[发明专利]一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子材料及生物医药领域，具体涉及一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒及其制备方法和应用。该核壳纳米棒，包括四氧化三铁纳米棒内核与包裹四氧化三铁纳米棒的负镍碳化层外壳。Fe‑NTA络合物与镍盐和多巴胺螯合后煅烧制备该核壳纳米棒。该核壳纳米棒具有与过氧化物酶相似的催化活性，可用于制备类过氧化物酶或过氧化酶模拟酶，还通过生物素‑亲和素系统的桥梁作用，制备将DNA信号检测转换成电学信号检测的电化学传感器，选择性高、特异型好，检测结果更直观、更易于准确统计，且更方便、省时、精度高、准确性好。

技术领域

本发明属于高分子材料及生物医药领域，具体涉及一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒及其制备方法和应用。

背景技术

痕量序列特异性DNA的灵敏、高效检测在临床诊断、食品分析、生物恐怖主义和环境监测中均具有重要意义。常用的DNA检测技术包括荧光比色检测法、分子印迹法、聚合酶链式扩增反应(PCR)和DNA微阵列，然而这些方法的应用往往受限于复杂的实验步骤、昂贵的仪器设备以及有限的灵敏度，有些方法难以对低丰度核酸样品进行高灵敏、低成本检测。

近些年来，提出了许多代替PCR技术以实现DNA灵敏检测的方法，例如荧光标记、电化学免疫传感器、有机电化学晶体管免疫传感器、表面等离子体共振和电化学发光适体传感器，使用与光学、电化学技术结合的酶、指示剂、纳米材料作为信号放大标记。这些方法中，电化学生物传感器是公认的快速、低廉、小型化的检测装置。尽管这些方法具有较高的灵敏度，但是这些方法通常需要额外的探针修饰或缀合步骤。因此，设计一种更为简单便捷、成本低廉、高灵敏、高特异性的DNA检测方法，仍是目前的研究热点。

DNA纳米自组装是通过目标-探针杂交进行信号增强的简单而有效的方法。2004年，Dirks和Pierce首次提出了具有类似PCR灵敏度的DNA检测概念：杂交链式反应(HCR)。HCR是一种无酶方法，杂交过程由引发剂(目标DNA)引发，使寡核苷酸聚合成长链的dsDNA分子。HCR是引发剂引发的反应，极大地降低了背景信号的干扰。另外，HCR可以在温和条件下进行，这些优势使HCR成为DNA传感应用中一个优先选择的方法。

本申请制备的Fe₃O₄@C-Ni是一种具有类辣根过氧化物酶活性的纳米模拟酶，在其上包被链霉亲和素(SA，Streptavidin)之后，与修饰有生物素(Biotin)的DNA紧密连接，催化TMB底物液，产生电化学信号。

因此，本申请将HCR与电化学生物检测技术相结合，通过Fe₃O₄@C-Ni实现HCR与电化学信号之间的转换，HCR增强电化学信号，提高检测灵敏度和特异性。

发明内容

本发明提供一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒，该核壳纳米棒具有类过氧化物酶活性，可催化TMB底物液发生氧化还原反应产生电化学信号；该核壳纳米棒包被链霉亲和素后，与修饰有生物素的DNA结合，基于该核壳纳米棒的类过氧化物酶活性，将DNA的定性与定量检测转换为电化学信号的定性和定量检测，使得DNA的检测无需额外的探针修饰或缀合，简单快捷，成本低廉，灵敏度高，特异性好。

本发明还提供一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒的制备方法，该方法简便易操作，成本低廉，适合工业化生产。

一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒，包括四氧化三铁纳米棒内核与包裹四氧化三铁纳米棒的负镍碳化层外壳，形成棒状核壳纳米材料。

负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒的长度为1～10μm，宽度为80～100nm。

一种负镍碳化层包覆四氧化三铁的核壳纳米棒的制备方法，步骤包括：

(1)溶有Fe-NTA络合物、镍盐、多巴胺和碱性化合物的PH＝8～9醇水液螯合生成负镍聚多巴胺层包覆Fe-NTA络合物的核壳纳米棒(Fe-NTA@PDA-Ni²⁺)；