一种基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强检测装置及其应用

摘要

本发明涉及检测领域，特别是涉及一种基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强检测装置及其应用。本发明提供一种非修饰单层石墨烯在纳米颗粒增强检测领域的应用，并进一步提供一种纳米颗粒增强检测装置、一种纳米颗粒增强检测方法及相关试剂盒。本发明所提供的纳米颗粒增强检测方法，利用非修饰的石墨烯作为工作电极，加快了电子的传导速率；利用修饰过的纳米金和磁珠来放大电流信号，提高了检测的灵敏度。

权利要求

1.一种纳米颗粒增强检测装置，其特征在于，包括反应腔体，所述反应腔体底部由硅片构成，底部的上表面设有一层SiO2膜，所述SiO2膜上设有一个以上基于非修饰的单层石墨烯的工作电极，所述各工作电极均设有一个与其对应的对电极和一个与其对应的参考电极，构成三电极体系，还包括磁铁，所述磁铁位于所述硅片下方，所述对电极和参考电极位于所述SiO2膜表面。

2.如权利要求1所述的一种纳米颗粒增强检测装置，其特征在于，所述对电极为Pt电极。

3.如权利要求1所述的一种纳米颗粒增强检测装置，其特征在于，所述参考电极为Ag/AgCl电极。

4.如权利要求1所述的一种纳米颗粒增强检测装置，其特征在于，所述非修饰的单层石墨烯工作电极的制备方法包括如下步骤：

1)取位于基底上、且表面涂有保护膜的单层石墨烯作为原材料，并将其基底腐蚀以获得石墨烯薄膜；

2)用硅片将石墨烯薄膜捞起，用清水洗；

3)然后用硅片捞起清洗后的石墨烯薄膜，并将位于硅片上的石墨烯薄膜固定在贵金属电极的一端，放入烘箱烘干；

4)最后洗掉石墨烯薄膜表面的保护膜，即得所述基于非修饰的单层石墨烯的工作电极。

5.如权利要求4所述的一种纳米颗粒增强检测装置，其特征在于，所述基底为铜基底，所述保护膜为PMMA保护膜。

6.一种纳米颗粒增强检测方法，包括如下步骤：

1)将羟基化磁珠活化；

2)磁珠包被：将活化的羟基化磁珠与捕获蛋白共孵，磁分离、去上清，清洗重悬后保存；

3)纳米金颗粒包被：将纳米金颗粒、检测蛋白、HRP共孵，静置、离心后去上清，清洗重悬后保存；

4)以步骤2所得的羟基化磁珠为固相的抗原或抗体，以步骤3所得的纳米金颗粒为标记的抗原或抗体，使用夹心法、间接法或竞争法将步骤2所得磁珠、步骤3所得纳米金颗粒溶液与含有已知浓度的靶分子的溶液共孵，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面，将所得非修饰的单层石墨烯作为工作电极，利用循环伏安法检测反应电信号，得出不同浓度的靶分子的响应曲线图；

5)以与步骤4相同的方法，将步骤2所得磁珠、步骤3所得纳米金颗粒溶液与待测溶液共孵，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面，将所得非修饰的单层石墨烯作为工作电极，利用循环伏安法检测反应电信号；根据步骤4所得曲线图得出待测溶液中靶分子的浓度。

7.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强检测方法，其特征在于，所述步骤4、5中，循环伏安法检测时向反应腔体中加入双氧水。

8.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强检测方法，其特征在于，所述步骤1中，活化磁珠表面的具体方法为：将清洗后的磁珠与EDC溶液和NHS溶液共孵育。

9.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强检测方法，其特征在于，所述步骤2中，所述磁珠包被的具体方法为：将捕获蛋白与已活化的磁珠共孵育，磁分离，去上清；将所得磁珠和Tris溶液共孵，磁分离，去上清；所得磁珠清洗、重悬后保存。

10.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强检测方法，其特征在于，所述步骤3中，纳米金颗粒包被的具体方法为：调节纳米金胶体溶液的pH至8.6-9.2，再加入检测蛋白、HRP，静置、离心后去上清，所得纳米金颗粒重悬后保存。

11.如权利要求6所述的一种纳米颗粒增强检测方法，其特征在于，所述步骤4中，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面的具体方法为：将共孵所得溶液滴在基于非修饰的单层石墨烯的工作电极表面，通过外界磁场将磁珠固定在石墨烯表面，并吸取上清液。

12.一种纳米颗粒增强检测方法的试剂盒，包括羟基化磁珠、纳米金颗粒、捕获蛋白、检测蛋白、HRP和非修饰的单层石墨烯的工作电极。

说明书

一种基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强

检测装置及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及检测领域，特别是涉及一种基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强检测装置及其应用。

背景技术

[0002] 石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。

[0003] 石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬。自2004年从石墨中分离出石墨烯以来，石墨烯在诸多领域得到了极大的应用，其中氧化石墨烯，碳纳米管等材料被广泛的用来检测生物分子，气体分子等。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。

[0004] 利用纳米材料检测生物分子，包括碳纳米管，氧化石墨烯等材料作为检测电极时，都需要将这些纳米材料表面进行功能化，例如在其表面修饰上羧基等功能团，以便能与生物分子结合，但是经过修饰的氧化石墨烯等材料表面存在很多缺陷，导致其传导电子的速度远远低于单层石墨烯，本发明涉及不需要修饰的单层石墨烯作为检测电极。

发明内容

[0005] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米增强检测方法，用于解决现有技术中的问题。

[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种非修饰单层石墨烯在纳米颗粒增强检测领域的应用。

[0007] 优选的，所述非修饰的单层石墨烯作为工作电极在纳米颗粒增强检测领域的应用。

[0008] 更优选的，所述非修饰的单层石墨烯的多重纳米材料作为工作电极在纳米颗粒增强检测领域的应用。

[0009] 所述非修饰的单层石墨烯具体指表面未修饰其他任何物质或功能团（如羧基等）的单层的石墨烯薄膜。

[0010] 本发明第二方面提供一种纳米颗粒增强检测装置，包括微流控芯片反应腔体，所述反应腔体底部由硅片构成，底部的上表面设有一层SiO2膜，所述SiO2膜上设有一个以上基于非修饰的单层石墨烯的工作电极，所述各工作电极均设有一个与其对应的对电极和一个与其对应的参考电极，构成三电极体系，还包括磁铁，所述所述磁铁位于所述硅片下方，所述对电极和参考电极位于所述SiO2膜表面。

[0011] 优选的，所述反应腔体为上敞口式反应腔体。

[0012] 优选的，所述磁铁设置于所述硅片基底下表面。

[0013] 优选的，所述SiO2膜的厚度为1-2um。

[0014] 优选的，所述对电极为选自Pt电极。

[0015] 优选的，所述参考电极为选自Ag/AgCl电极。

[0016] 进一步的，本发明所提供的纳米颗粒增强检测装置可以制作为电化学传感器芯片。优选的，所述SiO2膜上还设有一层PDMS膜，所述PDMS膜设有一个以上作为检测腔体（利用标准的光刻工艺实现检测腔体的制作），还包括一组以上的三电极体系检测装置，各检测腔体与各三电极体系检测装置一一对应（一个工作电极、一个参考电极和一个对电极构成一个三电极体系检测装置），形成一个以上的微反应池，所述各检测腔体内的电极（工作电极、参考电极和对电极）均为钛‐金电极，所述PDMS膜上还设有进样通道和液体流动渠道，所述各检测腔体均通过液体流动渠道与进样通道相通。

[0017] PDMS：同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。

[0018] 电极位于硅片上，制备时，先在硅片上溅射一薄层钛，然后再溅射一层金，这样金电极就不会脱落，再进一步将石墨烯薄膜固定在工作电极上。电极制备完成后，再在硅片上覆盖一层PDMS膜，厚度约为0.5cm，所述PDMS膜设有多个检测腔体，所述检测腔体的位置与电极相对应，即一个检测腔体对应一组三电极体系检测装置形成一个微反应池。各电极通过引线连接到电化学工作站上。

[0019] 本发明所提供的纳米颗粒增强检测装置，其SiO2膜表面设有多组三电极体系检测装置，形成一个多样品检测体系，可以同时对多个蛋白或核酸样品进行检测，不但能够节省资源，提高检测效率，还可以提高检测结果的准确度。本发明建立多靶标蛋白标志物检测平台，设计具有并行检测功能的基于PDMS材料的“无泵无阀式”微流控芯片，实现液体样品的自动进样和分解；利用真空脱气后PDMS材料的高空气溶解特性，使得经真空脱气处理后的微流控芯片管道中形成负压，驱动液体自动填充芯片微管道和微反应槽，完成样品液体的分割，从而实现样品液体的定量自分配。

[0020] 优选的，所述非修饰的单层石墨烯的工作电极的制备方法包括如下步骤：

[0021] 1）取位于基底上、且表面涂有保护膜的单层石墨烯作为原材料，并将其基底腐蚀以获得石墨烯薄膜；

[0022] 2）用硅片将石墨烯薄膜捞起，用清水洗；

[0023] 3）然后用硅片捞起清洗后的石墨烯薄膜，并将位于硅片上的石墨烯薄膜固定在贵金属电极的一端（以硅片为载体），放入烘箱烘干；

[0024] 4）最后放入丙酮，浸泡一夜以洗掉石墨烯薄膜表面的保护膜，即得所述基于非修饰的单层石墨烯的工作电极。

[0025] 更优选的，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。

[0026] 更优选的，所述基底为铜基底。

[0027] 更优选的，所述基底腐蚀的具体方法为：将原材料漂浮在过硫酸铵水溶液上。

[0028] 更优选的，所述贵金属电极为金电极。

[0029] 更优选的，所述烘箱烘干的具体条件为：75-85℃烘箱50-70分钟。

[0030] 更优选的，所述保护膜为PMMA保护膜。

[0031] 进一步优选的，所述洗掉石墨烯表面的保护膜的具体条件为：在丙酮中浸泡过夜。

[0032] 优选的，所述电化学传感器芯片上钛‐金电极的制备方法包括如下步骤：

[0033] 1）在SiO2膜表面涂一层光刻胶；

[0034] 2）经过光刻工艺，在硅片上形成电极图样；

[0035] 3）溅射一层钛-金，然后去掉光刻胶，即得到了钛-金电极(包括对电极，工作电极和参考电极)；优选的，钛的厚度为10纳米，金的厚度为50纳米，工作电极WE的半径约2.5mm。

[0036] 钛‐金电极制备完成后，即可将石墨烯固定在工作电极的一端构成非修饰的单层石墨烯的工作电极。

[0037] 本发明第三方面提供一种基于非修饰的单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强检测方法，包括如下步骤：

[0038] 1）将羟基化磁珠活化；

[0039] 2）磁珠包被：将活化的羟基化磁珠与捕获蛋白共孵，磁分离、去上清，清洗重悬后保存；

[0040] 3）纳米金颗粒包被：将纳米金颗粒、检测蛋白、HRP（辣根过氧化物酶）共孵，静置、离心后去上清，清洗重悬后保存；特异性蛋白（检测蛋白）和HRP所包被的纳米金颗粒，可以有效的放大检测信号；

[0041] 4）以步骤2所得的羟基化磁珠为固相的抗原或抗体，以步骤3所得的纳米金颗粒为标记的抗原或抗体，使用夹心法、间接法或竞争法等方法将步骤2所得磁珠、步骤3所得纳米金颗粒溶液与含有已知浓度的靶分子的溶液共孵，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面，将所得非修饰的单层石墨烯作为工作电极，利用循环伏安法检测反应电信号，得出不同浓度的靶分子的响应曲线图。

[0042] 5）以与步骤4相同的方法，将步骤2所得磁珠、步骤3所得纳米金颗粒溶液与待测溶液共孵，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面，将所得非修饰的单层石墨烯作为工作电极，利用循环伏安法检测反应电信号；根据步骤4所得曲线图得出待测溶液中靶分子的浓度。

[0043] 优选的，所述步骤1中，羟基化磁珠活化的具体方法为：将羧基化磁珠清洗后，活化磁珠表面，磁分离，去上清；

[0044] 所述羟基化磁珠表面被羧基化，有磁性，可以被外界磁场很好的吸附在石墨烯电极上，

[0045] 更优选的，所述步骤1中，羟基化磁珠的粒径为0.9-1.1um。

[0046] 更优选的，所述步骤1中，羟基化磁珠清洗的方法为：使用MES水溶液清洗后磁分离、去上清。

[0047] 更优选的，所述步骤1中，活化磁珠表面的具体方法为：将清洗后的磁珠与EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）溶液和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺）溶液共孵育，磁珠、EDC溶液、NHS溶液的投料比为0.5mg：2.5-3.5mg：2.5-3.5mg。

[0048] 进一步优选的，所述步骤1中，EDC溶液的浓度为40-60mg/ml。

[0049] 进一步优选的，所述步骤1中，NHS溶液的浓度为40-60mg/ml。

[0050] 所述EDC和NHS溶液均使用冷的MES水溶液作为溶剂配制。

[0051] MES水溶液的浓度均为20-30mM；优选的，MES水溶液浓度为25mM，pH6.0。

[0052] 进一步优选的，所述步骤1中共孵育的条件为：分子杂交仪室温下孵育27-33分钟。

[0053] 优选的，所述步骤2中，所述磁珠包被的具体方法为：将捕获蛋白与已活化的磁珠共孵育，磁分离，去上清；将所得磁珠和Tris（三羟甲基氨基甲烷）溶液共孵，磁分离，去上清；所得磁珠清洗、重悬后保存。

[0054] 更优选的，所述步骤2中，捕获蛋白与已活化的磁珠共孵育的具体方法为：将捕获蛋白加入适量MES水溶液溶解，再加入已活化的磁珠，室温下孵育27-33min。

[0055] 进一步优选的，所述步骤2中，捕获蛋白与磁珠的质量比为1：40-60，捕获蛋白与MES水溶液的质量比为1：216-316。

[0056] 进一步优选的，所述步骤2中，MES水溶液的浓度为20-30mM；优选的，MES水溶液浓度为25mM，pH6.0。

[0057] 更优选的，所述步骤2中，磁珠和Tris水溶液（适量）共孵的条件为室温下孵育27-33min。

[0058] 进一步优选的，所述步骤2中，Tris水溶液的浓度为40-60mmol/L，pH为中性。

[0059] 更优选的，所述步骤2中，清洗所用溶液为PBS缓冲液（pH7.0-7.8），重悬所用溶液为PBS缓冲液（pH7.0-7.8，含0.1wt%-0.5wt%BSA）。

[0060] 更优选的，所述步骤2中，重悬后所得磁珠在2-8℃条件下保存。

[0061] 优选的，所述步骤3中，纳米金颗粒包被的具体方法为：调节纳米金胶体溶液（水溶液）的pH至8.6-9.2，再加入检测蛋白、HRP，静置、离心后去上清，所得纳米金颗粒重悬后保存。

[0062] 更优选的，所述纳米金胶体溶液的径粒为19-21nm。

[0063] 更优选的，所述步骤3中，调节pH所用的溶液为K2CO3水溶液。进一步优选的，所述K2CO3水溶液的浓度为0.1wt%。调节胶体金的pH，使纳米金表面最大效率的吸附上两个不同的生物蛋白。

[0064] 更优选的，所述步骤3中，重悬所用溶液为PBS缓冲液（pH7.0-7.8，含0.1wt%-0.5wt%BSA）。

[0065] 更优选的，所述步骤3中，重悬后所得纳米金颗粒在2-8℃条件下保存。

[0066] 更优选的，所述步骤3中，静置条件为：室温下静置27-33min。

[0067] 更优选的，所述步骤3中，纳米金颗粒、检测蛋白、HRP的摩尔比为1：3 3 2 2
1×10-3×10：0.5×10 -2.5×10。

[0068] 纳米金颗粒溶液的摩尔浓度为6.8×10-8-6.8×10-10mol/L。

[0069] 所述检测蛋白、HRP均使用适当溶剂稀释，优选为检测蛋白水溶液、HRP水溶液，浓度均优选为0.9-1.1mg/ml。

[0070] 优选的，所述步骤4、5中，将共孵所得磁珠固定在单层石墨烯表面的具体方法为：将共孵所得溶液滴在基于非修饰的单层石墨烯的工作电极表面，通过外界磁场将磁珠固定在石墨烯表面，并吸取上清液。

[0071] 优选的，所述步骤4、5中，循环伏安法检测时向反应腔体中加入双氧水（0.01-0.03mM）。

[0072] 在步骤4中，采用夹心法、间接法或竞争法对靶分子进行检测。

[0073] 更优选的，先将靶分子溶液与步骤2所得磁珠共孵，磁分离、清洗；再将连上靶分子的磁珠和步骤3所得纳米金颗粒共孵，磁分离、去上清并重悬。

[0074] 进一步优选的，靶分子的溶液与步骤2所得磁珠的质量比为1-100：1000，优选为10-40：1000。

[0075] 由于纳米金颗粒相对于磁珠的质量和粒径都很小，所以通过免疫反应，一个磁珠上一般可连接上很多个纳米金颗粒。本领域技术人员可根据需要，适量加入纳米金颗粒以达到良好的信号响应。

[0076] 在夹心法中，捕获蛋白与靶分子特异性结合，检测蛋白与靶分子特异性结合。具体的，靶分子为待测抗原，捕获蛋白为能与靶分子特异性结合的第一抗体，检测蛋白为能与靶分子特异性结合的第二抗体。

[0077] 在间接法中，捕获蛋白与靶分子特异性结合，检测蛋白与靶分子结合。具体的，靶分子为待测抗体，捕获蛋白为能与靶分子特异性结合的抗原，检测蛋白为能与靶分子结合的抗抗体。

[0078] 在竞争法中，捕获蛋白与靶分子特异性结合，捕获蛋白与检测蛋白特异性结合。具体的，靶分子为待测抗原，捕获蛋白为能与靶分子特异性结合的抗体，检测蛋白为能与靶分子特异性结合的第二抗原。

[0079] 更优选的，所述步骤4中，共孵育的条件为：室温下孵育27-33分钟。

[0080] 更优选的，所述步骤4中，清洗和重悬所用溶液为PBS缓冲液（pH7.0-7.8）。

[0081] 本发明第四方面提供一种纳米金颗粒免疫检测方法的试剂盒，包括羟基化磁珠、纳米金颗粒、捕获蛋白、检测蛋白、HRP（辣根过氧化物酶）和非修饰的单层石墨烯的工作电极。

[0082] 更优选的，所述试剂盒中还包括EDC溶液、MES溶液、NHS溶液、Tris溶液。

[0083] 更优选的，所述试剂盒中还包括PBS缓冲液。

[0084] 由于经过修饰的石墨烯，其表面会产生很多缺陷，会导致其传导电子的速率大大降低，故本发明利用外界磁场将被修饰的磁珠吸附在石墨烯表面，这样不仅避免了直接修饰石墨烯，而且扩大了检测电极的表面积。

[0085] 如上所述，本发明发明人利用非修饰的石墨烯作为工作电极，加快了电子的传导速率；利用修饰过的纳米金颗粒来放大电流信号，提高了检测的灵敏度。

附图说明

[0086] 图1显示为本发明纳米金的紫外光谱示意图。

[0087] 图2显示为本发明检测不同浓度的抗原结果示意图。

[0088] 图3显示为本发明峰值拟合直线示意图。

[0089] 图4显示为本发明特异性曲线示意图。

[0090] 图5显示为本发明所提供的纳米颗粒增强检测装置制作的电化学传感器芯片底面结构示意图。

[0091] 图6显示为本发明所提供的纳米颗粒增强检测装置制作的电化学传感器芯片上PDMS膜结构示意图。

[0092] 元件标号说明

[0093] 1 工作电极

[0094] 2 对电极

[0095] 3 参考电极

[0096] 4 SiO2膜

[0097] 5 硅片

[0098] 6 PDMS膜

[0099] 7 检测腔体

[0100] 8 进样通道

[0101] 9 液体流动渠道

具体实施方式

[0102] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0103] 须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

[0104] 此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0105] 本发明中所涉及的基于非修饰单层石墨烯作为工作电极的纳米颗粒增强检测装置，可以制作为电化学传感器芯片。如图5所示，包括一反应腔体，所述反应腔体底部由硅片（5）构成，底部的上表面设有一层SiO2膜（4），所述SiO2膜（4）上设有六个基于非修饰的单层石墨烯的工作电极（1），所述各工作电极（1）均设有一个与其对应的对电极（2）和一个与其对应的参考电极（3），构成三电极体系，还包括磁铁，所述磁铁位于所述硅片基底下方。所述SiO2膜（4）的厚度为1-2um，所述各工作电极（1）、对电极（2）和参考电极（3）构成三电极体系且整合于SiO2膜（4）表面，SiO2膜（4）表面共整合有六组三电极体系。所述SiO2膜上还设有一层厚度约为0.5cm的PDMS膜（6），如图6所示所述PDMS膜（6）上设有六个作为检测腔体（7）的反应池，各检测腔体与各三电极体系检测装置一一对应（一个工作电极、一个参考电极和一个对电极构成一个三电极体系检测装置），所述各检测腔体内的电极（工作电极、参考电极和对电极）均为钛-金电极，所述PDMS膜（6）上还设有进样通道（8）和液体流动渠道（9），所述各检测腔体（7）均通过液体流动渠道（9）与进样通道（8）相通。所述工作电极（1）、对电极（2）、参考电极（3）均为Ti-Au电极。

[0106] 其制备过程中，首先利用半导体工艺，在硅片上制作电化学电极（3电极），并在PDMS膜（6）上制作合计六个微反应槽，同时，在硅片（5）上用PDMS膜（6）作为反应样品的流动渠道，制作集成微管道（流动渠道和进样通道）和微反应槽（检测腔体）的PDMS芯片。在进样时，通过对PDMS微流控芯片进行真空脱气预处理，使其进样口加入样品后管道中形成负压，驱动液体样品自动填充芯片微管道和微反应槽，使每个微反应槽中包含一个独立的反应单元，完成样品液体的自动进样和分解。六个反应槽可分别用于检测六种蛋白标志物。多组三电极体系的结构可以同时对多个蛋白或核算样品进行检测，不但能够节省资源，提高检测效率，还可以提高检测结果的准确度。

[0107] 实施例1

[0108] （1）制备被检测蛋白和HRP包被的纳米金颗粒（直径20nm）：

[0109] 首先按照Yu等人(Yu et al.,2012)制备胶体金的方法，合成出直径为20nm的‐9纳米金颗粒，然后取200ul制备好的纳米金胶体溶液（直径20nm，6.8×10 mol/L），加入
2ul的K2CO3（wt.0.1%）调节其pH=8.9，然后加入1ul（1mg/ml）的CEA抗体和1ul（1mg/ml）HRP，室温下静置半小时，离心（9000rmp，50min），去上清，用PBS（pH7.4）重悬，加入BSA（0.1%），2‐8℃保存。所得纳米金的紫外光谱如图1所示。

[0110] （2）制备被捕获蛋白包被的磁珠：

[0111] 取50ul，10mg/ml的羧基化磁珠（Invitrogen,Cat.no.650.11/12），用等体积的MES（25mM，pH6.0）清洗两遍，每遍10分钟，磁分离，去上清；依次加入新鲜配制的50ul EDC（50mg/ml）和50ul NHS（50mg/ml）均用冷的MES，25mM，pH6.0配制，放入分子杂交仪孵育半小时（24℃），活化磁珠表面，磁分离，去上清，用MES（25mM，pH6.0）清洗两次，磁分离，去上清；取10ulCEA（carcino‐embryonicantigen）抗体以MES（25mM，pH6.0）溶解，总体积60ul，加入已活化的磁珠，用MES（25mM，pH6.0）定容至100ul；室温孵育30min，磁分离，去上清；将磁珠和Tris（pH7，50mM）室温孵育30min，磁分离，取上清，用100ul的PBS（pH7.4）清洗四次，加入50ul的PBS（pH7.4，含0.5%，BSA）重悬磁珠，2‐8℃保存。

[0112] （3）制备石墨烯/磁珠‐捕获抗体/抗原/检测抗体‐纳米金颗粒‐HRP电极：

[0113] 首先将待测CEA抗原（10ul）与被捕获抗体包被好的磁珠溶液（5ul）放在室温下孵育30min，磁分离，用PBS（pH，7.4）清洗3次；然后按体积比（1:4）分别取连上抗原的磁珠和被修饰好的纳米金溶液，在室温下孵育30min，磁分离，去上清，用PBS（pH，7.4）重悬至20ul，最后取5ul的上述重悬溶液滴在石墨烯表面，通过外界磁场将磁珠固定在石墨烯表面，吸附5分钟，吸取上清液即可；向反应腔体中加入双氧水（0.02mM），利用循环伏安法检测反应电信号（扫描电压：‐200mv～800mv，扫描速率：100mv/s）。检测不同浓度的抗原以及其峰值拟合直线如图2和图3所示。特异性曲线示意图如图4所示。

[0114] 实施例2

[0115] （1）制备被检测蛋白和HRP包被的纳米金颗粒（直径19nm）：首先按照Yu等人(Yu et al.,2012)制备胶体金的方法，合成出直径为20nm的纳米金颗粒，然后取200ul制备‐10好的纳米金胶体溶液（直径20nm，6.8×10 mol/L），加入2ul的K2CO3（wt.0.1%）调节其pH=9.2，然后加入0.9ul（1.1mg/ml）的CEA抗原和0.9ul（1.1mg/ml）HRP，室温下静置半小时，离心（9000rmp，50min），去上清，用PBS（pH7.0）重悬，加入BSA（0.5%），2‐8℃保存。

[0116] （2）制备被捕获蛋白包被的磁珠：

[0117] 取50ul，10mg/ml的羧基化磁珠（Invitrogen,Cat.no.650.11/12），用等体积的MES（25mM，pH6.0）清洗两遍，每遍10分钟，磁分离，去上清；依次加入新鲜配制的60ul EDC（40mg/ml）和60ul NHS（40mg/ml）均用冷的MES，25mM，pH6.0配制，放入分子杂交仪孵育半小时（24℃），活化磁珠表面，磁分离，去上清，用MES（25mM，pH6.0）清洗两次，磁分离，去上清；取8ul CEA抗体以MES（25mM，pH6.0）溶解，总体积50ul，加入已活化的磁珠，用MES（25mM，pH6.0）定容至100ul；室温孵育33min，磁分离，去上清；将磁珠和Tris（pH7，50mM）室温孵育33min，磁分离，取上清，用100ul的PBS（pH7.4）清洗四次，加入50ul的PBS（pH7.4，含0.5%，BSA）重悬磁珠，2‐8℃保存。

[0118] （3）制备石墨烯/磁珠‐捕获抗体/检测抗原‐纳米金颗粒‐HRP电极：

[0119] 首先将待测CEA抗原（10ul）与被捕获抗体包被好的磁珠溶液（5ul）放在室温下孵育33min，磁分离，用PBS（pH，7.4）清洗3次；然后按体积比（1:4）分别取连上CEA抗原的磁珠和被修饰好的纳米金溶液，在室温下孵育33min，磁分离，去上清，用PBS（pH，7.0）重悬至20ul，最后取5ul的上述重悬溶液滴在石墨烯表面，通过外界磁场将磁珠固定在石墨烯表面，吸附5分钟，吸取上清液即可；向反应腔体中加入双氧水（0.03mM），利用循环伏安法检测反应电信号（扫描电压：‐200mv～800mv，扫描速率：100mv/s）。检测不同浓度的抗原，抗原浓度与信号强度成反比，检测效果符合预期。

[0120] 实施例3

[0121] （1）制备被检测蛋白和HRP包被的纳米金颗粒（直径21nm）：

[0122] 首先按照Yu等人(Yu et al.,2012)制备胶体金的方法，合成出直径为20nm的纳‐8米金颗粒，然后取200ul制备好的纳米金胶体溶液（直径20nm，6.8×10 mol/L），加入2ul的K2CO3（wt.0.1%）调节其pH=8.6，然后加入1.1ul（0.9mg/ml）的鼠抗人Igg抗体和1.1ul（0.9mg/ml）HRP，室温下静置半小时，离心（9000rmp，50min），去上清，用PBS（pH7.8）重悬，加入BSA（0.1%），2‐8℃保存。

[0123] （2）制备被捕获蛋白包被的磁珠：

[0124] 取50ul，10mg/ml的羧基化磁珠（Invitrogen,Cat.no.650.11/12），用等体积的MES（25mM，pH6.0）清洗两遍，每遍10分钟，磁分离，去上清；依次加入新鲜配制的40ul EDC（60mg/ml）和40ul NHS（60mg/ml）均用冷的MES，25mM，pH6.0配制，放入分子杂交仪孵育半小时（24℃），活化磁珠表面，磁分离，去上清，用MES（25mM，pH6.0）清洗两次，磁分离，去上清；取10ul,0.1mg/ml CEA抗原以MES（25mM，pH6.0）溶解，总体积60ul，加入已活化的磁珠，用MES（25mM，pH6.0）定容至100ul；室温孵育27min，磁分离，去上清；将磁珠和Tris（pH7，50mM）室温孵育27min，磁分离，取上清，用100ul的PBS（pH7.4）清洗四次，加入50ul的PBS（pH7.4，含0.5%，BSA）重悬磁珠，2‐8℃保存。

[0125] （3）制备石墨烯/磁珠‐捕获抗原/抗体/检测抗体‐纳米金颗粒‐HRP电极：

[0126] 首先将待测CEA抗原（10ul）与被捕获抗原包被好的磁珠溶液（5ul）放在室温下孵育27min，磁分离，用PBS（pH，7.4）清洗3次；然后按体积比（1:5）分别取连上抗体的磁珠和被修饰好的纳米金溶液，在室温下孵育27min，磁分离，去上清，用PBS（pH，7.8）重悬至20ul，最后取5ul的上述重悬溶液滴在石墨烯表面，通过外界磁场将磁珠固定在石墨烯表面，吸附5分钟，吸取上清液即可；向反应腔体中加入双氧水（0.01mM），利用循环伏安法检测反应电信号（扫描电压：‐200mv～800mv，扫描速率：100mv/s）。检测不同浓度的抗体，抗体浓度与信号强度成正比，检测效果符合预期。

[0127] 综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0128] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。