[发明专利]一种纳米传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种可同时且实时监测葡萄糖和氧的纳米传感器及其制备方法和应用，所述纳米传感器为具有核壳结构的纳米传感器；其中，所述纳米传感器具有葡萄糖探针、氧探针和参比探针。本发明提供的纳米传感器可同时实现葡萄糖和氧气的比率型检测，且不相互干扰；并且本发明提供的纳米传感器分散液在没有沉淀剂的情况下可稳定存在至少半年以上；同时，本发明提供的传感器尺寸相对较小，可达100nm以下，其具有良好的细胞渗透性和低细胞毒性，可用于细胞内传感并且可实时监测细胞内葡萄糖和氧。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种纳米传感器及其制备方法和应用，特别是一种可同时且实时监测葡萄糖和氧的纳米传感器及其制备方法和应用。

背景技术

细胞代谢过程是细胞功能、刺激反应和生存的核心。许多复杂的疾病，包括癌症，都与不同水平的代谢途径调节的改变直接相关；细胞代谢的改变被认为是癌症的特征之一。尽管我们对与疾病状态相关的代谢变化的理解有了显著的进展，但对于代谢过程的动力学，尤其是在单细胞水平上动力学的机理却缺乏更进一步的认识。因此，监测细胞内代谢的方法已成为一个亟待解决的科学问题。葡萄糖和氧的浓度是与细胞新陈代谢密切相关的两个重要参数；监测细胞内葡萄糖和氧浓度就成为了监测细胞代谢的有效方法。

氧是生物系统中最关键的作用之一，因为几乎所有生物都利用它来产生能量和呼吸。细胞内氧含量与多种细胞活动密切相关，如细胞呼吸、细胞器功能、细胞代谢和癌症进展。氧含量的变化对了解细胞功能，尤其是细胞代谢具有重要意义。迄今为止，对于氧气浓度的测量方法主要分为Winkler滴定法，电化学分析法和光化学发光法。Winkler滴定法又称为化学法或碘量法，国际上在一定范围内将其作为测量氧气浓度的标准方法，我国则作为国标中指定的氧气浓度检测方法，其优点是测量精确度高且重复性好；但是，碘量法只适用于清洁水样，当水中含有其他离子如铁离子、游离态的氯离子和亚硝酸盐时会对测试结果产生干扰；更重要的是，该方法滴定耗时长，使用化学试剂繁多导致程序繁琐，而且会不断的消耗氧气，现场测试的要求无法满足，这些缺陷极大的限制了碘量法的使用。其次是电化学分析即Clark电极法；电化学方法操作简单，可以实现连续测量，并能够满足现场测样，由于存在选择性透过的聚四氟乙烯的薄膜，因此对于样品的要求较低，但是由于其特殊的结构和检测原理，使用前需要预热几分钟以保持电压的稳定；温度和薄膜上的污垢会直接影响Clark电池测试效果，因此需要及时清理电极和薄膜上的污垢，如果使用频繁，最好在一个月内就替换薄膜；且由于电池可以实现连续测量，并且在测试过程中发生化学反应，电极和电解液的损耗不容忽视；在测量之前，需要去不断的校准，一旦使用时间长，需要更换电解液；在使用电化学方法测量氧浓度的同时，消耗氧的缺陷依然没有改善，此缺陷仍旧限制了电化学方法的使用范围。CN1037968A公开了一种多功能组织细胞测氧器，由组织测氧室、细胞测氧室、恒温水池、传感器构成，其将组织测氧室和细胞测氧室设计在一个装置上，可用于生物组织、细胞氧耗的测定，但是其并没有办法兼顾氧气与葡萄糖的同时测定。