[发明专利]一种超敏电化学生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超敏电化学生物传感器及其制备方法和应用，所述传感器包括以碳纤维纸（CFP）为导电基底，所述导电基底上垂直生长连续层层叠加呈波浪形的石墨烯墙（GWs），所述石墨烯墙的骨架和壁上均布沉积有金纳米颗粒（AuNPs），所述金纳米颗粒和DNA四面体捕获探针（DNA‑T）通过Au‑S化学共轭作用，将所述DNA四面体捕获探针固定于CFP/GWs/AuNPs上。本发明制备的电化学传感平台为生物分子探针的固定化提供了超大的表面积和导电网络，其交错纵横的迷宫结构所带来的“纳米限域效应”增强了靶标分子与DNA‑T捕获探针的碰撞机率，协同提升了传感器的检测灵敏度，具有选择性好、灵敏度高、检测限低，且检测范围宽等优点，在环境、化学、生物和医疗检测等领域的有着很好的发展潜力。

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，特别的涉及一种超敏电化学生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

电化学与生物传感器的发展是目前分析化学研究中最活跃的领域之一。电化学生物传感器是以固定化的生物活性材料(包括核酸、酶、微生物、抗体、细胞等)为敏感元件，以电化学换能器即电化学电极为信号转换器，以电势或电流等为特征检测信号的生物传感器。开辟了分子生物学与电化学分析等学科的研究新领域，为生命科学的研究提供了新技术和新方法，对临床医学以及遗传工程的研究具有深远的意义。

发明专利CN201910624843.1公开了一种适配体电化学传感器的制备方法及应用，制备方法为：首先将丝网印刷碳电极(SPCE)进行活化，随后利用聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)与超纯水体积比1:1的溶液将石墨烯分散，石墨烯分散液修饰于SPCE表面，在红外灯下干燥得到石墨烯修饰的SPCE(GR/SPCE)；随后采用电沉积法制备纳米金修饰的GR/SPCE(AuNPs/GR/SPCE)，最后通过金硫键共价结合的方式将一端修饰有巯基的适配体修饰于电极表面，得到适配体修饰的AuNPs/GR/SPCE(Apt/AuNPs/GR/SPCE)。但上述方法传感界面的活性比表面积小，探针的固定效率低，导致传感器的灵敏度低。在复杂的实际样本中，对许多超低水平生物分子的超灵敏检测是非常必要的。并且像癌症这样的复杂疾病的特征是多发性的，在临床样本分析中，通常涉及多个靶标分子，单一的靶标检测效率低并且其临床诊断意义较低。所以，需要开发一个高灵敏且具有与普适性的检测平台可用于多种生物标志物的检测。

导电碳纸(CFP)作为由一根根碳纤维相互交织形成的三维网络结构的电极基底提供丰富的离子扩散通道，并且具有大比表面积、高导电性、价格低廉、易于加工等优势，有利于高灵敏的电化学生物传感界面构建。此外，CFP作为电极衬底，其表面特别适合于各种生物活性功能化纳米材料的修饰和生长。研究表明，控制电极的纳米结构和固定生物分子耦合方式对于控制生物传感器的界面特性和提高分析灵敏度至关重要。构建具有大比表面积和不同几何形状的纳米材料以增加活性表面积或探针固定效率，已被证明在提高分析灵敏度方面具有部分效果。然而，大多数不同几何形貌的粉体材料修饰电极基底不可避免的会出现材料不均一和不稳定现象，从而影响了传感电极的稳定性。为了满足可控形貌和活性位点均匀分散的双重要求，以保证最优的电子传输效率，迫切需要在电极表面原位制备均匀可控界面。

石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料，具有由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构，具有大比表面积(2600m².g^-1)、高导电性、热稳定性、多孔网络结构和良好的生物相容性等显著优势而成为电化学生物传感器构建很有前途的候选材料。三维石墨烯是以二维石墨烯纳米片为基本单元构建的宏观材料。具有柔韧性好、多孔性、高活性表面积、突出的电子传递性能等独特的性质，在能源、环境、传感器和生物分析等领域展现出潜在的应用前景。