[发明专利]一种L-半胱氨酸自供能生物传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种L‑半胱氨酸（L‑Cys）自供能生物传感器的制备方法，该方法成功将酶生物燃料电池（EBFC）和碳布电极结合起来，利用EBFC输出电信号的变化实现L‑半胱氨酸的检测。自供能生物传感的设计主要集中于EBFC的阳极，富含胞嘧啶（C）的适配体修饰于阳极表面，当Ag⁺存在时，适配体中的C‑C碱基对能够选择性捕获Ag⁺形成稳定的DNA双链，将修饰葡萄糖氧化酶的共轭体固定在阳极表面，开路电压增大。当目标物L‑Cys存在时，L‑Cys与Ag⁺形成不溶性的硫醇盐，部分共轭体脱落，信号降低。开路电压值与L‑Cys浓度呈负相关，从而实现L‑Cys的检测。该传感器检测过程中无需外加电源、成本低廉、仪器简单、易于实现小型化。

技术领域

本发明涉及一种L-半胱氨酸（L-Cys）自供能生物传感器的制备方法，设计一种基于酶生物燃料电池的自供能生物传感器的制备及其超灵敏检测L-Cys。

背景技术

酶生物燃料电池（EBFC）也称为生物电化学燃料电池，是将电化学能量转换效率与生物催化效率结合的混合系统，可以将化学能直接转化为电能。基于EBFC的自供能生物传感器，是一类将电池输出信号作为分析检测信号的传感器，该传感器信号与被检测分析物的浓度成比例关系。与传统的传感器相比，自供能生物传感器在检测过程中无需外加电源，其具体优点主要表现在：（1）抗干扰能力强。测试体系没有施加额外的电源，能有效避免易发生氧化还原的电活性物质在电极表面发生反应，从而提高了传感器的抗干扰能力；（2）仪器设备简单。检测过程不同于传统的电化学检测三电极体系，自供能生物传感器仅需两根电极，即EBFC的阴阳两极，即可实现检测；（3）实现简单、快速、实时检测。检测过程中可以摒弃昂贵复杂的电化学工作站和放大器，是植入式和便携式生物医疗设备的能量发生器。信号可以用简易电压表检测，能实现实时监测。

L-半胱氨酸（L-Cys）是天然蛋白质中一种重要的氨基酸，对维持生物系统的正常功能也至关重要，许多疾病与L-Cys的异常表达水平有关，如皮肤病变、老年痴呆症、肝肝功能损害、嗜睡、肌肉和脂肪的损失、生长缓慢和心血管疾病等。因此，建立简单、快速、准确、灵敏的L-Cys检测方法在生理和临床诊断领域具有重要意义。最常用检测L-Cys的方法主要有：原子吸收光谱法、高效液相色谱法、时间分辨光致发光光谱法、毛细管电泳法。虽然检测方法较多，但或灵敏度不够；或操作繁琐；或依赖大型仪器、分析成本高昂，难以满足准确、简单、快速、高灵敏的检测需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于EBFC的自供能生物传感器的制备方法，实现L-Cys的超高灵敏、高选择性检测，有助于监测L-Cys的异常表达。

本发明的目的是这样实现的：

一种L-半胱氨酸自供能生物传感器的制备方法，基于超薄多孔碳壳/金纳米颗粒复合物（UPCS/AuNPs）和碳布构建自供能生物传感器的阴极和阳极；

所述阳极的组装步骤如下：步骤1.将30~50 μL UPCS/AuNPs滴涂在碳布电极表面（1×1 cm²），37 ℃干燥2~4 h后，将其浸在5~10 mg/mL EDC/NHS溶液中0.5~1 h，超纯水冲洗后涂滴上50~100 μL 1~5 mMDNA1，室温下放置12 h，加入20~50 μL浓度为1、5 mM的六巯基己醇（MCH）反应0.5~1 h，离心去除过量的MCH；

步骤2. 当0.2 μM~20 μM Ag⁺存在时，将20~50 μL DNA2-GOD共轭体N-GR/AuNPs溶液滴涂于步骤1制得的电极表面，在37 ℃反应1~2 h，适配体中的C-C碱基选择性捕获Ag⁺，将修饰葡萄糖氧化酶的共轭体固定在电极表面，制得生物阳极。

所述的DNA2-GOD共轭体N-GR/AuNPs的制备方法，其包括以下步骤：