基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建

1.本发明涉及前列腺特异性抗原的定量检测领域，更具体的说是基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建。


背景技术：

2.据统计，我国每年新患癌症的病人约160万，而每年因癌症死亡的人数约130万人。在我国大中城市居民的许多死亡原因中，癌症是第一死因，而现存的放疗、化疗等方式在治疗癌症的同时也会对正常的细胞产生严重的损伤，因此，实现癌症的早期发现与治疗对恶性肿瘤的诊断起到了十分重要的意义，建立简单快速、灵敏和选择性好的恶性肿瘤生物标志物检测新方法，对恶性肿瘤的早期发现和治疗效果评价具有十分重要的价值。
3.光电化学免疫传感器在疾病诊断、食品安全检测、环境保护等领域因其高灵敏度被广泛应用。光电化学免疫传感器通过固定敏感生物材料如酶、抗原、抗体、dna等活性物质作为识别元件，将敏感生物材料表达的信号输出为电信号。生物材料的特异性识别使得光电化学免疫传感器对肿瘤的诊断具有良好的特异性和敏感性。


技术实现要素：

4.本发明的目的基于二维异质结与纳米酶结合构建一种用于前列腺特异性抗原检测的光电化学传感器。
5.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下措施来实现的：基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，其特征包括以下步骤：（1）合成ti3c2：将0.8 g的lif溶于9 mol/l的10ml hcl中，室温搅拌5 min，然后缓慢加入0.5 g ti3al2来防止沸腾并且在25
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c下连续搅拌24 h，然后用去离子水多次洗涤，直到ph值为6左右；最后再加入100 ml去离子水，手动摇匀至分离；经过多次离心得到最终的黑色溶液，最后置于4
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c冰箱中保存。
6.（2）合成ti3c2/mgin2s4异质结：将0.1016 g的mgcl2、0.2932 g的incl3和0.3005 g硫代乙酰胺依次溶于70 ml乙二醇中，然后将步骤（1）合成的1.5 g ti3c2加入到上述混合溶液中；此后将均相溶液密封在高压釜中，在180
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c下反应12 h；将所得产物冷却至室温后，用去离子水和乙醇多次离心收集后，60 ℃干燥过夜。
7.（3）构建ito/ti3c2/mgin2s4电极：导电玻璃为铟锡氧化物玻璃（ito），将导电玻璃切割为4.0
×
0.5 cm条状，依次用丙酮溶液、二次蒸馏水和无水乙醇超声清洗5 min，然后在氮气下干燥备用；将步骤（2）合成的浓度为2.0 mg/ml的ti3c2/mgin2s4滴加在ito玻璃上，60 ℃下干燥后接着在200
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c下煅烧2 h，得到ito/ti3c2/mgin2s4电极。
8.（4）合成znmof纳米酶：将0.34 g对苯二甲酸和1.2 g zn(no3)2·
6h2o分散在40 ml 的n，n-二甲基甲酰胺中，并在90 ℃下加热21 h。通过离心收集合成的结晶和无色znmof，并用去离子水洗涤几次；最后，在空气气氛中干燥得到znmof纳米酶。
9.（5）合成sa-mof：取4 mg步骤（4）合成的znmof溶解于4 ml的乙醇溶液中，随后加入
℃下干燥后接着在200
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c下煅烧2 h，得到ito/ti3c2/mgin2s4电极。
19.（4）合成znmof纳米酶：将0.34 g对苯二甲酸和1.2 g zn(no3)2·
6h2o分散在40 ml 的n，n-二甲基甲酰胺中，并在90 ℃下加热21 h。通过离心收集合成的结晶和无色znmof，并用去离子水洗涤几次；最后，在空气气氛中干燥得到znmof纳米酶。
20.（5）合成sa-mof：取4 mg步骤（4）合成的znmof溶解于4 ml的乙醇溶液中，随后加入200 μl 3-氨丙基三乙氧基硅烷并且超声1 h，得到胺基化znmof材料，将得到的材料离心后分散于2 ml的pbs中，然后加入0.2 ml的戊二醛溶液，并在室温下孵育1 h后加入0.2 ml的2 mg/ml链霉亲和素（sa），在4
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c下孵育1 h，最后经过清洗、离心，将得到的沉淀溶于2 ml的pbs中，即得到sa-znmof。
21.（6）合成sa-ab2-znmof：取1 ml浓度为10 μg/ml的二抗，即ab2加入到步骤（5）合成产物中，在4
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c下孵育2 h，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液洗涤3次去除没有复合的ab2，即得到sa-ab2-znmof。
22.（7）光电传感器（pec）的构建：用超纯水冲洗ito/ti3c2/mgin2s4电极，随后把6 μl浓度为10 μg/ml的一抗即ab1在4
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c下孵育16 h，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液彻底冲洗3次；继续滴涂20
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l 3%的牛血清白蛋白封堵非特异性结合位点，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液彻底冲洗3次，将20 μl不同浓度前列腺抗原滴加至电极表面，室温下孵育30 min后，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液洗涤3次；继续滴加20 μl步骤（6）合成的sa-ab2-znmof，室温下孵育4 h。
23.（8）光电传感器的电化学检测：在步骤（7）处理好的修饰电极作为工作电极，对电极是铂丝电极，参比电极是ag/agcl电极，偏压数值为0 v，氙灯作为光源刺激，电解池为ph 7.4的磷酸盐缓冲液体系（1 mol/l的抗坏血酸），测定电流i-t曲线来进行光电性能的检测，得到线性方程为i=-2.08log(c)-14.44，相关系数为0.994，检出限为0.04pg/ml，实现了高灵敏度的检测前列腺特异性抗原。


技术特征：
1.基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，其特征包括以下步骤：（1）合成ti3c2；（2）合成ti3c2/mgin2s4异质结；（3）构建ito/ti3c2/mgin2s4电极；（4）合成znmof纳米酶；（5）合成sa-znmof；（6）合成sa-ab2-znmof；（7）光电传感器（pec）的构建；（8）光电传感器的电化学检测。2.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，合成ti3c2，其特征是：将0.8 g的lif溶于9 mol/l的10ml hcl中，室温搅拌5 min，然后缓慢加入0.5 g ti3al2来防止沸腾并且在25
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c下连续搅拌24 h，然后用去离子水多次洗涤，直到ph值为6左右；最后再加入100 ml去离子水，手动摇匀至分离；经过多次离心得到最终的黑色溶液，最后置于4
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c冰箱中保存。3.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，合成ti3c2/mgin2s4异质结，其特征是：将0.1016 g的mgcl2、0.2932 g的incl3和0.3005 g硫代乙酰胺依次溶于70 ml乙二醇中，然后将步骤（1）合成的1.5 g ti3c2加入到上述混合溶液中；此后将均相溶液密封在高压釜中，在180
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c下反应12 h；将所得产物冷却至室温后，用去离子水和乙醇多次离心收集后，60 ℃干燥过夜。4.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，构建ito/ti3c2/mgin2s4电极，其特征是：导电玻璃为铟锡氧化物玻璃（ito），将导电玻璃切割为4.0
×
0.5 cm条状，依次用丙酮溶液、二次蒸馏水和无水乙醇超声清洗5 min，然后在氮气下干燥备用；将步骤（2）合成的浓度为2.0 mg/ml的ti3c2/mgin2s4滴加在ito玻璃上，60 ℃下干燥后接着在200
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c下煅烧2 h，得到ito/ti3c2/mgin2s4电极。5.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，合成znmof纳米酶，其特征是：将0.34 g对苯二甲酸和1.2 g zn(no3)2·
6h2o分散在40 ml 的n，n-二甲基甲酰胺中，并在90 ℃下加热21 h。通过离心收集合成的结晶和无色znmof，并用去离子水洗涤几次；最后，在空气气氛中干燥得到znmof纳米酶。6.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，合成sa-mof，其特征是：取4 mg步骤（4）合成的znmof溶解于4 ml的乙醇溶液中，随后加入200 μl 3-氨丙基三乙氧基硅烷并且超声1 h，得到胺基化znmof材料，将得到的材料离心后分散于2 ml的pbs中，然后加入0.2 ml的戊二醛溶液，并在室温下孵育1 h后加入0.2 ml的2 mg/ml链霉亲和素（sa），在4
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c下孵育1 h，最后经过清洗、离心，将得到的沉淀溶于2 ml的pbs中，即得到sa-znmof。7.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，合成sa-ab2-znmof，其特征是：取1 ml浓度为10 μg/ml的二抗，即ab2加入到步骤（5）合成产物中，在4
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c下孵育2 h，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液洗涤3次去除没有复合的ab2，即得到sa-ab2-znmof。8.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，光电传感器（pec）的构建，其特征是：用超纯水冲洗ito/ti3c2/mgin2s4电极，随后把6 μl浓度为10 μg/ml的一
抗即ab1在4
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c下孵育16 h，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液彻底冲洗3次；继续滴涂20
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l 3%的牛血清白蛋白封堵非特异性结合位点，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液彻底冲洗3次，将20 μl不同浓度前列腺抗原滴加至电极表面，室温下孵育30 min后，用ph 7.4的磷酸盐缓冲液洗涤3次；继续滴加20 μl步骤（6）合成的sa-ab2-znmof，室温下孵育4 h，并且将修饰好的电极在含1 mm h2o2的10 mm 4氯-1-萘酚溶液共孵育20 min。9.根据权利要求1所述基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，光电传感器的电化学检测，其特征是：在步骤（7）处理好的修饰电极作为工作电极，对电极是铂丝电极，参比电极是ag/agcl电极，偏压数值为0 v，氙灯作为光源刺激，电解池为ph 7.4的磷酸盐缓冲液体系（1 mol/l的抗坏血酸），测定电流i-t曲线来进行光电性能的检测。

技术总结
本发明公开了一种基于二维异质结与纳米酶结合传感器的构建，首先合成了具有良好光电化学信号的Ti3C2/MgIn2S4，这个材料是拥有大比表面积的二维花状结构，能够有效的增加抗体生长的区域，同时Ti3C2为一种新型的类金属性质的二维材料，其在MgIn2S4之间形成肖特基势垒，有效的避免了电子和空虚的复合，因此可以为传感器的构建提供稳定的光电流信号；另外在二抗上面修饰了ZnMOF酶作为信号放大载体，随着二抗标记物ZnMOF酶的引入带来的空间位阻效应能有效阻碍电子传递，降低光电流，同时ZnMOF纳米酶也可以作为模拟过氧化物酶，有效催化4-氯-1-萘酚产生相应的沉淀，进一步降低光电流，提高传感器的灵敏度。高传感器的灵敏度。


技术研发人员：颜梅 苗培 张晶 秦成坤 马廷滨 刘明霞 吕艳锋
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2022/6/28