一种铂纳米笼免疫探针及其制备方法和在制备电化学免疫传感器中的应用

摘要

本发明公开了一种铂纳米笼免疫探针及其制备方法和在制备电化学免疫传感器中的应用。本发明通过将钯纳米立方体颗粒中的钯原子置换为铂原子，从而得到了一种立方体形的铂纳米笼状颗粒。本发明方法简单，且制备得到的铂纳米笼状颗粒呈立方体形，尺寸均一，实验证明，立方体形的纳米笼结构相较于球形的铂颗粒对过氧化氢具有更好的催化效果，因此其信号扩增的效果更加明显。使用该铂纳米笼状颗粒制备的免疫探针制备电化学免疫传感器信号强且稳定、重现性好，且通过标记峰电位能够区分的电信号物质实现了双靶标的同时检测。本发明的一种铂纳米笼免疫探针，以及由其制备得到的电化学免疫传感器在免疫传感领域将具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种贵金属纳米颗粒及其制备方法和在制备免疫探针中的应 用，尤其涉及一种铂纳米笼及其制备方法和在制备免疫探针及电化学免疫传感 器中的应用。

背景技术

癌症是一种致命的疾病，每年，全球范围内因癌症死亡的人数达700万人， 我国也有100万人因此失去生命。癌症患者存活的可能性，很大程度上依赖于 癌症的发现时间。癌症的早期发现和治疗，是癌症患者存活的关键。癌症标记 物是癌症发生、存在和发展的标志(MagdalenaSwierczewska,GangLiu,Seulki Lee,XiaoyuanChen,High-sensitivitynanosensorsforbiomarkerdetection,Chem. Soc.Rev.,2011,41,2641-2655.)。因此，癌症标志物的灵敏检测是癌症的早期 发现和治疗的关键因素。目前，对癌症标志物的检测有酶联免疫法、比色法、 荧光法和表面等离子共振等方法，但这些方法往往存在耗时、设备昂贵、过程 繁琐和灵敏度低等问题。综合考虑上述因素，电化学方法由于具有操作简单， 成本低、灵敏度高等特点，而成为检测癌症标志物最理想的方法之一(Aicheng Chen,SanghamitraChatterjee,Chem.Soc.Rev.,2013,42,5425-5438.)。电化学实 验是依靠检测固定在电极上的电化学物质来给出信号的。一般使用夹心型电化 学方法检测癌症标记的工作原理如下：(1)利用电活性物质来标记示踪抗体； (2)通过示踪抗体识别分析物；(3)利用电活性物质提供的信号确定固定在 电极表面的目标生物标记物的浓度。然而，目前的电化学检测主要集中在单一 的肿瘤标志物的检测，但是由于单一一种癌症标志物与癌症之间的灵敏性和特 异性很差，因此没有一种癌症标志物能成为“理想”的癌症筛查工具。与传统的单 靶标免疫分析相比，多靶标免疫分析有着分析时间短、样品体积减小、检测效 率提高、成本降低等优点，因此多靶标的同时检测对于癌症的精确诊断也具有 很重要的意义。

对于多靶标免疫分析，首要问题是如何将不同的电信号区分开来以及在此 基础上得到较大的电流。在纳米颗粒扩增电化学信号增强电流的过程中，贵金 属铂纳米颗粒由于具有良好的导电性，易于负载抗体以及对过氧化氢的催化性 质能够进一步增强电流等优点。因此在电化学免疫传感器的应用中可以作为良 好的载体。

本发明通过铂纳米笼为载体，通过先负载抗体，后连接信号物质的方式制 备出铂纳米笼免疫探针。由于铂的价格昂贵，因此纳米笼型结构能够降低了成 本，并且铂的催化性能受其形貌的影响比较大，而立方体形的纳米笼结构比球 形的铂颗粒对过氧化氢具有更好的催化效果，因此其信号扩增的效果更加明显。 由于贵金属纳米颗粒对带有氨基、巯基等功能基的电信号物质有优秀的结合能 力，因此，使用铂纳米笼连接峰电位能区分的电信号物质能够实现两种癌症标 记物甚至多种癌症标记物的同时检测。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种立方体形的铂纳米笼状颗粒及其制备方 法；

本发明的目的之二在于提供一种由所述新型铂纳米笼状颗粒制备得到的铂 纳米笼免疫探针；

本发明的目的之三在于提供一种由铂纳米笼免疫探针制备得到的电化学免 疫传感器。

本发明的的上述目的是通过以下技术手段实现的：

本发明的一种立方体形的铂纳米笼状颗粒，其特征在于通过以下方法制备 得到：

(1)将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液加热至80-120℃后，加入 氯钯酸水溶液，然后加入抗坏血酸，反应10-60min后，离心，沉淀用去离子水 清洗，然后分散在去离子水中；

(2)将步骤(1)得到的溶液和CTAB的水溶液混合，加热至80-100℃，将氯 铂酸钾水溶液加入其中，搅拌10-20小时，产物离心，沉淀去离子水清洗，即得。

在本发明中，优选的，步骤(1)所述的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 的水溶液的浓度为10-25mM，所加入的氯钯酸溶液的浓度为1-10mM，体积为 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的水溶液体积的1/20-1/30，所加入的抗坏血酸 与氯钯酸的摩尔比为1:0.1-1。

在本发明中，优选的，步骤(2)所加入的CTAB水溶液的浓度为6-25mM， 所加入的量为步骤(1)得到的溶液体积的2-5倍，所加入的氯铂酸钾水溶液的浓 度为0.1-10mM，所加入的量为步骤(1)得到的溶液体积的1/5-1/2。

在本发明中，首先通过步骤(1)得到了钯纳米立方体颗粒，然后通过步骤 (2)将钯纳米立方体颗粒中的钯原子置换为铂原子，从而得到了一种立方体形 的纳米笼结构。本发明方法简单，且制备得到的铂纳米笼状颗粒尺寸均一，实 验证明，立方体形的纳米笼结构相较于球形的铂颗粒对过氧化氢具有更好的催 化效果，因此其信号扩增的效果更加明显。因此使用该铂纳米笼制备的免疫探 针制备电化学免疫传感器信号强且稳定、重现性好，且通过标记峰电位能够区 分的电信号物质实现了双靶标的同时检测。

因此，进一步的，本发明还提出了所述的铂纳米笼状颗粒在制备铂纳米笼 免疫探针中的应用。

本发明的一种铂纳米笼免疫探针，其特征在于通过以下方法制备得到：

(1)将以上任一项所述的铂纳米笼状颗粒用磷酸缓冲液洗涤、分散；

(2)室温下，将铂纳米笼状颗粒与抗体混合，离心除去上清液；

(3)沉淀用磷酸缓冲液洗涤、分散后与电信号物质混合，离心除去上清液；

(4)沉淀用磷酸缓冲液洗涤，得到的铂纳米笼免疫探针分散到磷酸缓冲液 中，于4℃储存。

在本发明中，优选的，步骤(1)、(2)或(4)中所用磷酸缓冲液为0.1M， pH值为5.0-8.0，且含有0.1MKCl的磷酸缓冲液。

在本发明中，优选的，所述的电信号物质包括硫堇和巯基二茂铁。

进一步的，本发明还提出了所述的铂纳米笼免疫探针在制备电化学免疫传 感器中的应用，优选的，按照本发明所述的方法分别制备偶联两种或多种抗体 及峰电位能区分的两种或多种电信号物质的铂纳米笼免疫探针，将制得的两种 或多种铂纳米笼探针固定在电极的表面，得到能够同时对两种或多种标记物进 行检测的电化学免疫传感器。

在本发明的具体实施例中，作为范例，给出了一种能够同时实现对肿瘤标 志物CEA和AFP进行检测的电化学免疫传感器，其是通过以下方法制备得到：

(1)将本发明中所述的铂纳米笼状颗粒用磷酸缓冲液洗涤、分散；

(2)室温下，将铂纳米笼状颗粒分别与CEA和AFP抗体混合，离心除去上 清液；

(3)沉淀用PBS洗涤、分散后与分别与硫堇和巯基二茂铁混合，离心除去 上清液；

(4)沉淀用PBS洗涤，得到的铂纳米笼免疫探针分散到磷酸缓冲液中，制 得的铂纳米笼免疫探针于4℃储存；

(5)通过免疫反应将制得的两种铂纳米笼探针固定在电极的表面，即得。

本发明通过将立方体形的铂纳米笼状颗粒分别负载甲胎蛋白(AFP)和癌胚 抗原(CEA)的抗体后，通过分别标记巯基二茂铁和硫堇，制备了两种铂纳米 笼免疫探针，通过免疫反应将制得的两种铂纳米笼探针固定在电极的表面从而 得到了一种电化学免疫传感器，使用该电化学免疫传感器可以实现对癌胚抗原 和甲胎蛋白的同时检测，并且具有较低的检出限、较宽的检测范围和良好的重 现性。

实验证明：利用铂纳米笼电化学免疫探针同时检测不同浓度的癌胚抗原 (CEA)和甲胎蛋白(AFP)，其检测线性范围分别为0.05-200ng/mL和0.03-100 ng/mL。检出限分别为0.014ng/mL和0.010ng/mL。

因此，进一步的，本发明还提出了所述的电化学免疫传感器在制备对肿瘤 标志物CEA和AFP进行同时检测的试剂中的应用。

附图说明

图1为本发明一实施例制备的(A)钯纳米立方体颗粒的透射电镜图片，(B) 铂纳米笼状颗粒的透射电镜图片(插图为单个铂纳米笼的高分辨率透射电镜图 片)，(C)钯纳米立方体的扫描电镜图片，(D)铂纳米笼的扫描电镜图片。

图2为利用制备的铂纳米笼探针同时检测不同的CEA和AFP的方波伏安图 (A)、电流与CEA浓度对数(B)、电流与AFP浓度对数(C)的线性关系图。 从图中可以看出该免疫传感器对CEA和AFP的检测线性范围分别为0.05-200 ng/mL和0.03-100ng/mL。其检出限分别为0.014ng/mL和0.010ng/mL。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述 而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域 技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的 细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

1、铂纳米笼状颗粒的制备

(1)25mL12.5mM的CTAB水溶液搅拌、加热至95℃，5分钟后，加入 6.25mM，1mL的氯钯酸水溶液，再过5分钟，快速加入0.1M，0.1mL的抗坏 血酸，反应20分钟后，离心，沉淀用去离子水清洗后分散在25mL去离子水中， 得到含有钯纳米颗粒的溶液；透射电镜观察得到的钯纳米颗粒的形貌，如图1A 和1C所示，可以明显看出钯纳米颗粒呈现尺寸约为20nm的立方体形貌；

(2)将6mL步骤(1)的溶液和21mL10mM的CTAB混合，加热至90℃， 然后以1mL/min的速度将5mM，3mL的K₂PtCl₄加入其中，反应15小时，产 物离心，沉淀用去离子水清洗，得到含有铂纳米笼状颗粒的溶液；透射电镜观 察得到的铂纳米笼状颗粒的形貌，如图1B和1D所示，可以明显看出铂纳米笼 状颗粒呈现尺寸约为25nm的立方体形貌，其中图1B中的插图为铂纳米笼状颗 粒的高分辨率透射电镜图，从该图中可以看出铂纳米笼状颗粒的面上存在缺口。

2、利用铂纳米笼状颗粒制备免疫探针及其免疫性能实例：

2.1被检测样品：人血清

2.2方法

(1)铂纳米笼状颗粒用磷酸缓冲液(PBS)(pH7.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分 散在6mLPBS中；

(2)室温下，将1mL含有铂纳米笼状颗粒的溶液分别与100μL，1mg/mL 的CEA和AFP抗体混合，离心除去上清液；

(3)沉淀用PBS(pH7.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分散成1mL溶液后与分别与 0.5mM，1mL的硫堇和0.25Mm,1mL的巯基二茂铁常温搅拌6h，离心除去上 清液；

(4)沉淀用PBS(pH7.0,KCl0.1mol/L)洗涤，得到的铂纳米笼免疫探针分 散到1mLPBS中，制得的铂纳米笼免疫探针于4℃储存。

(5)20μL200μg·mL^-1的CEA和AFP的捕获抗体混合溶液在4℃条件下在 多孔铂修饰的玻碳电极上孵化过夜。电极表面多余的抗体用0.1M,pH＝7.3的 PBS清洗掉。然后，使用50μL,10％的牛血清白蛋白溶液封闭1小时，以消除 非特异性吸附。电极用0.1M,pH＝7.3的PBS将过量牛血清白蛋白冲洗后用人血 清在37℃下孵育超过40min。未反应的人血清使用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗 掉，在37℃下，与以1：1比例混合的两种铂纳米笼免疫探针孵育超过40分钟。

然后，免疫传感电极用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗到过量的免疫探针。免疫反应 完成后，以0.1M，pH＝6.5的的PBS为检测液，用方波伏安法检测电流响应信 号。

同时采用传统ELISA方法做平行检测试验，以说明采用本发明方法与传统 ELISA方法测定结果的符合程度。

3、结果

对血清样品的检测结果如下表1所示，：

表1

实施例2：

1、铂纳米笼状颗粒的制备

(1)25mL10mM的CTAB水溶液搅拌，加热至80℃，5分钟后，加入1mM， 1mL的氯钯酸水溶液，再过5分钟，快速加入0.1M，0.1mL的抗坏血酸，反 应60分钟后，离心、沉淀用去离子水清洗，然后分散在25mL去离子水中，， 得到含有钯纳米颗粒的溶液；

(2)10mL步骤(1)得到的溶液和21mL6mM的CTAB混合，加热至80℃， 然后以1mL/min的速度将0.1mM，3mL的K₂PtCl₄加入其中，反应20小时， 产物离心，沉淀去离子水清洗，到含有铂纳米笼状颗粒的溶液。

2、利用铂纳米笼状颗粒制备免疫探针及其免疫性能实例：

2.1被检测样品：人血清

2.2方法

(1)铂纳米笼状颗粒用PBS(pH5.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分散在10mLPBS 中；

(2)室温下，将1mL含有铂纳米笼状颗粒的溶液分别与100μL，0.5mg/mL 的CEA和AFP抗体混合，离心除去上清液；

(3)沉淀用PBS(pH5.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分散在1mLPBS后与分别与 1mM，1mL的硫堇和0.5mM，1mL的巯基二茂铁常温搅拌6h，离心除去上 清液；

(4)沉淀用PBS(pH5.0,KCl0.1mol/L)洗涤，得到的铂纳米笼免疫探针分 散到PBS中，制得的铂纳米笼免疫探针于4℃储存。

(5)20μL500μg·mL^-1的CEA和AFP的捕获抗体混合溶液在4℃条件下在 多孔铂修饰的玻碳电极上孵化过夜。电极表面多余的抗体用0.1M,pH＝7.3的 PBS清洗掉。然后，使用100μL，5％的牛血清白蛋白溶液封闭1小时，以消除 非特异性吸附。电极用0.1M,pH＝7.3的PBS将过量牛血清白蛋白冲洗后用人血 清在37℃下孵育超过40min。未反应的人血清使用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗 掉，在37℃下，与以1：1比例混合的两种铂纳米笼免疫探针孵育超过40分钟。 然后，免疫传感电极用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗到过量的免疫探针。免疫反应 完成后，以0.1M，pH＝6.5的PBS为检测液，用方波伏安法检测电流响应信号。

同时采用传统ELISA方法做平行检测试验，以说明采用本发明方法与传统 ELISA方法测定结果的符合程度。

3、结果

对血清样品的检测结果如下表2所示：

表2

实施例3：

1、铂纳米笼状颗粒的制备

(1)25mL25mM的CTAB水溶液搅拌、加热至120℃，5分钟后，加入 10mM，1mL的氯钯酸水溶液，再过5分钟，快速加入0.1M，0.1mL的抗坏 血酸，反应10分钟后，离心、去离子水清洗，后分散在25mL去离子水中，得 到含有钯纳米颗粒的溶液；

(2)10mL步骤(1)的溶液和21mL25mM的CTAB混合，加热至100℃， 然后以1mL/min的速度将10mM，3mL的K₂PtCl₄加入其中，反应10小时， 产物离心、沉淀用去离子水清洗，到含有铂纳米笼状颗粒的溶液。

2、利用铂纳米笼状颗粒制备免疫探针及其免疫性能实例：

2.1被检测样品：人血清

2.2方法

(1)铂纳米笼状颗粒用PBS(pH8.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分散在10mLPBS 中；

(2)室温下，将1mL含有铂纳米笼状颗粒的溶液分别与100μL，2mg/mL 的CEA和AFP抗体混合，离心除去上清液；

(3)沉淀用PBS(pH8.0,KCl0.1mol/L)洗涤、分散后与分别与1mL，2mM 的硫堇和1mL，1mM的巯基二茂铁常温搅拌6h，离心除去上清液；

(4)沉淀用PBS(pH8.0,KCl0.1mol/L)洗涤，得到的铂纳米笼免疫探针分 散到PBS中，制得的铂纳米笼免疫探针于4℃储存。

(5)20μL1000μg·mL^-1的CEA和AFP的捕获抗体混合溶液在4℃条件下 在多孔铂修饰的玻碳电极上孵化过夜。电极表面多余的抗体用0.1M,pH＝7.3的 PBS清洗掉。然后，使用200μL,1％的牛血清白蛋白溶液封闭1小时，以消除 非特异性吸附。电极用0.1M,pH＝7.3的PBS过量牛血清白蛋白冲洗后用人血清 在37℃下孵育超过40min。未反应的人血清使用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗掉， 在37℃下，与以1：1比例混合的两种铂纳米笼免疫探针孵育超过40分钟。然 后，免疫传感电极用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗到过量的免疫探针。免疫反应完 成后，以0.1M，pH＝6.5的的PBS为检测液，用方波伏安法检测电流响应信号。

同时采用传统ELISA方法做平行检测试验，以说明采用本发明方法与传统 ELISA方法测定结果的符合程度。

3、结果

对血清样品的检测结果如下表3所示：

表3

实施例4：本发明的铂纳米笼探针的检测线性范围及检出限的测定

1、铂纳米笼探针的制备：

按照实施例1的方法分别制备两种铂纳米笼免疫探针。

2、免疫传感器构建过程：

20μL200μg·mL^-1的CEA和AFP的捕获抗体混合溶液在4℃条件下在多 孔铂修饰的玻碳电极上孵化过夜。电极表面多余的抗体用0.1M,pH＝7.3的PBS 清洗掉。然后，使用150μL，2％的牛血清白蛋白溶液封闭1小时，以消除非特 异性吸附。电极用0.1M,pH＝7.3的PBS过量牛血清白蛋白冲洗后用浓度分别为 0.05,0.1,0.3,1,2,5,10,30,200ng·mL^-1的CEA和0.03,0.1,0.3,1,2,3,10,30, 100ng·mL^-1AFP抗原混合溶液在37℃下孵育超过40min。未反应的抗原使用 0.1M,pH＝7.3的PBS清洗掉，在37℃下，与以1：1比例混合的两种铂纳米笼 免疫探针孵育超过40分钟。然后，免疫传感电极用0.1M,pH＝7.3的PBS清洗 到过量的免疫探针。免疫反应完成后，以0.1M，pH＝6.5的的PBS为检测液， 用方波伏安法检测电流响应信号。

同时为了对比球形的铂颗粒，参考文献：ZhongjuSong,RuoYuan,YaqinChai, YingZhou,WenJiang,HuilanSu,XinChe,JingjingLi,Chem.Commun.,2010,46, 6750-6752.中的方法制备了铂球形纳米颗粒作为探针的电化学免疫传感器。

3、结果

利用本发明方法制备的立方体形铂纳米笼探针同时检测不同的CEA和AFP 的方波伏安图(A)、电流与CEA浓度对数(B)、电流与AFP浓度对数(C) 的线性关系图如图2所示。从图中可以看出该免疫传感器对CEA和AFP的检测 线性范围分别为0.05-200ng/mL和0.03-100ng/mL。其检出限分别为0.014ng/mL 和0.010ng/mL。

铂球形纳米颗粒与铂纳米笼分别做为电化学传感器探针制备的检测CEA和 AFP的免疫传感器获得的检出限和检出范围的对比结果如表4所示。

表4