化：将表面羟基化的生物传感元件浸渍于硅烷化试剂中反应，得到硅烷化后的生物传感元件，其中，所述硅烷化试剂为带氨基的硅烷化试剂；

2)硅烷化后的生物传感元件表面连接双功能基团：将硅烷化后的生物传感元件浸渍于N,N′-二琥珀酰亚胺基碳酸酯(DSC)和N,N-二异丙基乙胺(DIEA)的甲苯溶液中反应，得到表面连接双功能基团的生物传感元件；

3)连接双功能基团的生物传感元件表面连接高分子聚合物：将表面连接双功能基团的生物传感元件浸渍于聚醚酰亚胺(PEI)的水溶液中进行反应，得到表面连接高分子聚合物的生物传感元件；

4)连接高分子聚合物的生物传感元件表面连接小分子有机物：在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)存在下，将表面连接高分子聚合物的生物传感元件和带有羧基的小分子有机物进行缩合反应，得到表面修饰有小分子有机物的生物传感元件。

上述方法中，步骤1)中，所述表面羟基化的生物传感元件是通过如下方法制备得到：将生物传感元件浸渍于Piranha溶液中，得到表面羟基化的生物传感元件，

其中，所述生物传感元件具体可为生物芯片或光纤传感器，所述生物芯片可为石英玻璃片，所述光纤传感器可为石英光纤。

所述Piranha溶液为浓硫酸和双氧水按体积比3：1混合后得到的混合物。

所述浸渍的温度为20～30℃，时间为20～40min。

步骤1)中，还包括对所述表面羟基化的生物传感元件进行如下处理的步骤：将其于去离子水中超声洗涤，直至超声洗涤后所得溶液的pH为中性，最后，于室温下，用氮气吹干，保存于真空干燥箱中备用。

上述方法中，步骤1)中，所述带氨基的硅烷化试剂具体可为(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTS)，所述(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷是以无水甲苯溶液的形式存在，所述(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液中(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的体积分数为1～5％。该硅烷化试剂带氨基，可使得光纤传感器带活性基团氨基，用于后续的生物分子固定。

所述反应的反应温度为20-30℃，具体可为室温(25℃)，反应时间为0.5-2h，具体可为1h。

步骤1)中，还包括对所述硅烷化后的生物传感元件进行如下处理：对其用无水甲苯溶液进行清洗，充分去除反应副产物，并用氮气吹干，再于150-250℃下烘烤10-60min，具体可在200℃下烘烤60min。