基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方法及其应用_CN109932408A
基于纳米酶信号放大的光电化学适配体传感器及其制备方法和应用[发明专利]
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专利名称：基于纳米酶信号放大的光电化学适配体传感器及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：汤琳,朱旭,彭博,欧阳细莲,谭集穗,余江芳
申请号：CN201910817274.2
申请日：20190830
公开号：CN112444545B
公开日：
20220311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于纳米酶信号放大的光电化学适配体传感器及其制备方法和应用。
该传感器包括三电极系统中用作工作电极的导电玻璃电极，导电玻璃电极的反应端表面修饰有苯环掺杂氮化碳纳米片，苯环掺杂氮化碳纳米片表面共价交联有双链DNA识别探针，双链DNA识别探针结合有PtNi纳米酶信号探针，PtNi纳米酶信号探针主要由PtNi纳米线组成。
制备方法包括依次在导电玻璃电极反应端表面修饰苯环掺杂氮化碳纳米片、双链DNA识别探针和PtNi纳米酶信号探针。
本发明的传感器具有较高的选择性、重复性和稳定性，制备方法工艺简单、成本低、且效率高，该传感器可用于检测抗生素，检测范围宽、检测限低。
申请人：湖南大学
地址：410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路麓山门
国籍：CN
代理机构：湖南兆弘专利事务所(普通合伙)
代理人：黄丽
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生物电化学传感器的制备及其应用研究
生物电化学传感器的制备及其应用研究一、引言生物电化学传感器在环境监测、医学诊断、生物技术等领域得到广泛应用。
制备过程复杂，需要充分考虑物质生物活性、传感器对信号的转换能力和稳定性等因素。
本文将介绍生物电化学传感器的制备方法、技术要点及应用研究进展。
二、生物电化学传感器的组成结构1. 传感器元件传感器元件是生物电化学传感器的核心部分，其结构包括传感材料、参比电极、工作电极和电解质等四个部分。
传感材料是生物电化学传感器的灵敏部分，其常用的材料有酶、抗体、核酸、细胞和组织等。
传感材料可通过化学修饰、生物修饰、电化学修饰等多种方法在电极表面固定。
参比电极作为传感器元件的基准电极，在参与反应过程中并不改变。
参比电极一般选择银/氯化银或银/银离子作为参比电极材料。
工作电极是生物电化学传感器的主要电极，负责感应传感材料的生物反应信号。
电极常用的材料有碳、金、铂、银和导电高分子等。
电解质是传感器元件的重要组成，负责导通电流、携带生物物质和离子等。
一般选择电解质盐溶液或缓冲液。
2. 传感仪器生物电化学传感器的测量系统包括电极电路和测量仪器两部分。
电极电路主要包括参比电极电路和工作电极电路，参比电极电路为传感器的电压基准，保证测量精度；工作电极电路为传感器反应信号的输出通道。
测量仪器主要包括电压计、电位计和多路数据采集器等，用于测量工作电极和参比电极的电位差，并将电位差转换为该传感器分析物浓度的信息。
三、生物电化学传感器的制备方法生物电化学传感器的制备方法包括光化学法、化学修饰法、生物修饰法、电化学修饰法和纳米技术修饰法等多种方法。
其中生物修饰法又包括生物亲和技术、酶固定化技术、抗体固定化技术、DNA或RNA固定化技术以及细胞固定化技术等。
1. 化学修饰法化学修饰法是通过某些具有特定官能团的化合物，直接或间接地修饰传感材料表面，来实现传感材料对目标物质的特异性识别。
常用的化学修饰剂有羧基化合物、胺化合物、酰胺化合物、硫醇和双氧水等。
电化学生物传感器的研究与应用
电化学生物传感器的研究与应用电化学生物传感器是一种基于生物反应和电化学原理的新型传感器，它能够通过感受生物分子的电信号变化，实现对生物系统的检测和监测，具有高灵敏度、高专一性和高精度等特点。
目前，电化学生物传感器被广泛应用于生物、医学、环境等领域中，成为了一种热门的研究方向。
1. 传感器的原理及分类电化学生物传感器的原理基于电化学反应和生物作用的耦合，通过在电极表面修饰上生物分子，如酶、抗体、核酸等，当分子与目标分子结合时，会发生电化学反应，产生电信号，由此就可以检测出目标物质的存在及其浓度等参数。
根据传感电流的来源不同，电化学生物传感器可以分为阻抗型传感器和容抗型传感器两种类型。
2. 传感器的应用领域电化学生物传感器在生命科学、环境科学、化学等领域中有着广泛的应用。
在医学领域中，目前已经有多种电化学生物传感器被用于糖尿病、癌症、心血管等疾病的诊断与治疗。
在环境监测领域中，电化学生物传感器也是一种重要的工具，可以实现对大气污染、土壤污染、水质污染等方面的快速检测。
此外，在生物制药领域和生物安全领域中，电化学生物传感器也有着广泛的应用。
3. 传感器的发展趋势目前电化学生物传感器在灵敏度、专一性和稳定性等方面仍然存在一些问题，需要借助于新型的纳米材料、分子印迹技术、基因编辑技术等手段来改进和提升其性能。
同时，随着生物信息学、物联网技术的发展，电化学生物传感器将会走向可穿戴、远程监测等领域，成为生态智能监测和预警的一种新技术手段。
4. 结语随着生物技术的飞跃发展，电化学生物传感器将会成为一种非常重要的检测和监测手段，它具有着高灵敏度、高专一性和高精度等特点，有着广泛的应用前景。
我们应该加强对电化学生物传感器的研究和探索，不断提升其技术水平和性能，为人类的健康及环境保护做出更大贡献。
电化学生物传感器的制备及应用研究
电化学生物传感器的制备及应用研究随着科技的发展，生物传感技术成为重要的研究方向之一。
电化学生物传感技术作为其重要分支，已经得到了广泛的应用。
电化学生物传感器由于具有快速、灵敏、选择性好、实时性强、重复性好等优点，在医学、环境监测、食品安全等领域的应用潜力巨大，在实际中也得到了广泛的应用。
一、电化学生物传感器的原理电化学生物传感器基于酶、抗体、DNA等生物分子对化学和物理变化的高度选择性响应，将这种响应转化为可测量的电力信号或电化学信号。
电化学生物传感器的核心是生物传感元件，包括生物分子和电化学传感器。
生物分子通常是酶、抗体、DNA等，能够识别分离特定的分子，这种特异性使得电化学传感器的检测具有灵敏度和选择性；而电化学传感器主要分为不同的类型，如电容传感器、电荷传感器、恒流源传感器、溶解氧传感器等。
二、电化学生物传感器的制备1.生物分子的固定电化学生物传感器的基本原理是在电极表面修饰生物分子使之与待测分子发生无氧化还反应，从而产生电流信号或电荷信号。
制备电化学生物传感器的第一步便是生物分子的固定。
主要包括物理吸附、化学键合和电化学合成等方法。
其中电化学合成是目前常用的固定生物分子的方法，通过电化学沉积将前体分子转化为具有生物活性的材料，然后将其修饰在电极表面。
2.电极的制备电化学生物传感器最常用的电极有金和银的电极，另外还有铂、碳、不锈钢等。
电极的制备过程包括选取材料、调制成不同形状，制备成具有一定尺寸的电极。
电极尺寸以纳米为单位，因此需要结合成分材料的局限和电极的尺寸来选择制备方法。
三、电化学生物传感器的应用1.医学领域的应用电化学生物传感器通过检测基因、酶等分子，实现对人体疾病的早期诊断、治疗和监测。
例如，在糖尿病方面，血糖变化检测是至关重要的，而电化学生物传感器正是一种可行的检测方式。
还有癌症治疗和监测、心血管疾病的诊断、神经系统疾病的发现等方面都有应用。
2.环境监测的应用由于电化学生物传感器的灵敏度高、选择性强和实时性好等特点，其可以应用于环境监测。
生物传感器的制备及其应用研究
生物传感器的制备及其应用研究生物传感器是一种通过生物分子和电化学或光学技术相结合的技术，可以用于检测生物分子的工具。
它们可应用于医学、环境监测、食品保障等多个领域，其作用越来越引起人们的重视。
本文将介绍生物传感器的制备及其应用研究，并对其未来发展进行展望。
一、生物传感器的制备生物传感器的制备包括以下三个关键步骤：生物材料的选择、传感器体系的设计、以及信号读取和解释。
生物材料的选择是生物传感器制备的第一步，它要求选择具有可靠性、特异性、稳定性、可重复性并且能够与信号转换器电极材料良好匹配的生物分子。
例如，葡萄糖传感器需要使用葡萄糖氧化酶，而DNA传感器需要合适的DNA蛋白质结构。
还需要考虑材料来源、配制过程等。
传感器体系的设计包括电极材料选择、反应容器的设计和材料等多方面因素的考虑。
其中，电极材料选择非常关键，需要考虑电子传导性能、化学稳定性、生物相容性等因素。
信号读取和解释是生物传感器制备的最后一个步骤。
采用不同的信号转换器，如电化学或光学传递，读取反应过程中的信号。
随着科技发展，有许多新的信号转换器被加入到生物传感器研究中。
二、生物传感器的应用研究生物传感器的应用研究包括生物医药、环境监测、食品安全等领域。
1. 生物医药领域生物传感器在医学领域被广泛应用，用于检测生物分子和药物。
例如，葡萄糖传感器可以通过葡萄糖含量检测糖尿病患者体内糖的含量，并帮助医生调节病人的用药剂量。
除此之外，还有其他生物传感器检测制成药物中的有效成分含量，以及检测细菌、病毒等病原体。
2. 环境监测领域生物传感器可用于检测环境中的污染物和重金属物。
例如，还原菌的生物传感器可以检测土壤中的污染物。
植物细胞用于生物传感器的制备，可以用于检测气体中的有害物质。
此外，生物传感器还可以用于监测自来水中有害物质含量等。
3. 食品安全领域从农田到餐桌，生物传感器可以用于食品安全的各个阶段。
例如，抗原和抗体用于制备生物传感器，可以检测生鲜食品中的有害菌和病毒。
电化学生物传感器的制备与应用研究
电化学生物传感器的制备与应用研究随着生物技术的快速发展，生物传感器逐渐进入人们的视野。
电化学生物传感器作为一种高灵敏度、高选择性、高可靠性的检测手段，在医疗、环境监测、食品安全等领域具有广泛的应用前景。
本文将着重介绍电化学生物传感器的制备与应用研究进展。
一、电化学生物传感器的基本原理与结构电化学生物传感器是利用生物体系与电化学技术结合而成的一种传感器。
它主要由三个部分组成：生物识别分子、信号转换层和信号检测器。
其中，生物识别分子是传感器最核心的部分，用于识别待检测物质；信号转换层将生物识别分子与电化学过程结合起来，将待检测物质的生物学信息转换成电化学信号；信号检测器则负责检测电化学信号并进行信号处理。
电化学生物传感器常用的电化学技术包括电化学阻抗谱、电化学发光、电化学计时等。
其中，电化学阻抗谱是一种常用的电化学技术，它通过测量待检测物质与电极之间的电化学行为变化，反映出待检测物质浓度或活性的变化情况。
二、电化学生物传感器的制备技术电化学生物传感器的制备技术主要包括生物识别分子的选择、固定化技术、信号转换层的构建等。
生物识别分子是电化学生物传感器的核心部分，要选择对待检测物质有高度选择性、高灵敏度、高稳定性的分子。
目前，常用的生物识别分子包括抗体、酶、核酸等。
固定化技术是实现生物识别分子的固定化和组装的重要手段，常用的固定化技术有物理吸附、共价键结合、交联固定等。
其中，交联固定技术是目前应用最广泛的固定化技术。
信号转换层的构建是实现生物学信息与电化学信号之间转换的重要环节。
常用的信号转换层包括纳米材料、生物导电聚合物、碳纳米管等。
其中，碳纳米管是目前应用最广泛的信号转换层材料。
三、电化学生物传感器的应用研究进展电化学生物传感器在医疗、环境监测、食品安全等领域具有广泛的应用前景。
其中，医疗应用是电化学生物传感器应用最为成熟的领域之一。
例如，糖尿病患者血糖检测、肿瘤标记物检测等都是电化学生物传感器在医疗领域的应用。
电化学传感器和生物传感器的设计和制备
电化学传感器和生物传感器的设计和制备在现代化社会中，生活中充满了各种各样的化学污染物和生物物质，这些物质的存在会对人体健康和环境造成不良影响。
因此，开发各种传感器用于检测这些物质的存在以及浓度水平就变得极为重要。
其中电化学传感器和生物传感器是两种非常常用的检测手段，可广泛应用于制药、食品工业、环保等领域。
本文将对这两种传感器的设计和制备进行阐述。
一、电化学传感器的设计和制备电化学传感器是一种能将化学分析物质的电化学反应转化为电信号的检测手段。
它通过测量电化学传感器与分析物之间的电流或电位变化，来准确检测分析物的存在和浓度水平。
1. 设计方案在电化学传感器的设计方案中，首先需要选择合适的电极材料，该材料对传感器检测灵敏度和响应时间都有很大的影响。
常见的电极材料有金、银、铂等贵金属以及碳、氧化物等非贵金属。
其次，电解质的选择也需要考虑，通常使用离子液体、无水有机溶液或盐酸等溶液作为电解液。
最后，根据不同的分析物，可以选择不同的电化学分析技术，例如极谱法、恒定电位法、可控电位法等。
2. 制备方法电化学传感器的制备需要分几个步骤完成：第一步是电极材料制备。
对于非贵金属的电极材料，例如碳纳米管等需要通过化学沉积、物理气相沉积、电化学沉积等方法进行制备。
而对于贵金属的电极材料，则需要通过电镀、磨光等方法制备。
第二步是电极制备。
将电极材料裁剪成合适的形状，粘贴于电极底座上，再进行电极表面打磨，保证电极表面光洁度和平整度。
第三步是电化学沉积。
在电解质中通过电化学沉积的方式，将金属离子还原沉积到电极表面，使得电极上形成所需的化学反应区域。
第四步是电极修饰。
在电极表面修饰化学物质，如碳纳米管、化学分析物等，以提高电化学传感器的灵敏度。
以上是电化学传感器的设计和制备方法，通过以上步骤制备出的传感器可以有效检测分析物的存在和浓度水平。
二、生物传感器的设计和制备生物传感器是一种能够感知生物分子作用的传感器，主要应用于生物医学领域，如生物分析、药物研究等。
基于生物碳材料结合核酸适配体电化学传感器的构建及其分析应用研究
基于生物碳材料结合核酸适配体电化学传感器的构建及其分析应用研究基于生物碳材料结合核酸适配体电化学传感器的构建及其分析应用研究摘要：电化学传感器是一种应用广泛的传感器，其具有灵敏度高、快速响应和低成本等优点。
本研究利用生物碳材料与核酸适配体相结合构建了一种新型的电化学传感器，并对其在分析应用中的性能进行了研究。
关键词：生物碳材料；核酸适配体；电化学传感器；分析应用引言电化学传感器是一种基于电化学原理的传感器，它通过测量电流、电压和电阻等信号来检测和分析样品中的目标物质。
传统的电化学传感器通常使用金属、合金或半导体材料作为电极材料，但这些材料往往存在成本高、稳定性差和对环境的污染等问题。
因此，利用生物碳材料作为电极材料可以有效解决这些问题。
生物碳材料是一类由生物质制备而成的碳材料，它具有良好的导电性、化学稳定性和良好的生物相容性。
同时，核酸适配体作为一种特异性的生物识别分子，具有高度的选择性和灵敏性，可以与目标分子特异性结合。
方法与材料本研究中，我们选择了一种常用的生物碳材料石墨烯作为电极材料，在其表面修饰上碳氮杂化的方法使其具有更好的导电性和稳定性。
然后，我们利用化学方法将核酸适配体修饰在石墨烯表面，使其能够与目标分子特异性结合。
结果与讨论通过扫描电子显微镜（SEM）观察，发现石墨烯的表面光滑均匀，修饰后的石墨烯颗粒大小均匀且分布均匀。
接下来，我们使用循环伏安法测试了构建的电化学传感器的电化学性能。
结果显示，修饰后的石墨烯电极的氧化还原峰电流明显增加，表明修饰能够提高电极的电子传递效率。
为了进一步探索电化学传感器的分析应用潜力，我们选择了一种常见的环境污染物苯酚作为目标分子。
首先，利用核酸适配体与苯酚结合的特异性，构建的传感器显示了良好的选择性。
然后，我们通过线性扫描伏安法在不同浓度下测量了苯酚的氧化峰电流，并建立了其浓度与电流之间的线性关系。
利用该线性关系，我们成功地将电化学传感器应用于苯酚的检测。
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制浓度为3 .62μM。
权 利 要 求 书
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说 明 书
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基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方法及其应用
技术领域 [0001] 本发明涉及一种电化学生物传感器，尤其是涉及一种基于辅酶A适配体的电化学 生物传感器的制备方法及其应用，属于功能生物材料和生物传感技术领域。
2 .基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方法及其应用，其特征在于，具体包括 如下步骤：
Electrode 1的制备： 将金电极(直径为2mm)在麂皮上用三氧化二铝粉末抛光2～5min，抛光后将电极置于超 声清洗器中 用二次 蒸馏水中超声清洗2～5min ，然后 用N2吹 干 ，取CoA-a ptamer溶液 (2～5μ L，0 .1～0 .5μM) ，80～90℃下加热5～10min，然后逐渐冷却至室温，滴涂于电极表面，在4℃ 冰箱孵育过夜，蒸馏水缓缓冲洗电极，采用巯基己醇(MCH，2～5μL，0 .5～1 .0mM)处理30～ 60min ，置换电 极 表面非 Au- S键固 定的 CoA-a pta me r ，蒸馏水缓缓 冲洗电 极 ，标 记为 Electrode 1。 Electrode 2的制备： 依次取Ac-CoA(0 .1～1μL，0 .1～1mM) ，多肽(0 .1～1μL，0 .1～1mM) ，HAT p300(0 .1～1μ L，0 .01～500nM) ，加H2O至总体积2～5μL。搅拌器上剧烈搅拌2～5min至混合均匀，然后移至 温度为32～40℃的水浴锅中孵育1～3h ，稀释10倍备用。取2～5μL乙酰化反应液滴涂于 Electrod e 1 表面 ，在32～40 ℃孵育30～60min ，而 后蒸馏水缓缓 冲洗电 极 ，标记为 Electrode 2。 Electrode 3的制备： 取Exo I溶液(2～5μL，0 .5～1 .0U/μL)滴涂于Electrode 2表面，在室温下孵育30～ 120min，而后蒸馏水缓缓冲洗电极。再滴加2～10μL TdT反应液(组成为：1～5μL 5×TdT缓 冲液，dCTP(1～3μL，5～10mM)，TdT(1～3μL，5～10U/mL)，标记为Electrode 3。 Electrode 4的制备： 向Electrode 3电极表面滴加Ag+(2～5μL，1～3μM)，室温孵育15～30min，蒸馏水缓缓冲 洗电极，再向电极表面滴加硼氢化钠溶液(NaBH4，2～5μL，1～3μM) ，室温下避光反应15～ 30min，蒸馏水缓缓冲洗电极，标记为Electrode 4。 3 .根据权利要求1和权利要求2所述的基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方 法及其应用，其特征在于：所用CoA-aptamer序列结构为(5’-3’) ：GGGCACGAGCGAAGGGCATAA GCTGACGAAAGTCAGACAAGACATGGTGCCC。 4 .根据权利要求1和权利要求2所述的基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方 法及其应用，其特征在于：用来检测HAT p300的电化学方法为Ag溶出伏安法，电位范围为 0 .05～0 .25V，振幅为25mV。 5 .根据权利要求1和权利要求2所述的基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方 法及其应用，其特征在于：本发明传感器，可以实现不同浓度HAT p300检测及其小分子抑制 剂的筛选，检测限为0 .005nM，其小分子抑制剂漆树酸的半抑制浓度为28 .50μM，C646的半抑
(51)Int .Cl . G01N 27/327(2006 .01) G01N 27/48(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109932408 A (43)申请公布日 2019.06.25
( 54 )发明 名称 基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制
备方法及其应用 ( 57 )摘要
本发明公开了基于辅酶A适配体的电化学生 物传感器的制备方法及其应用。首先，将CoA适配 体( CoA-aptamer )通过Au-S作用修饰到电极表 面 ，当乙 酰化反应溶液 加入到电 极表面后 ，由 于 生成的CoA与其适配体的特异性结合作用，阻碍 了核酸外切酶( Exo I )水解，再通过末端转移酶 ( Td T )延长形成富C DNA链并 制备银 纳米簇 ( AgNCs )，进而通过Ag的溶出伏安信号间接实现 HAT p300活性检测。如果乙酰化反应没有发生 ， CoA-aptamer保持单链状态，且能够被ExoI水解， 不 产生电 化 学 信 号 。该 传 感 器 可以 用来 检 测 HATp300活性并筛选其小分子抑制剂。由此发明 出 一 种 操 作 简 单 、方 便 快 捷 、超 灵 敏 准 确 的 HATp300活性检测的电化学分析方法。
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
CN 109932408 A
CN 109932408 A
权 利 要 求 书
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1 .基于辅酶A适配体的电化学生物传感器的制备方法及其应用，其特征在于，机理如 下 ：将CoA适配体 (CoA-a ptamer) 通过Au-S作 用修饰到电 极表面 ，当乙 酰化反应溶液 加入到 电极表面后，由于生成的CoA与其适配体的特异性结合用，阻碍了核酸外切酶(Exo I)水解， 再通过末端转移酶(TdT)延长形成富C DNA链并制备银纳米簇(AgNCs) ，进而通过Ag的溶出 伏安信号间接实现HAT活性检测。如果乙酰化反应没有发生，CoA-aptamer保持单链状态，且 能够被核酸外切酶(Exo I)水解，不产生电化学信号。HAT p300浓度变化会影响电化学传感 器的电化学响应。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910096691 .2
(22)申请日 2019 .01 .21
(71)申请人 宁波大学 地址 315211 浙江省宁波市江北区风华路 818号宁波大学
(72)发明人 胡宇芳 胡丹丹 张青青 马少华 王邃 郭智勇