[發(fā)明專利]一種三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110672440.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113406154B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 潘昀路;郝壯;趙學增
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N27/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了一種三維水凝膠?石墨烯基生物傳感器及其制備方法，屬于生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的三維水凝膠?石墨烯基生物傳感器，包括依次疊層設置的基底、電極層、石墨烯薄膜以及三維水凝膠材料層；所述三維水凝膠材料層由具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠材料形成，所述水凝膠材料由包括丙烯酰胺單體和修飾探針分子的原料經(jīng)聚合反應得到，所述修飾探針分子為修飾有丙烯酰胺基團的探針分子。本發(fā)明提供的三維水凝膠?石墨烯基生物傳感器穩(wěn)定性好且靈敏度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯基電學傳感器具有響應速度快和靈敏度高的優(yōu)勢，配合核酸適配體、抗體和酶等可以高特異性識別目標物質(zhì)的探針分子使用，形成石墨烯基納米生物傳感器，在疾病標志物檢測領(lǐng)域具有重要應用價值。

現(xiàn)有研究報道的石墨烯基納米生物傳感器均為表面親和型傳感器(DOI:10.1021/acsami.7b07684)，即探針分子通過含有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的鏈接分子錨固在石墨烯表面，被探針分子識別抓取到的待測溶液中帶微弱電量的標志物分子在“靜電感應”作用下，會對石墨烯內(nèi)部單位截面積內(nèi)可移動載流子數(shù)量產(chǎn)生影響，通過測量可移動載流子數(shù)量的變化，即石墨烯電導率的變化(石墨烯兩端電流的變化)，便可以確定標志物分子濃度變化。采用這種表面型傳感器進行檢測的整個過程中，石墨烯表面始終暴露在待測溶液中，而實際生物溶液樣本，如血液、汗液以及唾液等，含有許多非目標生物大分子或雜質(zhì)，它們?nèi)菀自谑┍砻嫘纬缮镉俜e，影響傳感器的穩(wěn)定性以及靈敏度，甚至會導致傳感器失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器及其制備方法，本發(fā)明提供的三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器穩(wěn)定性好且靈敏度高。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器，包括依次疊層設置的基底、電極層、石墨烯薄膜以及三維水凝膠材料層；所述三維水凝膠材料層由具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠材料形成，所述水凝膠材料由包括丙烯酰胺單體和修飾探針分子的原料經(jīng)聚合反應得到，所述修飾探針分子為修飾有丙烯酰胺基團的探針分子。

優(yōu)選地，所述水凝膠材料的孔徑為1.8～2.2μm。

優(yōu)選地，所述三維水凝膠材料層的厚度為0.63～2.35mm。

優(yōu)選地，所述丙烯酰胺單體包括丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺，所述丙烯酰胺和甲叉雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為(45～55)：1。

優(yōu)選地，所述丙烯酰胺單體的質(zhì)量與修飾探針分子的摩爾比為(5～20)g：1μmol。

優(yōu)選地，所述探針分子為核酸適配體。

優(yōu)選地，所述石墨烯薄膜由單層石墨烯形成。

優(yōu)選地，所述電極層包括平行設置的兩個電極，所述石墨烯薄膜設置在兩個電極的表面以及裸露的基底的表面。

本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器的制備方法，包括以下步驟：

在基底的單面制備電極層，得到基底-電極層器件；

在所述基底-電極層器件中電極層的表面設置石墨烯薄膜，得到基底-電極層-石墨烯薄膜器件；

將反應溶液在所述基底-電極層-石墨烯薄膜器件中石墨烯薄膜的表面進行原位聚合反應，在所述石墨烯薄膜的表面形成三維水凝膠材料層，得到三維水凝膠-石墨烯基生物傳感器；所述反應溶液中含有丙烯酰胺單體、修飾探針分子、引發(fā)劑、硝酸鈉和溶劑。

優(yōu)選地，在所述基底-電極層器件中電極層的表面設置石墨烯薄膜的方法包括：

提供石墨烯薄膜，采用濕轉(zhuǎn)移法將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至電極層的表面。