一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途

摘要

本发明公开了一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途。该电阻抗传感器包括芯片基板、正极电极、负极电极以及活性生物探针。通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置上，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该电阻抗传感器、检测方法及用途提升了生物靶标物质的检测稳定性；进一步地，本发明实施例描述的一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

权利要求

1.一种生物靶标物质的电阻抗传感器，其特征在于，所述电阻抗传感器包括芯片基板、正极电极、负极电极、活性生物探针及以多孔膜；其中，所述活性生物探针包括生物探针以及戊二醛固定层，生物探针通过所述戊二醛固定层固定在正极电极和负极电极之间；所述正极电极和所述负极电极之间的距离为1mm‑10mm。

2.根据权利要求1所述的生物靶标物质的电阻抗传感器，其特征在于，所述芯片基板的材料为玻璃纤维环氧树脂覆铜板。

3.根据权利要求2所述的生物靶标物质的电阻抗传感器，其特征在于，所述正极电极和所述负极电极的材料包括金、玻碳、碳、铜。

4.根据权利要求1所述的生物靶标物质的电阻抗传感器，其特征在于，所述正极电极和所述负极电极构成丝网印刷共面式双电极芯片。

5.一种生物靶标物质的检测方法，其特征在于，所述检测方法由如权利要求1‑4任一项所述的生物靶标物质的电阻抗传感器执行，所述检测方法具体包括：获取待检测的生物样本；

通过所述活性生物探针与所述生物样本进行特异性结合，从而改变正极电极和负极电极之间的电阻抗值；

根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在生物靶标物质，并输出判断结果；

当判断认为所述生物样本包括所述生物靶标物质时，输出所述生物样本中所述生物靶标物质的浓度。

6.一种将如权利要求5所述的生物靶标物质的检测方法应用于气体中致病微生物检测的用途。

说明书

一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途

技术领域

[0001] 本发明涉及生物靶标物质的检测领域，涉及一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途。

背景技术

[0002] 生物靶标物质，即检测的目标生物物质，包括多糖、萜类、甾醇类、生物碱、肽类、核酸、蛋白质、氨基酸、甙类、油脂、蜡、树脂类、植物色素、矿物质元素、酶和维生素等。在实际应用中，生物靶标物质的检测广泛用于各类疾病或环境监测中。

[0003] 在现有技术中，常常先对待检测的靶标物质的样本进行预处理，如过滤、裂解、提纯等等，再使经处理后的样品进行检测，从而通过反应结果实现检测。

[0004] 但是，现有技术往往存在如下缺陷：1、过程复杂，检测手段便利性较低；2、作用体系复杂，使得检测稳定性较低；3、生物靶标物质检测周期较长，得到的结果不具有实时性[0005] 因此，当前需要一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途，从而克服现有技术中存在的上述缺陷。

发明内容

[0006] 针对现存的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途，从而提升生物靶标物质的检测稳定性、检测速度以及便利性。

[0007] 本发明提供了一种生物靶标物质的电阻抗传感器，所述电阻抗传感器包括芯片基板、正极电极、负极电极以及活性生物探针；其中，所述活性生物探针包括生物探针以及戊二醛固定层，所述生物探针通过所述戊二醛固定层固定在正极电极和负极电极之间。

[0008] 在一个实施例中，所述芯片基板的材料为玻璃纤维环氧树脂覆铜板。

[0009] 在一个实施例中，所述电极的材料包括金、玻碳、碳、铜。

[0010] 在一个实施例中，所述双电极间的距离为1mm‑10mm。

[0011] 在一个实施例中，所述正极电极和所述负极电极构成丝网印刷共面式双电极芯片。

[0012] 本发明还提供了一种生物靶标物质的检测方法，所述检测方法由如前所述的生物靶标物质的电阻抗传感器执行，所述检测方法具体包括：获取待检测的生物样本；通过所述活性生物探针与所述生物样本进行反应，从而改变正极电极和负极电极之间的阻抗值；根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在生物靶标物质，并输出判断结果。

[0013] 在一个实施例中，在根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在生物靶标物质，并输出判断结果之后，所述检测方法还包括：当判断认为所述生物样本包括所述生物靶标物质时，输出所述生物样本中所述生物靶标物质的浓度。

[0014] 本发明还提供了一种将如前所述的生物靶标物质的检测方法应用于气体中致病微生物检测的用途。

[0015] 相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

[0016] 本发明提供了一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途，通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极与负极电极之间的位置上，并在设置一定距离的双电极，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该电阻抗传感器、检测方法及用途提升了生物靶标物质的检测稳定性。

[0017] 进一步地，本发明提供的一种生物靶标物质的电阻抗传感器、检测方法及用途还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

附图说明

[0018] 下文将结合说明书附图对本发明进行进一步的描述说明，其中：

[0019] 图1示出了根据本发明的一种生物靶标物质的电阻抗传感器的一个实施例的总结构图；

[0020] 图2示出了根据本发明的一种生物靶标物质的检测方法的一个实施例的流程图；

[0021] 图3示出了根据本发明的一种生物靶标物质的检测方法的另一实施例的流程图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 具体实施例一

[0024] 本发明实施例首先描述了一种生物靶标物质的电阻抗传感器。图1示出了根据本发明的一种生物靶标物质的电阻抗传感器的一个实施例的结构图。

[0025] 如图所示，该电阻抗传感器包括芯片基板、正极电极、负极电极以及活性生物探针。

[0026] 在一个实施例中，该电阻抗传感器还包括多孔膜。在一个实施例中，多孔膜的材料为聚碳酸酯。多孔膜可以过滤样本中非目标的大颗粒物质，并对传感器表面进行保护，在实际应用时，将固定孔径的多孔膜覆盖在传感器表面，通过调整孔径大小将非目标的大颗粒物质进行粗过滤，选择性透过电阻抗传感器能够检测的生物靶标物质；在此基础上，多孔膜进一步还防止了传感器表面和外界的摩擦和接触，进而避免了活性生物探针的脱落。

[0027] 在一个实施例中，所述正极电极与负极电极构成丝网印刷共面式双电极芯片，丝网印刷共面式电极芯片的形态结构包为双电极结构，正负电极之间距离为1‑10mm。在一个实施例中，所述基板材料为玻璃纤维环氧树脂覆铜板。在一个实施例中，双电极的材料包括金、铂金、铜、玻碳、FTO以及ITO。

[0028] 在现有技术中，常常先对待检测的生物检测样本进行裂解和提纯处理，再使经处理后的样品与生物探针反应，从而通过反应结果实现检测，但是这样会导致检测过程十分复杂并且不稳定。对此，本发明实施例设置活性生物探针以直接探测感知生物样本中可能存在的生物靶标物质，并通过测量给定电压下的电极的电阻抗，从而判断生物样本中是否存在能够与活性生物探针对应结合的生物靶标物质，从而实现生物靶标物质的检测。

[0029] 所述活性生物探针包括生物探针以及戊二醛固定层，戊二醛固定层是指涂覆在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置(戊二醛层的高度不高于正极电极或负极电极的厚度)的戊二醛，其中所混合的链霉亲和素可与生物探针上标记的生物素通过共价键进行特异性结合，从而将若干个活性生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置。由于传感器检测原理为检测电阻抗变化，所以选择导电性较低的戊二醛，使其空白背景阻抗稳定，当所检测的生物样本存在生物靶标物质且生物靶标物质已与生物探针结合时，通过施加特定的电压即可测到增高的阻抗。为了实现检测的灵活性，使得可广泛应用于不同样本规模的检测，在一个实施例中，所述正负电极之间的距离为1mm‑10mm。

[0030] 由于本发明实施例通过测量给定电压下的电阻抗来判断生物样本中是否存在生物靶标物质，因此，本发明实施例所述的电阻抗传感器更适用于气体形式的生物样本的检测(气体形式的生物样本不含水或含水量较少，不会影响电阻抗传感器本身的导电性)，而对于液体形式的生物样本需要先进行干燥处理，再进行检测。

[0031] 本发明实施例描述了一种生物靶标物质的电阻抗传感器，通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该电阻抗传感器、方法及用途提升了生物靶标物质的检测稳定性；进一步地，本发明实施例描述的一种生物靶标物质的电阻抗传感器还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

[0032] 具体实施例二

[0033] 除上述传感器外，本发明实施例描述了一种生物靶标物质的检测方法，该检测方法是由如前所述的生物靶标物质的电阻抗传感器执行的。图2示出了根据本发明的一种生物靶标物质的检测方法的一个实施例的流程图。

[0034] 如图2所示，该方法包括如下步骤：

[0035] S1：获取待检测的生物样本。

[0036] 在现有技术中，一般气体中的生物靶标物质检测通常需要依赖于采样富集等手段，即需要事先将气体中的生物靶标物质富集在液体环境中以形成电解质溶液，再通过电化学反应进行检测。但是，这样将大大提升后续检测的不便利性。对此，本发明实施例直接采集气体样本(本文中描述为“生物样本”)并进行检测。

[0037] S2：通过所述活性生物探针与所述生物样本进行特异性结合，从而改变正极电极和负极电极之间的阻抗值。

[0038] 在获取待检测的生物样本后，为了确定该生物样本中是否存在生物靶标物质，前述的生物靶标物质的电阻抗传感器会对该生物样本进行检测，并通过判断该传感器中的生物探针是否能与生物靶标物质发生反应，从而确定该生物样本是否存在能与生物探针相结合的生物靶标物质。其中，该传感器主要通过对电极施加特定频率的电压，并检测对应电阻抗值来判断是否发生了反应。

[0039] S3：根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在生物靶标物质，并输出判断结果。

[0040] 连接电极与生物探针的材料为弱导电性材料，可通过戊二醛固态下的静电作用力稳定的与金、铂金、铜、玻碳、FTO、ITO等材料进行物理结合；当生物样本中存在生物靶标物质，且生物靶标物质与生物探针中结合，传感器表面的电阻会增加，通过给予特定的电压，并与预设的活性阻抗曲线进行比较，检测电流变化可反映电阻抗的变化，当电阻抗值上升时，则表明样本中有生物靶标物质，若无变化则表明样本中没有生物靶标物质。

[0041] 本发明实施例描述了一种生物靶标物质的电阻抗传感器，通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该电阻抗传感器、方法及用途提升了生物靶标物质的检测稳定性；进一步地，本发明实施例描述的一种生物靶标物质的电阻抗传感器还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

[0042] 具体实施例三

[0043] 更进一步地，本发明实施例还描述了一种生物靶标物质的检测方法。图3示出了根据本发明的一种生物靶标物质的检测方法的另一实施例的流程图。

[0044] 如图3所示，该检测方法包括如下步骤：

[0045] A1:获取待检测的生物样本。

[0046] 在现有技术中，一般气体中的生物靶标物质检测通常需要依赖于采样富集等手段，即需要事先将气体中的生物靶标物质富集在液体环境中以形成电解质溶液，再通过电化学反应进行检测。但是，这样将大大提升后续检测的不便利性。对此，本发明实施例直接采集气体样本(本文中描述为“生物样本”)并进行检测。

[0047] A2:通过所述活性生物探针与所述生物样本进行特异性结合，从而改变正极电极和负极电极之间的阻抗值。

[0048] 在获取待检测的生物样本后，为了确定该生物样本中是否存在生物靶标物质，前述的生物探针的电阻抗传感器会对该生物样本进行检测，并通过判断该传感器中的生物探针是否能与生物样本发生反应，从而确定该生物样本是否存在能与生物探针相结合的靶标生物物质。其中，该传感器主要通过检测到的电阻抗值来判断是否发生了反应。

[0049] A3:根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在生物靶标物质，并输出判断结果。

[0050] 连接电极与生物探针的材料为弱导电性材料，可通过戊二醛固态下的静电作用力稳定的与金、铂金、铜、玻碳、FTO、ITO等材料进行物理结合；当生物样本中存在生物靶标物质，且生物靶标物质与生物探针结合，传感器表面的电阻会增加，通过给予特定的电压，并与预设的活性阻抗曲线进行比较，检测电流变化可反映电阻抗的变化，当电阻抗值上升时，则表明样本中有生物靶标物质，若无变化则表明样本中没有生物靶标物质。

[0051] A4：当判断认为所述生物样本包括所述生物靶标物质时，输出所述生物样本中所述生物靶标物质的浓度。

[0052] 由于在生物靶标物质的浓度不同的前提下，预设的活性阻抗曲线不同，因此，还可以根据当前施加的频率以及检测到的电阻值，确定生物靶标物质的浓度。

[0053] 本发明实施例描述了一种生物靶标物质的检测方法，通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该检测方法提升了生物靶标物质的检测稳定性；进一步地，本发明实施例描述的一种生物靶标物质的检测方法还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

[0054] 具体实施例四

[0055] 除上述方法和传感器外，本发明实施例还描述了一种生物靶标物质的检测方法的用途。

[0056] 具体地，在一个实施例中，还可将如前所述的生物靶标物质的检测方法应用于气体中致病微生物检测。当在进行检测时，获取待检测的生物样本；随后，通过所述活性生物探针与所述生物样本进行反应，从而获得所述生物样本对应的电阻抗值；然后，根据所述电阻抗值与预设的活性阻抗曲线，判断所述生物样本中是否存在致病微生物，并输出判断结果；当判断认为所述生物样本包括所述致病微生物时，输出所述生物样本中所述生物靶标物质的浓度。

[0057] 可以理解的是，该检测方法可用于多种生物靶标物质的检测，包括但不限于细菌、真菌、病毒以及其他生物靶标物质。

[0058] 本发明实施例描述了一种生物靶标物质的用途，通过戊二醛固定层将生物探针固定在芯片基板上的正极电极和负极电极之间的位置，从而直接通过电阻抗变化来检测能够与生物探针相结合的生物靶标物质的存在，该用途提升了生物靶标物质的检测稳定性；进一步地，本发明实施例描述的一种生物靶标物质的用途还通过调整双电极之间的距离来提升检测的灵活性。

[0059] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。