一种新型不依赖氧的光电阴极酶生物分析体系

摘要

本发明公开了一种新型不依赖氧的光电阴极酶生物分析体系。根据光电中半导体材料In2S3/BiOI复合形成异质结从而增强体系光电流信号，并且BiOI的导带电位比O2/O2‑更正，不与生物酶体系竞争性耗氧，是具有独特的无赖氧性光电极体系，是半导体复合材料和生物酶双催化类型体系来达到对肌氨酸的超灵敏性检测。鉴于酶种类的多样性，这种不依赖于O2的光电生物分析可以很容易地扩展到许多其他感兴趣的目标的检测。

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，更具体地说是一种新型不依赖氧的光电阴极酶生物分析体系。

背景技术

在光的照射下，光被金属或半导体电极材料吸收，或被电极附近溶液中的反应剂吸收，造成能量积累或促使电极反应发生，体现为光能与电能和化学能的转换，例如光电子发射；光电化学电池的光电转化；电化学发光等。光电合成的发展面甚广，生命的起源有可能是由天然的光电合成而产生的。利用光电化学原理可以富集稀有金属和贵金属，又可以记录和保存信息，还可用简单的方法随时消去信息，都是发展科学技术所必需的手段。有效净化工业废水是解决水资源日益减少问题的迫切需要。近年来，半导体光催化技术作为一种环境友好的、可持续的废水处理技术在废水处理领域显示出巨大的发展潜力。

纳米复合材料是指由两种或两种以上物理化学性质截然不同的组分构成的纳米颗粒体系，各成分间具有相互接触的界面。由于复合材料在纳米体系中集成了性能差异明显的不同组分，并且在纳米尺度上各组分之间产生强相互耦合作用，因此复合结构纳米材料不仅具有明显增强的本征性能，而且还表现出许多新奇特性，突破了单一组分材料性能的局限，在新功能材料的研发、新能源的有效利用、环境保护与污染处理、生化医药等重要领域均表现出优异的应用前景。

肌氨酸(n -甲基甘氨酸)，一种天然氨基酸，已经在肌肉和其他身体组织中被发现。它是甘氨酸代谢的中间副产物。肌氨酸由甘氨酸经甘氨酸-甲基转移酶生成，再经肌氨酸脱氢酶降解为甘氨酸。它也被自然地发现，作为胆碱代谢甘氨酸的中间产物。正常情况下，血液中肌氨酸的水平是1.4 ± 0.6 μM。此前，肌氨酸被认为与精神疾病和精神分裂症有关。肌氨酸血症是一种先天性肌氨酸代谢错误，由于缺乏叶酸而发生，而叶酸是肌氨酸转化为甘氨酸所必需的。最近发现肌氨酸可激活前列腺癌细胞，因此在尿液和血液中发现肌氨酸提示前列腺癌细胞的恶性。虽然组织中肌氨酸水平的升高已被确定为前列腺癌进展到转移的一个生物标志物，但还没有在血液和尿液中检测到它。

发明内容

本发明提供了通过一种新型不依赖氧的光电阴极酶生物分析体系，该方法可以在绝大多数实验室中轻易实现而不需要复杂繁琐的大型设备支持。具体制备方案如下：

(1) 制备In2S3：将2-4 mmol In(NO3)3·5H2O和11-13 mmol硫脲溶于60-80 mL蒸馏水中，搅拌20-40 min，直到混合物均匀，将得到的混合物转移到两个50 mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，在160-170 ℃下保持20-24 h，将反应釜自然冷却至室温后，过滤收集粉红色沉淀，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，在60-70 ℃下干燥10-12 h，最后用玛瑙研钵研磨In2S3粉；

(2)复合BiOI：将之前制备的材料取0.1-0.2 g分散在含0.1-0.15 g Bi(NO3)3·5H2O的无水乙醇50-70 mL中，搅拌1-2 h，然后将0.04-0.05g KI加入到前一悬浮液中，搅拌2-3 h，然后将悬浮液转移到100 mL有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，100-120 ℃保存5-7 h，冷却后用去离子水和无水乙醇彻底清洗几次，最后在80 ℃真空中干燥12 h，得到样品。制备8-10 mg/mL溶液滴涂在电极上后60 ℃烘干；

(3) SOx修饰电极：将电极浸入0.1-0.2 mg/ mL的SOx溶液中20-30 min，将SOx生物偶联到电极上，然后用超纯水仔细清洗电极，在电极上修饰SOx单层；

(4) 验证此电极体系对氧气的低依赖性：不同浓度肌氨酸（2、4、6、8、10 mM）加入电解液中，随着肌氨酸浓度的增加，光电流呈稳定下降趋势。在410 nm光激发下在0.01 M的Tris-HCl溶液中吹扫氮气以去除氧气(pH = 7.4)，光电流响应随氮气吹扫时间的增加而逐渐减小，说明制备的电极具有氧敏性。然后在饱和空气Tris-HCl溶液(pH 7.4)含有不同浓度的H2O2(0、0.1、0.5、1mM)，验证此电极体系对氧气的低依赖性。

本发明的有益效果：

（1）本发明试剂价格低、实验过程及测试操作简单，反应条件温和容易控制；

（2）相对于赖氧光电极来说，In2S3/BiOI复合纳米材料体系由于BiOI的导带电位比O

（3）本体系半导体复合材料和生物酶双催化体系超灵敏性检测肌氨酸。

下面对本发明的详细实施例进行说明：一种新型不依赖氧的光电阴极酶生物分析体系。

实施例1

(1) 制备In2S3：将3 mmol In(NO3)3·5H2O和12 mmol硫脲溶于70 mL蒸馏水中，搅拌30 min，直到混合物均匀，将得到的混合物转移到两个50 mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜，在180 ℃下保持24 h，将反应釜自然冷却至室温后，过滤收集粉红色沉淀，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，在65 ℃下干燥12 h，最后用玛瑙研钵研磨In2S3粉；

(2)复合BiOI：将之前制备的材料取0.1 g分散在含0.1250 g Bi(NO3)3·5H2O的无水乙醇60 mL中，搅拌1 h，然后将0.0424 g KI加入到前一悬浮液中，搅拌2 h，然后将悬浮液转移到100 mL有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，110℃保存6 h，冷却后用去离子水和无水乙醇彻底清洗几次，最后在80 ℃真空中干燥12 h，得到样品。制备10 mg/mL溶液滴涂在电极上后60 ℃烘干；

(3) SOx修饰电极：将电极浸入0.1 mg/ mL的SOx溶液中30 min，将SOx生物偶联到电极上，然后用超纯水仔细清洗电极，在电极上修饰SOx单层；

(4) 验证此电极体系对氧气的低依赖性：不同浓度肌氨酸（2、4、6、8、10 mM）加入电解液中，随着肌氨酸浓度的增加，光电流呈稳定下降趋势。在410 nm光激发下在0.01 M的Tris-HCl溶液中吹扫氮气以去除氧气(pH = 7.4)，光电流响应随氮气吹扫时间的增加而逐渐减小，说明制备的电极具有氧敏性。然后在饱和空气Tris-HCl溶液(pH 7.4)含有不同浓度的H2O2(0、0.1、0.5、1mM)，验证此电极体系对氧气的低依赖性。