泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法

摘要

本发明涉及基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法。传统的光电化学电极多采用ITO或者FTO玻璃电极，光敏材料在这种电极在上修饰时容易团聚，造成光电响应的减弱。本发明依托结构鲜明的泡沫镍作为支撑电极，将Eu掺杂的Co3O4原位生长在泡沫镍上，获得了形貌姣好的连续排列的针状结构，消除了材料团聚的可能，同时用连续离子层吸附的方式将CuS修饰在泡沫镍电极的表面，针状的Eu:Co3O4为CuS的吸附提供了大量的附载位点，提高了阴极光电流的响应。同时，本发明采用浸泡的方式构建防污界面，操作过程简单，简化了电极的修饰步骤，防污的界面消除了干扰物质的干扰，实现了传感器的灵敏检测，对乳腺癌DNA的检测限达到0.3 fM。

权利要求

1.基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）Eu:Co3O4‑泡沫镍的制备

分别取0.3   0.6 g的六水合硝酸钴，0.1   0.3 g的氟化铵，0.4   0.5 g的尿素和~ ~ ~

0.05   0.1 g的六水合硝酸铕共同溶解于30   60 mL的超纯水中，在室温下持续搅拌均~ ~匀；同时，将泡沫镍在1   3 M的盐酸溶液中进行超声处理30 min后，用超纯水清洗，烘干；

~

将处理好的泡沫镍倾斜放入50 mL大小的高压反应釜中，倒入上述混合好的溶液，在100   ~

150  °C下进行水热反应8   15 h，反应结束后，用超纯水冲洗泡沫镍，在空气中自然晾干；

~

最后，将反应之后的泡沫镍在200   300  °C下煅烧1   5 h，煅烧结束后，得到Eu掺杂的~ ~Co3O4‑泡沫镍复合材料；

（2）Eu:Co3O4‑泡沫镍‑CuS的制备取0.01   0.05 g的三水合硝酸铜溶解于10   50 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，~ ~此溶液作为溶液A；取0.01   0.05 g的九水合硫化钠溶解于10   50 mL的无水乙醇中，室~ ~温下搅拌均匀，此溶液作为溶液B；将已经合成好的Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液A中，持续浸泡

1 ~ 2 min后，将Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液B中，持续浸泡1 ~ 2 min，将浸泡后的泡沫镍用无水乙醇小心冲洗后晾干，此浸泡过程为一个循环，重复此循环2   5次，得到CuS修饰的~Eu:Co3O4‑泡沫镍电极；

（3）PBS缓冲溶液的配置

取11.94 g十二水合磷酸氢二钠定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为甲液；取4.54 g磷酸二氢钾定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为乙液；将甲液和乙液按比例混合，配置成一系列pH在5.0   8.0的PBS缓冲~溶液；

（4）光电化学传感器的制备

1）将所获得的CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极浸泡在用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的浓度为0.5   2 mg/mL的氨基化聚乙二醇溶液中，持续浸泡1 h，之后用PBS缓冲溶液清洗电~极；

2）将步骤1）获得的电极浸泡在含有1   5 mg/mL的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙级)碳二~亚胺盐酸盐和5   10 mg/mL的N‑羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶~液清洗电极；

3）将步骤2）获得的电极继续浸泡在用PBS缓冲溶液配制的0.001 pM   50 nM的乳腺癌~DNA溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极，制得一种检测乳腺癌DNA免疫传感器。

说明书

泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制

备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法。具体是采用泡沫镍作为支撑电极，将Eu掺杂的Co3O4光电阴极材料直接生在的泡沫镍上，其次采用离子层吸附的方式将CuS修饰于针状排列的Eu:Co3O4上，利用浸泡的修饰过程构建防污界面，制备了一种检测乳腺癌DNA的光电阴极免疫传感器，属于新型功能材料与生物传感检测技术领域。

背景技术

[0002] 乳腺癌已成为当前社会的重大公共卫生问题，全球乳腺癌发病率自20世纪70年代末开始一直呈上升趋势，中国不是乳腺癌的高发国家，但不宜乐观，近年我国乳腺癌发病率的增长速度却高出高发国家1～2个百分点。乳腺并不是维持人体生命活动的重要器官，原位乳腺癌并不致命，但由于乳腺癌细胞丧失了正常细胞的特性，细胞之间连接松散，容易脱落。癌细胞一旦脱落，游离的癌细胞可以随血液或淋巴液播散全身，形成转移，危及生命，目前乳腺癌已成为威胁女性身心健康的常见肿瘤。早期乳腺癌往往不具备典型的症状和体征，不易引起重视，常通过体检或乳腺癌筛查才会发现。因此，建立一种简单、快速的检测乳腺癌标志物的分析方法十分必要。目前，对于乳腺癌检测的电化学方法有很多，比如最常用的成像方式（林琳,李韬,邓方阁.红外热成像技术在乳腺癌检测中的应用进展[J]. 中国医学物理学杂志, 2018(6)），酶联免疫法，化学发光法等。但这些方法往往存在检测速度慢，操作复杂等缺点。本发明设计了一种新型的光电阴极传感器，其分析速度快，操作简单，检测限低，本发明设计的光电阴极传感器对乳腺癌DNA的检测限达到0.3 fM。

[0003] Co3O4是一种典型的p型半导体光敏材料，其制备简单，在可见光条件下，具有光活性。对于Co3O4的合成最常用的是水热合成法，合成纳米颗粒结构，或是利用模板合成尺寸较大的立方块或花状结构。尺寸较大或是修饰过程中的团聚现象均会影响光电响应，为解决这些问题，本发明采用泡沫镍作为支撑电极，泡沫镍本身具有优异的导电性能，利用泡沫镍做支撑，将Co3O4直接生在在泡沫镍骨架上，获得了有序排列的纳米针状结构，同时解决了材料的团聚问题，更加有利于发挥Co3O4的光敏活性，在合成的过程中将Eu离子掺入，合成Eu:Co3O4，改善了纯Co3O4的带隙缺陷，提高了光电响应。其次，采用连续离子层吸附的方式将CuS修饰于Eu:Co3O4‑泡沫镍上，进一步提高了电极的光电流，促进了传感器构建的稳定性。
在传感器的构建过程中采用浸泡的方式构建防污界面，简化了操作步骤，防污界面的构建有效阻断了其他干扰物质的干扰，有利于传感器的灵敏检测。

[0004] 光电化学传感器是基于物质的光电转换特性来确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法具有设备简单、灵敏度高、易于微型化的特点，已经发展成为一种极具应用潜力的分析方法，在食品、环境、医药等领域具有广阔的应用前景。泡沫镍支撑的工作电极在光电化学传感器方面的应用未见报道。本发明基于泡沫镍支撑的Eu:Co3O4‑CuS光电阴极材料成功构建了在可见光下检测乳腺癌DNA的光电化学防污界面传感器。该传感器以泡沫镍支撑的Eu:Co3O4‑CuS光电阴极材料作为基础光敏材料，同时作为工作电极，采用浸泡的方式构实现污界面实现传感器的构建，实现了对乳腺癌DNA的高灵敏，抗干扰检测。本发明制备的光电引进传感器，具有低成本、高灵敏、快速检测、易于制备等优点，实现了在可见光区域对乳腺癌DNA的快速、高灵敏检测，有效克服了目前乳腺癌DNA检测方法的不足。

发明内容

[0005] 本发明目的之一是采用泡沫镍作为工作电极，将光敏材料直接生长在泡沫镍上，以实现材料形貌的优化以及防止材料的团聚。

[0006] 本发明目的之二是将Eu掺杂的Co3O4原位生长在泡沫镍上，获得连续排列的针状结构，并且经过Eu的掺杂后，改善了Co3O4的光电响应。

[0007] 本发明目的之三是采用连续离子层吸附的方式将CuS附载在Eu:Co3O4上，针状的Eu:Co3O4为CuS的附载提供了大量的位点，进一步提高了阴极光电响应。

[0008] 本发明目的之四是利用浸泡的方式构建防污界面进行传感器的修饰，简化了修饰过程的步骤，防污的界面也阻断了其他干扰物质的干扰，提高了传感器的灵敏度。

[0009] 本发明目的之五是以泡沫镍支撑的CuS修饰的Eu:Co3O4作为工作电极，采用浸泡的方式构建防污界面，制备一种抗干扰、灵敏度高、检测速度快的光电阴极传感器，实现了在可见光条件下对乳腺癌DNA的灵敏检测。

[0010] 本发明的技术方案如下：

[0011] 1、基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0012] （1）Eu:Co3O4‑泡沫镍的制备

[0013] 分别取0.3   0.6 g的六水合硝酸钴，0.1   0.3 g的氟化铵，0.4   0.5 g的尿素~ ~ ~和0.05   0.1 g的六水合硝酸铕共同溶解于30   60 mL的超纯水中，在室温下持续搅拌均~ ~
匀；同时，将泡沫镍在1   3 M的盐酸溶液中进行超声处理30 min后，用超纯水清洗，烘干；
~
将处理好的泡沫镍倾斜放入50 mL大小的高压反应釜中，倒入上述混合好的溶液，在100   ~
150  °C下进行水热反应8   15 h，反应结束后，用超纯水冲洗泡沫镍，在空气中自然晾干；
~
最后，将反应之后的泡沫镍在200   300  °C下煅烧1   5 h，煅烧结束后，得到Eu掺杂的~ ~
Co3O4‑泡沫镍复合材料；

[0014] （2）Eu:Co3O4‑泡沫镍‑CuS的制备

[0015] 取0.01   0.05 g的三水合硝酸铜溶解于10   50 mL的无水乙醇中，室温下搅拌~ ~均匀，此溶液作为溶液A；取0.01   0.05 g的九水合硫化钠溶解于10   50 mL的无水乙醇~ ~
中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液B；将已经合成好的Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液A中，持续浸泡1 ~ 2 min后，将Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液B中，持续浸泡1 ~ 2 min，将浸泡后的泡沫镍用无水乙醇小心冲洗后晾干，此浸泡过程为一个循环，重复此循环2   5次，得到CuS修~
饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极；

[0016] （3）PBS缓冲溶液的配置

[0017] 取11.94 g十二水合磷酸氢二钠定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为甲液；取4.54 g磷酸二氢钾定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为乙液；将甲液和乙液按比例混合，配置成一系列pH在5.0   8.0的~
PBS缓冲溶液；

[0018] （4）光电化学传感器的制备

[0019] 1）将所获得的CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极浸泡在用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的浓度为0.5   2 mg/mL的氨基化聚乙二醇溶液中，持续浸泡1 h，之后用PBS缓冲溶液清~洗电极；

[0020] 2）将步骤1）获得的电极浸泡在含有1   5 mg/mL的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙级)~碳二亚胺盐酸盐和5   10 mg/mL的N‑羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓~
冲溶液清洗电极；

[0021] 3）将步骤2）获得的电极继续浸泡在用PBS缓冲溶液配制的0.001 pM   50 nM的乳~腺癌DNA溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极，制得一种检测乳腺癌DNA免疫传感器。

[0022] 本传感器对乳腺癌DNA的检测线性范围为0.001 pM ‑ 50 nM，检测限达0.3 fM。

[0023] 材料合成所需要的化学试剂均为试剂店购得，没有经过再处理。

[0024] 本发明的有益成果

[0025] （1）本发明利用泡沫镍作为支撑电极，成功将Eu掺杂的Co3O4纳米针状阵列生长在泡沫镍上，利用泡沫镍，优化了光敏材料的结构，降低了材料的团聚，Eu的掺杂改善了Co3O4的光电响应。

[0026] （2）采用连续离子层吸附的方式将CuS修饰于Eu:Co3O4上，针状的阵列结构为CuS的附载提供了大的比表面积，经过修饰之后，阴极光电流进一步提高。

[0027] （3）利用浸泡的方式进行传感器的构建，所构建的防污界面能够有效阻断其他干扰物的干扰，此外防污界面的构建简化了传感器的构建步骤，操作更加简单。

[0028] （4）本发明制备的光电化学传感器，用于乳腺癌DNA的检测，操作简单，检测速度快，检测限低，可实现简单、快捷、高灵敏和特异性的检测。本发明对乳腺癌DNA的检测线性范围为0.001 pM ‑ 50 nM，检测限达0.3 fM。

[0029] 具体实施方案

[0030] 实施例1 光电化学传感器的制备

[0031] 1、基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0032] （1）Eu:Co3O4‑泡沫镍的制备

[0033] 分别取0.3 g的六水合硝酸钴，0.1 g的氟化铵，0.4 g的尿素和0.05 g的六水合硝酸铕共同溶解于30 mL的超纯水中，在室温下持续搅拌均匀；同时，将泡沫镍在1 M的盐酸溶液中进行超声处理30 min后，用超纯水清洗，烘干；将处理好的泡沫镍倾斜放入50 mL大小的高压反应釜中，倒入上述混合好的溶液，在100 °C下进行水热反应8 h，反应结束后，用超纯水冲洗泡沫镍，在空气中自然晾干；最后，将反应之后的泡沫镍在200 °C下煅烧1 h，煅烧结束后，得到Eu掺杂的Co3O4‑泡沫镍复合材料；

[0034] （2）Eu:Co3O4‑泡沫镍‑CuS的制备

[0035] 取0.01 g的三水合硝酸铜溶解于10 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液A；取0.01 g的九水合硫化钠溶解于10 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液B；将已经合成好的Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液A中，持续浸泡1 min后，将Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液B中，持续浸泡1 min，将浸泡后的泡沫镍用无水乙醇小心冲洗后晾干，此浸泡过程为一个循环，重复此循环2次，得到CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极；

[0036] （3）PBS缓冲溶液的配置

[0037] 取11.94 g十二水合磷酸氢二钠定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为甲液；取4.54 g磷酸二氢钾定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为乙液；将甲液和乙液按比例混合，配置成一系列pH在5.0   8.0的~
PBS缓冲溶液；

[0038] （4）光电化学传感器的制备

[0039] 1）将所获得的CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极浸泡在用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的浓度为0.5 mg/mL的氨基化聚乙二醇溶液中，持续浸泡1 h，之后用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0040] 2）将步骤1）获得的电极浸泡在含有1 mg/mL的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和5 mg/mL的N‑羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0041] 3）将步骤2）获得的电极继续浸泡在用PBS缓冲溶液配制的0.001 pM   50 nM的乳~腺癌DNA溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极，制得一种检测乳腺癌DNA免疫传感器传感器。

[0042] 实施例2 光电化学传感器的制备

[0043] 1、基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0044] （1）Eu:Co3O4‑泡沫镍的制备

[0045] 分别取0.5 g的六水合硝酸钴，0.15 g的氟化铵，0.45 g的尿素和0.08 g的六水合硝酸铕共同溶解于40 mL的超纯水中，在室温下持续搅拌均匀；同时，将泡沫镍在2 M的盐酸溶液中进行超声处理30 min后，用超纯水清洗，烘干；将处理好的泡沫镍倾斜放入50 mL大小的高压反应釜中，倒入上述混合好的溶液，在120 °C下进行水热反应10 h，反应结束后，用超纯水冲洗泡沫镍，在空气中自然晾干；最后，将反应之后的泡沫镍在250 °C下煅烧3 h，煅烧结束后，得到Eu掺杂的Co3O4‑泡沫镍复合材料；

[0046] （2）Eu:Co3O4‑泡沫镍‑CuS的制备

[0047] 取0.04 g的三水合硝酸铜溶解于35 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液A；取0.04 g的九水合硫化钠溶解于25 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液B；将已经合成好的Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液A中，持续浸泡1 min后，将Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液B中，持续浸泡1 min，将浸泡后的泡沫镍用无水乙醇小心冲洗后晾干，此浸泡过程为一个循环，重复此循环3次，得到CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极；

[0048] （3）PBS缓冲溶液的配置

[0049] 取11.94 g十二水合磷酸氢二钠定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为甲液；取4.54 g磷酸二氢钾定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为乙液；将甲液和乙液按比例混合，配置成一系列pH在5.0   8.0的~
PBS缓冲溶液；

[0050] （4）光电化学传感器的制备

[0051] 1）将所获得的CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极浸泡在用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的浓度为1 mg/mL的氨基化聚乙二醇溶液中，持续浸泡1 h，之后用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0052] 2）将步骤1）获得的电极浸泡在含有2 mg/mL的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和5 mg/mL的N‑羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0053] 3）将步骤2）获得的电极继续浸泡在用PBS缓冲溶液配制的0.001 pM   50 nM的乳~腺癌DNA溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极，制得一种检测乳腺癌DNA免疫传感器。

[0054] 实施例3 光电化学传感器的制备

[0055] 1、基于泡沫镍支撑的光电阴极材料检测乳腺癌DNA免疫传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0056] （1）Eu:Co3O4‑泡沫镍的制备

[0057] 分别取0.6 g的六水合硝酸钴，0.3 g的氟化铵，0.5 g的尿素和0.1 g的六水合硝酸铕共同溶解于60 mL的超纯水中，在室温下持续搅拌均匀；同时，将泡沫镍在3 M的盐酸溶液中进行超声处理30 min后，用超纯水清洗，烘干；将处理好的泡沫镍倾斜放入50 mL大小的高压反应釜中，倒入上述混合好的溶液，在150  °C下进行水热反应15 h，反应结束后，用超纯水冲洗泡沫镍，在空气中自然晾干；最后，将反应之后的泡沫镍在300 °C下煅烧5 h，煅烧结束后，得到Eu掺杂的Co3O4‑泡沫镍复合材料；

[0058] （2）Eu:Co3O4‑泡沫镍‑CuS的制备

[0059] 取0.05 g的三水合硝酸铜溶解于50 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液A；取0.05 g的九水合硫化钠溶解于50 mL的无水乙醇中，室温下搅拌均匀，此溶液作为溶液B；将已经合成好的Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液A中，持续浸泡2 min后，将Eu:Co3O4‑泡沫镍浸入溶液B中，持续浸泡2 min，将浸泡后的泡沫镍用无水乙醇小心冲洗后晾干，此浸泡过程为一个循环，重复此循环5次，得到CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极；

[0060] （3）PBS缓冲溶液的配置

[0061] 取11.94 g十二水合磷酸氢二钠定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为甲液；取4.54 g磷酸二氢钾定容于500 mL的容量瓶中配置成浓度为1/15 mol/L的水溶液，作为乙液；将甲液和乙液按比例混合，配置成一系列pH在5.0   8.0的~
PBS缓冲溶液；

[0062] （4）光电化学传感器的制备

[0063] 1）将所获得的CuS修饰的Eu:Co3O4‑泡沫镍电极浸泡在用pH为7.4的PBS缓冲溶液配制的浓度为2 mg/mL的氨基化聚乙二醇溶液中，持续浸泡1 h，之后用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0064] 2）将步骤1）获得的电极浸泡在含有5 mg/mL的1‑乙基‑(3‑二甲基氨基丙级)碳二亚胺盐酸盐和10 mg/mL的N‑羟基琥珀酰亚胺的混合溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极；

[0065] 3）将步骤2）获得的电极继续浸泡在用PBS缓冲溶液配制的0.001 pM   50 nM的乳~腺癌DNA溶液中，浸泡1 h后，用PBS缓冲溶液清洗电极，制得一种检测乳腺癌DNA免疫传感器。