CN110455786A - 一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法 - Google Patents

一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，属于新型纳米材料领域与生物传感技术领域；本发明基于电致化学发光ECL技术，首次以铁蛋白共价交联鲁米诺（Ft‑luminol）作为信号源，以CeO2@SnS2作为促进剂，利用CeO2@SnS2对鲁米诺优异的协同催化作用对检测信号进行有效放大，提出了一种制备简单、成本低、反应能耗低、绿色环保的生物传感器制备方法，并将其应用于降钙素原的实际样品检测，检出限低至1.6 fg/mL，线性范围宽至5 fg/mL‑100 ng/mL，灵敏度高、重现性好，具有较大的潜在应用价值。

Description

一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备 方法
技术领域
本发明属于新型纳米材料领域与生物传感技术领域。
背景技术
作为一门由生物、化学、医学、电子技术等多种学科相互交叉而兴起的研究热点，电致化学发光（ECL）免疫分析技术是电化学、化学发光以及免疫分析技术的有机结合，具有成本低、选择性好、灵敏度高、分析速度快，易于自动化、微型化与集成化等优点，已被广泛应用于疾病标志物分析、食品安全分析、环境污染分析等领域。
降钙素原作为诊断脓毒症和鉴别严重细菌感染的疾病标志物，它的灵敏检测可显著提高脓毒症诊断的敏感性和特异性。目前，用于检测降钙素原的主要是电化学生物传感器，但这种方法存在重现性差、灵敏度低的缺点。由于电致化学发光技术结合了化学发光与电化学两种技术的优势，除了具有易于操作、可控性强、响应速度快等特点，其灵敏度也要比电化学更高，检测限也更低，可见，基于电致化学发光技术制备的生物传感器具备了比电化学技术更强的优势，这为免疫新方法的提出提供了一种更为强有力的技术支持，本发明正是基于电致化学发光技术而提出的一种生物传感器的制备方法，旨在为弥补现有检测方法的不足，为降钙素原的早期临床检测提供一种全新的分析方法。
发明内容
本发明的技术任务之一是为了弥补现有检测技术的不足，提供一种以CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光的免疫传感技术，该技术操作简单、成本低、信号响应迅速，大大缩短了检测的时间，省时省力。
本发明的技术任务之二是提供所述生物传感器的用途，该传感器能够快速检测降钙素原，具有灵敏度高、特异性强、重现性好的优点，检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
1. 一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm、0.05 μm氧化铝抛光粉抛光处理，用超纯水冲洗干净；
（2）在玻碳电极表面滴涂6 μL、浓度为2 ~ 4 mg/mL的CeO2@SnS2材料溶液为传感基底，将其置于37 °C晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2 ~ 4 mg/mL的抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（4）滴加3 μL、质量分数为1 ~ 3%的牛血清白蛋白溶液，以封闭电极表面的非特异性活性位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（5）滴加6 μL 降钙素原的标准溶液或未知浓度的降钙素原溶液，37 °C下孵化0.5 ~ 2h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干，传感器构建完毕。
2. 如权利要求1所述的一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述CeO2@SnS2材料溶液，按以下步骤制备：
首先，将0.01 ~ 0.03 mol的五水合四氯化锡、0.001~ 0.003 mol六水合硝酸铈、0.04~ 0.06 mol的硫代乙酰胺、0.4 ~ 0.6 g溴化十六烷基三甲铵完全溶解于乙醇和蒸馏水的混合物在80 °C下搅拌2 h，将获得物转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，温度保持在180 °C，反应24 ~ 48 h，随后冷却至室温。所得到的固体离心洗涤多次后，在40 ~80 °C的真空干燥箱中干燥12 ~ 36 h，然后在500 °C，氩气保护下烧结3 ~ 6 h，得到CeO2@SnS2，取2 ~ 4 mg的产品溶于1 mL超纯水中配成浓度为2 ~ 4 mg/mL的CeO2@SnS2溶液。
3. 如权利要求1所述的一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，按以下步骤制备：
将3 ~ 5 mL、浓度为5 μg/mL的铁蛋白溶液与0.5 ~ 2.5 mL、浓度为10 mmol/L的鲁米诺溶液混合，随后加入3.5 ~ 5.5 mL去离子水进行稀释，然后，向上述混合溶液中加入50 ~150 uL、质量分数50%的戊二醛溶液，持续搅拌2 h后得到浅黄色的鲁米诺-铁蛋白溶液，继续加入100 ~ 300 μL、浓度为10 mg/mL的降钙素原抗体溶液，在4 °C下振荡孵化6 ~ 18 h，离心后分散到1 mL pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中得到抗体标记的鲁米诺-铁蛋白溶液，置于4 °C下储存备用。
4. 如权利要求1所述制备方法制备的电致化学发光传感器用于降钙素原浓度的检测。
5. 如权利要求4所述的降钙素原浓度的检测，其特征在于，操作步骤如下：
（1）参数设置：超微弱电致化学发光仪的光电倍增管高压设置为800 V，电化学工作站循环伏安扫描电位范围设置为0 ~ 0.6 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（2）测试：以银/氯化银电极作为参比电极，铂丝电极为对电极，以上述方法制备的传感器为工作电极，在10 mL含45 ~ 75 mmol/L过氧化氢的磷酸盐缓冲溶液中进行电致化学发光测试，得到孵化不同浓度降钙素原时对应的电致化学发光信号强度，绘制工作曲线，其检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL；
（3）将孵化未知浓度的降钙素原实际样品的电致化学发光传感器进行测试得到相应的信号强度，据此根据工作曲线计算即可得到该试剂样品中的降钙素原浓度。
本发明的有益成果
（1）首次基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光的原理提出了一种新颖可靠的免疫传感技术。由于CeO2与SnS2各自具有良好的电催化性能，通过一锅水热合成法将成功二者复合得到CeO2@SnS2，利用 CeO2与SnS2之间令人满意的协同促进作用，CeO2@SnS2可以对过氧化氢进行高效催化分解产生超氧负离子与羟基自由基，为鲁米诺的ECL激发提供了充足的共反应自由基，实现了ECL信号的有效放大；
（2）本发明弥补了现有电化学检测技术操作复杂、灵敏度低、重现差的问题，将该技术应用于降钙素原的样品检测，检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL，具有响应速度快、灵敏度高、重现好、制备简单、成本低、绿色环保的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1. 一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm、0.05 μm氧化铝抛光粉抛光处理，用超纯水冲洗干净；
（2）在玻碳电极表面滴涂6 μL、浓度为2 mg/mL的CeO2@SnS2材料溶液为传感基底，将其置于37 °C晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2 mg/mL的抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，用pH7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（4）滴加3 μL、质量分数为1 %的牛血清白蛋白溶液，以封闭电极表面的非特异性活性位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（5）滴加6 μL 降钙素原的标准溶液或未知浓度的降钙素原溶液，37 °C下孵化0.5 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干，传感器构建完毕。
实施例2. 一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm、0.05 μm氧化铝抛光粉抛光处理，用超纯水冲洗干净；
（2）在玻碳电极表面滴涂6 μL、浓度为3 mg/mL的CeO2@SnS2材料溶液为传感基底，将其置于37 °C晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为3 mg/mL的抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，用pH7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（4）滴加3 μL、质量分数为2 %的牛血清白蛋白溶液，以封闭电极表面的非特异性活性位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（5）滴加6 μL 降钙素原的标准溶液或未知浓度的降钙素原溶液，37 °C下孵化1 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干，传感器构建完毕。
实施例3. 一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm、0.05 μm氧化铝抛光粉抛光处理，用超纯水冲洗干净；
（2）在玻碳电极表面滴涂6 μL、浓度为4 mg/mL的CeO2@SnS2材料溶液为传感基底，将其置于37 °C晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为4 mg/mL的抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，用pH7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（4）滴加3 μL、质量分数为3%的牛血清白蛋白溶液，以封闭电极表面的非特异性活性位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（5）滴加6 μL 降钙素原的标准溶液或未知浓度的降钙素原溶液，37 °C下孵化 2 h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干，传感器构建完毕。
实施例4. 所述CeO2@SnS2材料溶液，按以下步骤制备：
首先，将0.01 mol的五水合四氯化锡、0.001 mol六水合硝酸铈、0.04 mol的硫代乙酰胺、0.4 g溴化十六烷基三甲铵完全溶解于乙醇和蒸馏水的混合物在80 °C下搅拌2 h，将获得物转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，温度保持在180 °C，反应24 h，随后冷却至室温。所得到的固体离心洗涤多次后，在40 °C的真空干燥箱中干燥12 h，然后在500 °C，氩气保护下烧结3 h，得到CeO2@SnS2，取2 mg的产品溶于1 mL超纯水中配成浓度为2 mg/mL的CeO2@SnS2溶液。
实施例5. 所述CeO2@SnS2材料溶液，通过以下步骤制备：
首先，将0.02 mol的五水合四氯化锡、0.002 mol六水合硝酸铈、0.05 mol的硫代乙酰胺、0.5 g溴化十六烷基三甲铵完全溶解于乙醇和蒸馏水的混合物在80 °C下搅拌2 h，将获得物转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，温度保持在180 °C，反应36 h，随后冷却至室温。所得到的固体离心洗涤多次后，在60 °C的真空干燥箱中干燥24 h，然后在500 °C，氩气保护下烧结4 h，得到CeO2@SnS2，取3 mg的产品溶于1 mL超纯水中配成浓度为3 mg/mL的CeO2@SnS2溶液。
实施例6. 所述CeO2@SnS2材料溶液，按以下步骤制备：
首先，将0.03 mol的五水合四氯化锡、0.003 mol六水合硝酸铈、0.06 mol的硫代乙酰胺、0.6 g溴化十六烷基三甲铵完全溶解于乙醇和蒸馏水的混合物在80 °C下搅拌2 h，将获得物转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，温度保持在180 °C，反应48 h，随后冷却至室温。所得到的固体离心洗涤多次后，在80 °C的真空干燥箱中干燥36 h，然后在500 °C，氩气保护下烧结6 h，得到CeO2@SnS2，取4 mg的产品溶于1 mL超纯水中配成浓度为4 mg/mL的CeO2@SnS2溶液。
实施例7. 抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，按以下步骤制备：
将3 mL、浓度为5 μg/mL的铁蛋白溶液与0.5 mL、浓度为10 mmol/L的鲁米诺溶液混合，随后加入3.5 mL去离子水进行稀释，然后，向上述混合溶液中加入50 uL、质量分数50%的戊二醛溶液，持续搅拌2 h后得到浅黄色的鲁米诺-铁蛋白溶液，继续加入100 μL、浓度为10mg/mL的降钙素原抗体溶液，在4 °C下振荡孵化6 h，离心后分散到1 mL pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中得到抗体标记的鲁米诺-铁蛋白溶液，置于4 °C下储存备用。
实施例8. 抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，按以下步骤制备：
将4 mL、浓度为5 μg/mL的铁蛋白溶液与1.5 mL、浓度为10 mmol/L的鲁米诺溶液混合，随后加入4.5 mL去离子水进行稀释，然后，向上述混合溶液中加入100 uL、质量分数50%的戊二醛溶液，持续搅拌2 h后得到浅黄色的鲁米诺-铁蛋白溶液，继续加入200 μL、浓度为10mg/mL的降钙素原抗体溶液，在4 °C下振荡孵化12 h，离心后分散到1 mL pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中得到抗体标记的鲁米诺-铁蛋白溶液，置于4 °C下储存备用。
实施例9. 抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，按以下步骤制备：
将5 mL、浓度为5 μg/mL的铁蛋白溶液与2.5 mL、浓度为10 mmol/L的鲁米诺溶液混合，随后加入5.5 mL去离子水进行稀释，然后，向上述混合溶液中加入150 uL、质量分数50%的戊二醛溶液，持续搅拌2 h后得到浅黄色的鲁米诺-铁蛋白溶液，继续加入300 μL、浓度为10mg/mL的降钙素原抗体溶液，在4 °C下振荡孵化18 h，离心后分散到1 mL pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中得到抗体标记的鲁米诺-铁蛋白溶液，置于4 °C下储存备用。
实施例10. 将该技术用于降钙素原浓度的检测，操作步骤如下：
（1）参数设置：超微弱电致化学发光仪的光电倍增管高压设置为800 V，电化学工作站循环伏安扫描电位范围设置为0 ~ 0.6 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（2）测试：以银/氯化银电极作为参比电极，铂丝电极为对电极，以上述方法制备的传感器为工作电极，在10 mL含45 mmol/L 过氧化氢的磷酸盐缓冲溶液中进行电致化学发光测试，得到孵化不同浓度降钙素原时对应的电致化学发光信号强度，绘制工作曲线，其检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL；
（3）将孵化未知浓度的降钙素原实际样品的电致化学发光传感器进行测试得到相应的信号强度，据此根据工作曲线计算即可得到该试剂样品中的降钙素原浓度。
实施例11. 将该技术用于降钙素原浓度的检测，操作步骤如下：
（1）参数设置：超微弱电致化学发光仪的光电倍增管高压设置为800 V，电化学工作站循环伏安扫描电位范围设置为0 ~ 0.6 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（2）测试：以银/氯化银电极作为参比电极，铂丝电极为对电极，以上述方法制备的传感器为工作电极，在10 mL含55 mmol/L 过氧化氢的磷酸盐缓冲溶液中进行电致化学发光测试，得到孵化不同浓度降钙素原时对应的电致化学发光信号强度，绘制工作曲线，其检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL；
（3）将孵化未知浓度的降钙素原实际样品的电致化学发光传感器进行测试得到相应的信号强度，据此根据工作曲线计算即可得到该试剂样品中的降钙素原浓度。
实施例12. 将该技术用于降钙素原浓度的检测，操作步骤如下：
（1）参数设置：超微弱电致化学发光仪的光电倍增管高压设置为800 V，电化学工作站循环伏安扫描电位范围设置为0 ~ 0.6 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（2）测试：以银/氯化银电极作为参比电极，铂丝电极为对电极，以上述方法制备的传感器为工作电极，在10 mL含75 mmol/L 过氧化氢的磷酸盐缓冲溶液中进行电致化学发光测试，得到孵化不同浓度降钙素原时对应的电致化学发光信号强度，绘制工作曲线，其检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL；
（3）将孵化未知浓度的降钙素原实际样品的电致化学发光传感器进行测试得到相应的信号强度，据此根据工作曲线计算即可得到该试剂样品中的降钙素原浓度。

Claims (5)

1.一种一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将直径为4 mm的玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm、0.05 μm氧化铝抛光粉抛光处理，用超纯水冲洗干净；
（2）在玻碳电极表面滴涂6 μL、浓度为2 ~ 4 mg/mL的CeO2@SnS2材料溶液为传感基底，将其置于37 °C晾干；
（3）滴加6 μL、浓度为2 ~ 4 mg/mL的抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（4）滴加3 μL、质量分数为1 ~ 3%的牛血清白蛋白溶液，以封闭电极表面的非特异性活性位点，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干；
（5）滴加6 μL 降钙素原的标准溶液或未知浓度的降钙素原溶液，37 °C下孵化0.5 ~ 2h，用pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液PBS冲洗电极表面，将其置于4 °C晾干，传感器构建完毕。
2.如权利要求1所述的一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述CeO2@SnS2材料溶液，按以下步骤制备：
首先，将0.01 ~ 0.03 mol的五水合四氯化锡、0.001~ 0.003 mol六水合硝酸铈、0.04~ 0.06 mol的硫代乙酰胺、0.4 ~ 0.6 g溴化十六烷基三甲铵完全溶解于乙醇和蒸馏水的混合物在80 °C下搅拌2 h，将获得物转移至200 mL聚四氟乙烯内衬的高温反应釜中，温度保持在180 °C，反应24 ~ 48 h，随后冷却至室温；所得到的固体离心洗涤多次后，在40 ~80 °C的真空干燥箱中干燥12 ~ 36 h，然后在500 °C，氩气保护下烧结3 ~ 6 h，得到CeO2@SnS2，取2 ~ 4 mg的产品溶于1 mL超纯水中配成浓度为2 ~ 4 mg/mL的CeO2@SnS2溶液。
3.如权利要求1所述的一种基于CeO2@SnS2促进鲁米诺电致化学发光传感器的制备方法，其特征在于，所述抗体标记的鲁米诺-铁蛋白（Ft-luminol）溶液，按以下步骤制备：
将3 ~ 5 mL、浓度为5 μg/mL的铁蛋白溶液与0.5 ~ 2.5 mL、浓度为10 mmol/L的鲁米诺溶液混合，随后加入3.5 ~ 5.5 mL去离子水进行稀释，然后，向上述混合溶液中加入50 ~150 uL、质量分数50%的戊二醛溶液，持续搅拌2 h后得到浅黄色的鲁米诺-铁蛋白溶液，继续加入100 ~ 300 μL、浓度为10 mg/mL的降钙素原抗体溶液，在4 °C下振荡孵化6 ~ 18 h，离心后分散到1 mL pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液中得到抗体标记的鲁米诺-铁蛋白溶液，置于4 °C下储存备用。
4.如权利要求1所述制备方法制备的电致化学发光传感器用于降钙素原浓度的检测。
5.如权利要求4所述的降钙素原浓度的检测，其特征在于，操作步骤如下：
（1）参数设置：超微弱电致化学发光仪的光电倍增管高压设置为800 V，电化学工作站循环伏安扫描电位范围设置为0 ~ 0.6 V，扫描速率设置为0.1 V/s；
（2）测试：以银/氯化银电极作为参比电极，铂丝电极为对电极，以上述方法制备的传感器为工作电极，在10 mL含45 ~ 75 mmol/L过氧化氢的磷酸盐缓冲溶液中进行电致化学发光测试，得到孵化不同浓度降钙素原时对应的电致化学发光信号强度，绘制工作曲线，其检出限为1.6 fg/mL，线性范围5 fg/mL-50 ng/mL；
（3）将孵化未知浓度的降钙素原实际样品的电致化学发光传感器进行测试得到相应的信号强度，据此根据工作曲线计算即可得到该试剂样品中的降钙素原浓度。
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