一種dna電化學生物傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種DNA電化學生物傳感器及其制備方法，包括：（1）將1mg/mLGr-WS2復合材料水分散液加入1mg/mL殼聚糖醋酸溶液中，超聲分散1h，取8μL該混合液滴涂到預處理的玻碳基底上晾干。（2）將上述電極浸泡在金膠中12h，沖洗晾干后在25℃下與1.0×10-6mol/LDNA探針反應10h，洗凈后，用1.0×10-3mol/L的巰基乙醇封閉2h，再與目標DNA在30℃下反應50min制得DNA電化學生物傳感器。本發明所述的DNA電化學生物傳感器有效地將Gr-WS2納米復合材料與金納米結合起來，有利于同時發揮兩者的優點，具有穩定性好、靈敏度高、選擇性好、重現性好、便于攜帶、成本低等優點。
【專利說明】一種DNA電化學生物傳感器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電化學傳感器領域，具體為一種DNA電化學生物傳感器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]DNA電化學生物傳感器是一種以DNA作為識別元件，通過DNA序列進行識別的生物傳感器，它能夠將目標DNA的存在轉變為可檢測的電信號。與傳統的標記基因技術相比較，DNA電化學生物傳感器具有更為快速、簡便、無污染等特點，并且避免了不能定量和受到污染導致假陽性的問題。此外，DNA分子識別層十分穩定，也易于再生、合成，這使得DNA電化學生物傳感器在基因分析領域發揮著至關重要的作用，被廣泛應用于醫學、食品工業、環境監控、藥物研發等領域，已成為當今生物傳感器領域中的前沿課題。
[0003]由于納米材料一般具有比表面積大、生物兼容性好及導電性好等特點，常被應用于DNA電化學生物傳感器的構建。為了進一步提高傳感器的靈敏度，科學家們一直致力于開發新型的、具有優良性能的納米復合材料。石墨烯是由碳的單原子層構成的準二維晶格結構的材料，其基本結構單元為穩定的苯六元環。石墨烯(Gr)具有諸如優良的機械性能、好的導電性能、高比表面積、制備成本低、可加工性好等優點，被廣泛應用于材料、化學、生物、電子等領域。然而，石墨烯片與片之間有較強的范德華力，容易產生聚集，而且其化學穩定性高，表面呈惰性狀態，因此水溶性差，這給石墨烯的進一步研究和應用造成了困難。為此，近來人們致力于發展各種性能優良的石墨烯復合材料。硫化鎢(WS2)是一種層狀的過渡金屬二硫化物，它具有和石墨類似的結構，由三個原子層(S-W-S)通過范德華力堆積而成，這使得它具有比表面積大、吸附能力強，反應活性高等特點。此外，由于它的層間主要由弱的范德華力維持，因此易于插入其它納米粒子形成插層復合材料，使其具有新的電學、催化、磁性等性能。
[0004]因此，將石墨烯與WS2相結合發展的納米復合材料用于制備新型DNA電化學傳感器，充分發揮兩者的協同作用，提高傳感器的性能已經是一個值得研究的問題。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種將Gr-WS2納米復合材料與金納米有效結合起來，有利于同時發揮兩者的優點，顯著提高傳感器的靈敏度的DNA電化學生物傳感器及其制備方法。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
一種DNA電化學生物傳感器，包括生物傳感器玻碳基底，修飾在生物傳感器玻碳基底上的Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜，與Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜固定及雜交在一起的目標DNA。
[0007]所述的DNA電化學生物傳感器的制備方法為:
(I)生物傳感器的玻碳基底上修飾上Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜；
首先將玻碳基底進行預處理，然后將8 ii L的Gr-WS2/CS混合液滴涂到玻碳基底上，在空氣中晾干；
(2)DNA的固定及雜交:
將Gr-WS2/CS薄膜修飾的玻碳基底浸泡在金膠中12 h，用水沖洗后晾干，然后在室溫下浸泡在DNA探針(ssDNA)溶液中10 h，用緩沖溶液沖洗干凈后，浸泡在巰基乙醇溶液中封閉2 h;取出，用緩沖溶液沖洗干凈。隨后將傳感器與目標DNA在30 °C下反應50 min，用緩沖溶液洗凈、晾干，即可完成DNA的固定與雜交；
所述步驟(I)中Gr-WS2/CS混合液的制備方法為:I mg的Gr-WS2復合材料在I mL的二次蒸懼水中超聲分散30 min,然后加入I mL濃度為I mg/mL的CS醋酸溶液,超聲分散Ih ；
所述步驟(I)中玻碳基底預處理過程為:先用拋光粉對玻碳基底進行打磨，然后分別用乙醇和二次蒸餾水進行超聲清洗。
[0008]所述步驟(2)中ssDNA的濃度為1.0X 10_6 mol/L，室溫為25 °C。巰基乙醇溶液的濃度為 1.0 X 1(T3 mol/L。
[0009]所述步驟(I)和(2)中的緩沖溶液為含有0.9 % NaCl的0.1 mol/L的磷酸鹽(pH
6.0)緩沖溶液。
[0010]積極有益效果:
(I)本發明所述的DNA電化學生物傳感器將Gr-WS2納米復合材料與金納米有效結合起來，有利于同時發揮兩者的優點，顯著提高傳感器的靈敏度。
[0011](2)本發明所述的DNA電化學生物傳感器的制備材料為全固態的、不含對人體有毒的、污染環境的無機納米材料。
[0012](3)本發明所述的DNA電化學生物傳感器具有穩定性好、靈敏度高、選擇性好、重現性好、便于攜帶、成本低等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例(I)中制備的Gr-WS2納米復合材料SEM圖；
圖2為實施例(I)中制備的Gr-WS2納米復合材料TEM圖；
圖3為Gr及實施例(I)中制備的Gr-WS2納米復合材料XRD圖；
圖4為實施例(2)中不同修飾電極在含有0.1 mol/L KCl的5 mmol/L [Fe (CN)6]3 74溶液中的DPV曲線圖；
圖5為不同濃度的目標DNA在傳感器上的DPV曲線圖和電流響應信號與目標DNA濃度對數的線性關系圖；
圖中為:曲線a為裸玻碳電極，曲線b為WS2-Gr復合材料修飾玻碳電極。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖，通過具體實施例對本發明作進一步說明:
一種DNA電化學生物傳感器，包括生物傳感器玻碳基底，修飾在生物傳感器玻碳基底上的Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜，與Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜固定及雜交在一起的目標DNA。
[0015]所述的DNA電化學生物傳感器的制備方法為:
(I)生物傳感器的玻碳基底上修飾上Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜； 首先將玻碳基底進行預處理，然后將8 ii L的Gr-WS2/CS混合液滴涂到玻碳基底上，在空氣中晾干；
(2)DNA的固定及雜交:
將Gr-WS2/CS薄膜修飾的玻碳基底浸泡在金膠中12 h，用水沖洗后晾干，然后在室溫下浸泡在DNA探針(ssDNA)溶液中10 h，用緩沖溶液沖洗干凈后，浸泡在巰基乙醇溶液中封閉
2h;取出，用緩沖溶液沖洗干凈。隨后將傳感器與目標DNA在30 °C下反應50 min，用緩沖溶液洗凈、晾干，即可完成DNA的固定與雜交；
所述步驟(I)中Gr-WS2/CS混合液的制備方法為:I mg的Gr-WS2復合材料在I mL的二次蒸懼水中超聲分散30 min,然后加入I mL濃度為I mg/mL的CS醋酸溶液,超聲分散Ih ；
所述步驟(I)中玻碳基底預處理過程為:先用拋光粉對玻碳基底進行打磨，然后分別用乙醇和二次蒸餾水進行超聲清洗。
[0016]所述步驟(2)中ssDNA的濃度為1.0X 10_6 mol/L，室溫為25 °C。巰基乙醇溶液的濃度為 1.0 X 1(T3 mol/L。
[0017]所述步驟(I)和(2)中的緩沖溶液為含有0.9 % NaCl的0.1 mol/L的磷酸鹽(pH
6.0)緩沖溶液。
[0018]實施例1:DNA電化學生物傳感器的制備
(I)生物傳感器的玻碳基底上修飾上Gr-WS2/CS薄膜
首先將CS加到l%(v%)的醋酸溶液中攪拌I h，制得I mg/mL的CS醋酸溶液。將I mg的Gr-WS2復合材料加到I mL的二次蒸餾水中超聲分散30 min，然后加入I mL上述CS醋酸溶液，超聲分散I h，得到Gr-WS2/CS混合液。用拋光粉對玻碳基底進行打磨，然后分別用乙醇和二次蒸餾水進行超聲清洗，晾干。將8 U L上述的Gr-WS2/CS混合液滴涂到玻碳基底上，在空氣中晾干。
[0019](2) DNA的固定及雜交
將Gr-WS2/CS薄膜修飾的玻碳基底浸泡在金膠中12 h，用水沖洗后晾干，然后在25 V下浸泡在1.0 X 10_6 mol/L DNA探針(ssDNA)溶液中反應10 h，用磷酸鹽緩沖溶液沖洗干凈后，浸泡在1.0 X 10_3 mol/L的巰基乙醇溶液中反應2 h。將電極取出，用緩沖溶液沖洗干凈。隨后將傳感器與目標DNA在30 °C下反應50 min，用緩沖溶液洗凈、晾干，即可完成DNA的固定與雜交。
[0020]上述Gr-WS2納米復合材料的合成方法參見文獻(K.J.Huang, L.Wang, Y.J.Liu, T.Gan, Y.M.Liu, L.L.Wang, Y.Fan，Electrochimica Acta 2013，107:379-387)。
[0021]如圖1和圖2所示，片狀的WS2納米片緊密地堆積在Gr上。
[0022]如圖3所示，在X射線衍射圖(XRD)上，Gr-WS2納米復合材料的譜圖上同時出現了WS2和Gr的特征峰，表明生成了 Gr-WS2納米復合材料。
[0023]如圖4 所示，在含有 0.1 mol/L KCl 的 5.0 X 10_3 mol/L 的[Fe (CN)6] 3 74 溶液中，掃描速度為100 mV/s, Gr-WS2納米復合材料修飾的玻碳電極上的氧化還原峰電流明顯大于裸玻碳電極，說明Gr-WS2納米復合材料能顯著促進電子在修飾電極上的傳遞速度，有利于提高傳感器的靈敏度。[0024]實施例2
如圖5所示，上述本發明制備的DNA電化學生物傳感器用于測定不同濃度的目標DNA。測定條件:測定介質為含有0.1 mol/L KCl的5.0 X 10_3 mol/L的[Fe (CN) 6] 3 74溶液；采用差分脈沖伏安法(DPV)，其測定參數為:脈沖振幅0.05 V，脈沖周期0.5 S，電位掃描范圍:-0.1?0.8 V。在圖5中，電流強度與目標DNA濃度的對數在1.0X 10_14?5.0X 10,mol/L范圍內呈良好的線性關系，檢出限為2.3 X 10_15 mol/L。說明該生物傳感器可用于DNA序列的靈敏檢測。
[0025]上述實施例僅用于說明本發明的優選實施方式，但本發明并不限于下述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識范圍內，本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替代和改進等，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍之內。
【權利要求】
1.一種DNA電化學生物傳感器，其特征在于:包括生物傳感器玻碳基底，修飾在生物傳感器玻碳基底上的Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜，與Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜固定及雜交在一起的目標DNA。
2.如權利要求1所述的DNA電化學生物傳感器，其特征在于其制備方法，步驟如下: (1)生物傳感器的玻碳基底上修飾上Gr-WS2/殼聚糖(CS)薄膜: 首先將玻碳基底進行預處理，然后將8 ii L的Gr-WS2/CS混合液滴涂到玻碳基底上，在空氣中晾干； (2)DNA的固定及雜交: 將Gr-WS2/CS薄膜修飾的玻碳基底浸泡在金膠中12 h，用水沖洗后晾干，然后在室溫下浸泡在DNA探針(ssDNA)溶液中10 h，用緩沖溶液沖洗干凈后，浸泡在巰基乙醇溶液中封閉2 h;取出，用緩沖溶液沖洗干凈；隨后將傳感器與目標DNA在30 °C下反應50 min，用緩沖溶液洗凈、晾干，即可完成DNA的固定與雜交。
3.根據權利要求2所述的DNA電化學生物傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中Gr-WS2/CS混合液的制備方法為:Img的Gr-WS2復合材料在I mL的二次蒸餾水中超聲分散30 min,然后加入I mL濃度為I mg/mL的CS醋酸溶液,超聲分散I h。
4.根據權利要求2所述的DNA電化學生物傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中ssDNA的濃度為1.0X10_6 mol/L，室溫為25 °C，巰基乙醇溶液的濃度為1.0X10 3 mol/L。
5.根據權利要求2所述的DNA電化學生物傳感器的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)和(2)中的緩沖溶液為含有0.9 % NaCl的0.1 mol/L的磷酸鹽(pH 6.0)緩沖溶液。
【文檔編號】G01N27/48GK103616418SQ201310570077
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月16日 優先權日:2013年11月16日
【發明者】劉彥明, 黃克靖, 劉玉潔, 王輝 申請人:信陽師范學院
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