[发明专利]基于磁感应蛋白探测磁场的传感器

说明书

本发明提供了一种基于磁感应蛋白检测磁场的传感器的制备及应用方法，制备一个三电极体系的微流控芯片，将磁感应蛋白通过共价自组装的方式修饰在石墨烯工作电极上。当外加磁场时，磁感应蛋白产生响应，蛋白构象和介电性质发生变化，阻抗发生变化，将磁信号转化为电信号，通过电化学检测阻抗谱，实现对磁场的检测。本发明设计了新的磁场检测装置，通过仿生实现了对磁场的全新检测手段。

技术领域

本发明涉及一种基于磁感应蛋白来检测磁场的器件及其制备方法和应用的技术,属于传感器制造的技术领域。

背景技术

近些年，检测磁场技术在航空航天、军事科技、生物医学等领域有着广泛的应用，目前较为成熟的测量磁场的方法有：磁力法、电磁感应法、电磁效应法、磁共振法、磁光效应法等等，利用不同的原理制备了不同的磁力仪，近些年来，磁力仪向着小型化、集成化、数字化的方向发展。但是磁力仪的使用受限较多，对开发新一代的磁力仪也有一定的需求。

磁感应蛋白MagR的发现是近年来生物领域的重大进展。MagR被认为是生物体内的磁感应受体，与隐花色素Cry形成复合物存在于生物的视网膜内，构成生物指南系统。磁感应蛋白MagR是一种具有磁性的蛋白，具有内禀磁性，参与生物体的电子传递，很可能就是鸽子等生物感知地球磁场的生物指南针。

在这里，我们设计了一种全新的磁场检测方法，将磁感应蛋白分子通过自组装的方式，组装到集合了三电极体系的微流控芯片上，蛋白对磁信号做出响应发生构象变化及电子传递，通过电化学工作站检测电化学学阻抗谱图和电子传递阻抗，从而实现对磁信号的探测。本方案中检测磁场的测量采用仿生，实现了数字化和小型化，且灵敏度高。但现有技术在组装和检测时，需要保持磁感应蛋白长久的活性，一定程度制约了材料的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种基于磁感应蛋白检测磁场的器件及其制备方法。使用共价自组装的方法将磁感应蛋白组装在微流控芯片的石墨烯工作电极上，磁感应蛋白将磁信号转化为电信号，通过电化学工作站检测电化学学阻抗谱图和电子传递阻抗，从而实现对磁信号的探测，最终实现对静磁场的检测。

技术方案：本发明的一种基于磁感应蛋白检测磁场的传感器的制备方法技术方案如下：

该制备方法包括如下步骤：

步骤1，加工微流控芯片阻抗传感器：

1-1.以ITO玻璃为基底，利用激光刻蚀将ITO薄膜加工成对称的双L形图形，之后在丙酮、乙醇、纯水中超声清洗10-15min，氮气吹干，烘箱50℃干燥；

1-2.将50-100μm厚度的PI膜用双面胶平贴在圆玻璃表面上固定，在中心滴加PDMS预聚体混合液，使用旋涂机进行旋涂，形成厚度70-80μm的PDMS薄膜，随后放入烘箱70-80℃固化；

1-3.流道层为0.8-1mm宽，25-30mm长通道，一端拓宽为2-3mm圆形，另一侧流道宽度拓宽至1.5-2mm，拓宽范围1-1.2mm；按照下层PDMS流道设计制备刀模，对PDMS/PI膜进行切割加工；加工完成后乙醇超声清洗，并用纯水漂洗，放入烘箱干燥，保存在阴凉干燥处；

1-4.流道上层PDMS长度33-35mm，宽度0.8-1mm，厚度4-5mm，两端分别打有0.4-0.5mm和2-3mm圆形孔；将下层PDMS流道与ITO玻璃键合后，在流道内进行石墨烯修饰及蛋白组装后，将上层PDMS氧等离子体处理并与下层PDMS流道贴合，完成流道的封闭；

步骤2，磁感应蛋白的固定：

2-1.磁感应蛋白分子使用原核表达的方式在大肠杆菌中表达，并通过亲和层析纯化得到，基因序列来自鸽子；

2-2.在5-10mg/mL氧化石墨烯水溶液中加入终浓度10-25mg/mL的抗坏血酸，超声10-15min混合；加入芘甲酸(PCA)的甲醇溶液混合，超声15-20min混合完全；