一种生物传感器的制备方法及应用与流程

1.本技术属于生物分析技术领域，特别是涉及一种生物传感器的制备方法及应用。


背景技术：

2.含银材料对于许多工业领域和产品而言都很重要，它们已被广泛用作催化剂、电极和抗菌剂。然而，在频繁使用含银材料的过程中释放的银离子对人体健康和环境有害，已经证实银离子与器官功能衰竭、线粒体功能降低以及通过促进氧化应激而对人产生细胞毒性有关。因此，为了饮用水、食品和生态环境的安全，迫切需要有效的银离子检测策略。目前，银离子是通过原子吸收/发射光谱(aas)、电感耦合等离子体质谱(icp～ms)、有机分子探针以及酶生物法等技术进行检测的。这些技术往往都需要昂贵的仪器、费时的操作和复杂的材料合成过程。
3.抗坏血酸(aa，维生素c)作为一种有效的抗氧化剂广泛用于食品，动物饲料，饮料，药物制剂和化妆品。它可以通过与自由基反应来预防自由基诱发的疾病，例如癌症和帕金森氏病等。此外，缺乏抗坏血酸也会导致坏血病，但是过量摄入抗坏血酸容易导致尿结石、腹泻和胃痉挛等疾病。因此，抗坏血酸的检测在食品、工业和临床诊断中具有重要意义。迄今为止，已经探索了多种方法来检测抗坏血酸，其中电化学方法是主要方法之一。但是，多巴胺和尿酸的电化学氧化峰电位与抗坏血酸相似，这会严重干扰抗坏血酸的测定。抗坏血酸的其他常见分析方法，包括分光光度法，色谱法和比色法，也已经得到了广泛的发展。在这些方法中，通过肉眼观察的比色法是一种简单，快速且具有成本效益的方法，它具有快速现场检测抗坏血酸的潜力。
4.目前，众多先进的方法被研究和应用于含银材料和抗坏血酸的检测，然而，其检测都是采用各自的检测方法和手段单独进行的，没办法在实际检测和应用中，采用一种方法实现两种组分、便捷、经济和高效检测。


技术实现要素：

5.1.要解决的技术问题
6.针对目前众用于含银材料和抗坏血酸的检测都是采用独立检测方法和手段单独进行的，无法实现两种组分、便捷、经济和高效检测的问题，本技术提供了一种生物传感器的制备方法及应用。
7.2.技术方案
8.为了达到上述的目的，本技术提供了一种生物传感器的制备方法，所述方法包括选取3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液、第一待检测物和第二待检测物，所述第一待检测物能够氧化所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液产生蓝色单电子氧化物溶液，所述第二待检测物能够还原所述蓝色单电子氧化物溶液至无色3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，所述第一待检测物氧化与所述第二待检测物还原呈现良好的浓度依赖性；采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同温度下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液
的最佳温度，采用所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同ph下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳ph，得到所述最佳温度和所述最佳ph条件下的3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液即为生物传感器。
9.本技术提供的另一种实施方式为：所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同温度下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳温度包括在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac(ph＝4.0)缓冲溶液中加入所述第一待检测物，在不同温度下孵育得到蓝色氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，所述吸收强度最大处的温度为最佳温度。
10.本技术提供的另一种实施方式为：所述最佳温度为40℃。
11.本技术提供的另一种实施方式为：所述采用所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同ph下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳ph包括在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac(ph＝4.0)缓冲溶液中加入所述第一待检测物，在40℃下采用不同ph孵育得到蓝色氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，所述吸收强度最大处的ph为最佳ph。
12.本技术提供的另一种实施方式为：所述最佳ph为4.6。
13.本技术还提供一种对生物传感器的应用，将所述生物传感器应用于银离子和抗坏血酸的定量检测。
14.本技术提供的另一种实施方式为：所述定量检测包括如下步骤：(1)分别在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac缓冲溶液中，ph为4.6，加入不同浓度的硝酸银水溶液，40℃孵育，得到蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，得到所述吸收强度与银离子浓度的关系，计算得出所述银离子的浓度；
15.(2)选取步骤(1)中的蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，加入不同浓度的抗坏血酸溶液得到颜色逐渐变浅至无色的3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处吸收强度变化，得到所述吸收强度与抗坏血酸浓度的关系，计算得出所述抗坏血酸的浓度。
16.8、如权利要求7所述的生物传感器的应用，其特征在于：当所述银离子浓度范围为0～0.6mm时，所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度与银离子浓度呈线性关系，线性方程为a
652nm
＝0.919c-0.025，其中c为银离子浓度，线性相关系数为0.9882，由3σ原则计算其理论检测限为1.6μm，其中a
652nm
为3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度。
17.本技术提供的另一种实施方式为：当所述抗坏血酸溶液浓度范围在0.2～10μm时，所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液吸收强度与所述抗坏血酸溶液浓度呈现良好的线性关系，线性方程为a
652nm
＝-0.03c 0.343，其中c为抗坏血酸浓度，线性相关系数为0.9887，根据3σ原则计算其理论检测限为50nm，其中a
652nm
为3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度。
18.本技术还提供一种对生物传感器的应用，将所述生物传感器应用于纸基微流体芯
片、光热免疫分析或者智能手机分析系统。
19.3.有益效果
20.与现有技术相比，本技术提供的生物传感器及其制备方法和应用的有益效果在于：
21.本技术提供的生物传感器的制备方法，为一种基于3，3'，5，5'～四甲基联苯胺(tmb)的双向比色生物传感器的制备方法。
22.本技术提供的生物传感器的应用，基于3，3'，5，5'-四甲基联苯胺(tmb)的显色效应构建了一种双向比色生物传感器用于银离子(ag )和抗坏血酸(aa)的定量检测，实现同一种传感器对含银材料和抗坏血酸的便捷检测，进一步推动比色生物传感器针对ag

和aa便捷检测和应用，为双向比色传感策略，克服了传统单向传感模式存在的不足。
23.本技术提供的生物传感器的应用，可实现同一体系中银离子和抗坏血酸的定量检测，该比色生物传感器具有良好的选择性和重复性，拓宽了比色生物传感器在环境和食品等领域的应用，该方法构建的比色生物传感器有望用于纸基微流体芯片、光热免疫分析、智能手机分析系统等领域，并在现场检测中显示出巨大潜力。
24.本技术提供的生物传感器的应用，巧妙利用ag

的氧化性和抗坏血酸的还原性构建了双向比色传感器，无需复杂的实验步骤和昂贵的仪器，简单且具有经济效益。
附图说明
25.图1是本技术的生物传感器示意图；
26.图2是本技术的tmb～ag

体系在652nm处的吸收强度随温度的变化曲线图；
27.图3是本技术的tmb～ag

体系在652nm处的吸收强度随ph的变化曲线图；
28.图4是本技术的不同浓度ag

对应与652nm处的吸收峰强度；
29.图5是本技术的不同浓度ag

对应与652nm处的吸收峰强度线性关系；
30.图6是本技术的不同浓度aa对应与652nm处的吸收峰强度；
31.图7是本技术的不同浓度aa对应与652nm处的吸收峰强度线性关系。
具体实施方式
32.在下文中，将参考附图对本技术的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本技术，并能够实施本技术。在不违背本技术原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
33.参见图1～7，本技术提供一种生物传感器的制备方法，所述方法包括选取3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液、第一待检测物和第二待检测物，所述第一待检测物能够氧化所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液产生蓝色单电子氧化物溶液，所述第二待检测物能够还原所述蓝色单电子氧化物溶液至无色3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，所述第一待检测物氧化与所述第二待检测物还原呈现良好的浓度依赖性；采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同温度下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳温度，采用所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同ph下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳ph，得到所述最佳温度和所述最佳ph条件下的3，
3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液即为生物传感器。
34.进一步地，所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同温度下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳温度包括在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac(ph＝4.0)缓冲溶液中加入所述第一待检测物，在不同温度下孵育得到蓝色氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，所述吸收强度最大处的温度为最佳温度。
35.进一步地，所述最佳温度为40℃。
36.进一步地，所述采用所述采用所述第一待检测物与所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在不同ph下反应得到所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液的最佳ph包括在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac(ph＝4.0)缓冲溶液中加入所述第一待检测物，在40℃下采用不同ph孵育得到蓝色氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，所述吸收强度最大处的ph为最佳ph。
37.进一步地，所述最佳ph为4.6。
38.本技术还提供一种对生物传感器的应用，将所述生物传感器应用于银离子和抗坏血酸的定量检测。
39.进一步地，所述定量检测包括如下步骤：(1)分别在含0.4mm 3，3'，5，5'-四甲基联苯胺的hac-naac缓冲溶液中，ph为4.6，加入不同浓度的硝酸银水溶液，40℃孵育，得到蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度变化，得到所述吸收强度与银离子浓度的关系，计算得出所述银离子的浓度；
40.(2)选取步骤(1)中的蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，加入不同浓度的抗坏血酸溶液得到颜色逐渐变浅至无色的3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液，在紫外-可见分光光度计下检测所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处吸收强度变化，得到所述吸收强度与抗坏血酸浓度的关系，计算得出所述抗坏血酸的浓度。
41.进一步地，当所述银离子浓度范围为0～0.6mm时，所述蓝色的氧化3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度与银离子浓度呈线性关系，线性方程为a
652nm
＝0.919c-0.025，其中c为银离子浓度，线性相关系数为0.9882，由3σ原则计算其理论检测限为1.6μm，其中a
652nm
为3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度。
42.进一步地，当所述抗坏血酸溶液浓度范围在0.2～10μm时，所述3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液吸收强度与所述抗坏血酸溶液浓度呈现良好的线性关系，线性方程为a
652nm
＝-0.03c 0.343，其中c为抗坏血酸浓度，线性相关系数为0.9887，根据3σ原则计算其理论检测限为50nm，其中a
652nm
为3，3'，5，5'-四甲基联苯胺溶液在652nm处的吸收强度。
43.本技术还提供一种对生物传感器的应用，将所述生物传感器应用于纸基微流体芯片、光热免疫分析或者智能手机分析系统。
44.一种基于tmb显色效应双向比色生物传感器的制备方法，其包括以下步骤：
45.(1)分别在含0.4mm tmb的hac-naac缓冲溶液中，在不同温度下，一定ph下加入不同浓度的硝酸银水溶液孵育一定时间后，得到蓝色的oxtmb溶液，在紫外-可见分光光度计
下检测其在652nm处的吸收强度变化。
46.(2)在步骤一优化基础上，在含有0.4mm tmb的缓冲溶液，在不同温度下，一定ph下加入不同浓度的硝酸银水溶液孵育后，得到蓝色的oxtmb溶液，然后加入不同浓度的aa，溶液逐渐变为无色溶液，在紫外-可见分光光度计下检测其吸收光谱，并记录溶液在652nm处吸收强度数值。
47.在一定tmb的hac-naac缓冲溶液中，加入不同浓度的硝酸银水溶液孵育后，得到蓝色的tmb氧化(oxtmb)溶液；随后加入一定浓度的aa，溶液逐渐变为无色，在紫外-可见分光光度计下分别检测其吸收光谱，并记录溶液在652nm处吸收强度数值，实现银离子和抗坏血酸的定量检测。步骤(1)中，所述温度为20～50℃。所述步骤(1)中，所用缓冲溶液的ph为3.0～6.0，加入银离子后孵化时间为10～20min。所述步骤(1)中，所述硝酸银的浓度为0.05～0.8mm。所述步骤(2)中，所述条件为步骤(1)最优化条件。所述步骤(1)、(2)中，所述顺序为tmb中加入硝酸银后加入aa。所述步骤(1)、(2)中，所述溶液颜色首先由无色转为蓝色然后逐渐无色。
48.利用了ag

可以氧化tmb产生蓝色的单电子氧化产物(oxtmb)，aa可以还原oxtmb至无色的tmb的性质；本技术中ag

氧化和aa还原呈现良好的浓度依赖性。ag

在0～0.6mm浓度范围，其理论检测限为1.6μm；aa在0.2～10μm浓度范围内，其理论检测限达50nm。
49.实施例1
50.(1)含0.4mm tmb的hac-naac(ph＝4.0)缓冲溶液中，加入浓度为0.25mm的硝酸银水溶液，在不同温度下孵育10min，得到蓝色的oxtmb溶液，在紫外-可见分光光度计下检测其在652nm处的吸收强度变化。如图2所示，从20～40℃随着温度增加，652nm处的吸收强度增加。超过40℃随着温度增加，652nm处的吸收强度几乎不再增加，40℃被选为最有温度；0.4mm tmb的hac-naac缓冲溶液中，加入浓度为0.25mm的硝酸银水溶液，在40℃下孵育10min，得到蓝色的oxtmb溶液，在紫外-可见分光光度计下检测其在652nm处的吸收强度变化。如图3所示，ph在4.6时652nm处的吸收强度最大。
51.(2)分别在含0.4mm tmb的hac-naac缓冲溶液中(ph＝4.6)，加入浓度为0.05，0.25，0.3，0.4，0.6，0.8mm的硝酸银水溶液，40℃孵育10分钟，得到蓝色的oxtmb溶液，在紫外-可见分光光度计下检测其在652nm处的吸收强度变化(图4)。当ag

浓度范围在0～0.6mm时，溶液在652nm处的吸收强度与ag

浓度呈线性关系，线性方程为a
652nm
＝0.919c-0.025，其中c为ag

浓度，线性相关系数为0.9882，由3σ原则计算其理论检测限为1.6μm(图5)。
52.(3)在含有0.4mm tmb的缓冲溶液(ph＝4.6)，加入0.4mm的硝酸银溶液，40℃孵育10分钟，得到蓝色的oxtmb溶液，然后加入不同浓度的aa，得到颜色逐渐变浅溶液，在紫外-可见分光光度计下检测其652nm处吸收光谱变化(图6)。当aa浓度范围在0.2～10μm时，体系吸收强度与aa浓度呈现良好的线性关系，线性方程为a
652nm
＝-0.03c 0.343，其中c为aa浓度，线性相关系数为0.9887，根据3σ原则计算其理论检测限为50nm(图7)。
53.实施例2
54.按照实施例1优化实验条件，加入不同浓度的aa，然后再加入0.4mmag

，孵育后溶液无明显颜色变化，在紫外-可见分光光度计下检测其吸收光谱，溶液在652nm处无明显吸收。
55.本技术制得的双向比色生物传感器可实现同一体系中银离子和抗坏血酸定量检
测。
56.本技术提出的双向比色传感策略，克服了传统单向传感模式存在的不足。
57.本技术巧妙利用ag

的氧化性和抗坏血酸的还原性构建了双向比色传感器，无需复杂的实验步骤和昂贵的仪器，简单且具有经济效益。
58.本技术在水相介质中合成，催化反应在液相中是均相的，响应速度快。
59.尽管在上文中参考特定的实施例对本技术进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本技术公开的原理和范围内，可以针对本技术公开的配置和细节做出许多修改。本技术的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的或范围所包含的全部修改。