一种微囊藻毒素光学检测传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微囊藻毒素光学检测传感器，包括线性偏振光源、45°/45°/90°玻璃棱镜、传感芯片、光谱分析仪，其特征在于，所述传感芯片上设置有硅胶流通槽,所述传感芯片包括玻璃片、镀在玻璃片单侧表面的金层、以及修饰在金层表面上的微囊藻毒素分子印迹膜。本发明的有益效果是：1、采用了分子印迹技术作为传感器的敏感层，增强了对微囊藻毒素的特异性识别、吸附效率，提高了检测手段的特异性以及缩短了检测时间；2、使用了表面等离子体光学检测技术，提高了灵敏度，提高了传感器的性能；3、整个传感器操作简单、快速，对操作人员要求低，为实现对微囊藻毒素的高灵敏检测提供了有力帮助。
【专利说明】一种微囊藻毒素光学检测传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微囊藻毒素光学检测传感器。
【背景技术】
[0002]长江中下游地区是我国淡水湖泊集中分布的地区之一，在过去的几十年里，人类活动对本地区的湖泊生态系统产生了极大的影响，最突出的是城郊湖泊的日益富营养化。湖泊、水库和河流中接纳过多的氮和磷等营养物质，使水体的生态结构与功能发生变化，导致藻类特别是蓝藻的异常繁殖生长而出现蓝藻水华现象。随着水体富营养化的加剧而引起的有害藻类水华的频繁发生已成为普遍关注的环境问题。当蓝藻水华严重时，不仅影响人的感官、破坏健康平衡的水生生态系统，而且藻细胞破裂后释放出的多种微囊藻毒素对人和动物的饮用水安全构成了严重的威胁。在已发现的各种微囊藻毒素中，微囊藻毒素是目前已知的一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的微囊藻毒素，因此对微囊藻毒素的检测十分必要。
[0003]目前，对微囊藻毒素的检测方法主要是化学分析法和免疫学检测法。在化学检测方法中使用较多的是高效液相色谱(HPLC)技术。HPLC技术一般采用正相或反相色谱对毒素进行分离，然后进行紫外(UV)、荧光(FL)或化学发光(CL)检测，可广泛用于微囊藻毒素的分离、鉴定和定量检测。将被测毒素与标准毒素的滞留时间进行比较可对被测毒素进行鉴定，将两者的峰面积进行比较可对其进行精确定量。但HPLC方法技术含量高，价格昂贵；另外必须备有标准纯毒素或某毒素在相同实验条件下的保留值。由于当前世界塑料制品中塑料添加剂的广泛应用，采集水样的塑料容器中某些塑料添加剂会干扰HPLC对微囊藻毒素的检测。免疫学检测法主要是酶联免疫分析(ELISA)，应用此类分析方法筛选毒素的优点是灵敏度高、在处理大批样品时分析速度快、工作原理简单。在具备微囊藻毒素单克隆抗体、标准纯毒素和有关试剂的前提下，尤其是使用商品化的试剂盒时，ELISA方法是一种非常简便、高效、快速的方法。缺点是不能很好鉴别毒素，会出现假阳性反应。
[0004]中国专利201310712994.5公开了一种微囊藻毒素的快速检测传感器，使用光化学聚合方法或电化学聚合方法进行分子印迹膜合成，提高结合容量、降低延迟时间并增强特异性吸附能力；同时，使用Lamb波压电薄膜作为传感器的效应器，提高传感器灵敏度、增加稳定性并降低成本。从而增强传感器性能，实现了对微囊藻毒素的痕量检测，建立了高灵敏度、快速、低成本、低操作要求的微囊藻毒素检测手段。
[0005]中国专利201310713093.8公开了一种基于分子印迹技术的微囊藻毒素压电检测传感器，使用光化学聚合方法或电化学聚合方法进行分子印迹膜合成，提高结合容量、降低延迟时间并增强特异性吸附能力；同时，使用石英晶振片作为传感器的效应器，提高传感器灵敏度、增加稳定性并降低成本。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种微囊藻毒素光学检测传感器，以及用于微囊藻毒素光学检测传感器的传感芯片。
[0007]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0008]—种微囊藻毒素光学检测传感器,包括线性偏振光源、45° /45° /90°玻璃棱镜、传感芯片、光谱分析仪，所述传感芯片上设置有硅胶流通槽，所述传感芯片包括玻璃片、镀在玻璃片单侧表面的金层、以及修饰在金层表面上的微囊藻毒素分子印迹膜，微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别并均匀分布的微孔。
[0009]作为一种方案，采用涂布法将微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面。涂布法是一种主要的传统方法，首先制备毫米级或纳米级的分子印迹聚合物颗粒，再将聚合物颗粒包埋于凝胶或膜内，采用旋转涂布或喷雾涂布制得识别层，这种方法带来的问题是传感器响应时间延长、对目标分子产生非特异性吸附和结合容量低。
[0010]作为一种优选方案，采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面。这种方法可以直接在原位制得识别层，避免了传统方法的弊端，而且重复性好、环境友好。
[0011]进一步，所述热聚合为:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗2-4分钟，在50-1000mH^一硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸Λ 0.1-1M的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.01-0.1M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入100-500mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取0.l-200umol微囊藻毒素、l-2000umol甲基丙烯酸和2-2000umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入5-10mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理10分钟以上，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应18小时左右；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗12小时以上，完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液，氮气吹干。
[0012]本发明中，针对传感器检测对特异性、检测速度的需要，本发明提出使用分子印迹技术作为传感器的敏感层，分子印迹技术的原理是模板分子与功能单体在分散介质中，依靠相互作用力以及空间位阻效应等，形成可逆结合的复合物，再加入交联剂和引发剂引发聚合形成多孔功能材料，并且将模板分子有规律地包在其中，合成后用特定方法把模板分子去除，从而获得能与模板分子互补、并具有特异识别功能的三维孔穴，从而快速、高特异性的结合模版分子。
[0013]本发明中，针对传感器对高灵敏度、简便的需要，本发明提出使用表面等离子体共振传感器为转换器，这种简便、高灵敏度的光学传感器能够快速灵敏的检测到传感器表面的折射率变化，而且器件稳定，抗干扰能力强。通过在效应器表面修饰的分子印迹膜结合微囊藻毒素引起表面折射率的改变，从而引起效应器信号发生改变，利用信号采集系统采集记录信号变化，就能够检测出样品中的微囊藻毒素。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]1、采用了分子印迹技术作为传感器的敏感层，增强了对微囊藻毒素的特异性识另O、吸附效率，提高了检测手段的特异性以及缩短了检测时间；
[0016]2、使用了表面等离子体光学检测技术，提高了灵敏度，提高了传感器的性能；
[0017]3、整个传感器操作简单、快速，对操作人员要求低，为实现对微囊藻毒素的高灵敏检测提供了有力帮助。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为微囊藻毒素光学检测传感器的结构示意图。
[0019]图2为传感芯片的结构不意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0021]如图1和图2所示，一种微囊藻毒素光学检测传感器，包括线性偏振光源、45° /45° /90°玻璃棱镜4、传感芯片7、光谱分析仪6，传感芯片7上设置有硅胶流通槽5，所述传感芯片7包括玻璃片8、镀在玻璃片8单侧表面的金层9、以及修饰在金层9表面上的微囊藻毒素分子印迹膜10，微囊藻毒素分子印迹膜10上具有对微囊藻毒素11特异性识别并均匀分布的微孔12。
[0022]进一步，所述线性偏振光源为卤钨灯1、线性偏振片2、以及设置在卤钨灯I和线性偏振片2之间的多模石英光钎3 ;所述光谱分析仪6为可见光波段光谱分析仪，可见光波段光谱分析仪通过多模石英光钎3与45° /45° /90°玻璃棱镜4形成光通路。
[0023]实施例1
[0024]采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗2分钟，在50mM十一硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入0.1M的1- (3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.0lM的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入10mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时,氮气吹干；取0.1umol微囊藻毒素、Iumol甲基丙烯酸和2umol三轻甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入5mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理10分钟，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应18小时；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗12小时,完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液,氮气吹干。
[0025]实施例2
[0026]采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗4分钟，在100mM十一硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入IM的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.1M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入500mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取200umol微囊藻毒素、2000umol甲基丙烯酸和2000umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入1mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理12分钟，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应15小时；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗18小时，完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液，氮气吹干。
[0027]实施例3
[0028]采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗3分钟，在200mM十一硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入0.2M的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.05M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入200mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取10umol微囊藻毒素、200umol甲基丙烯酸和300umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入6mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理13分钟，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应20小时；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗18小时，完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液，氮气吹干。
[0029]实施例4
[0030]采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗3分钟，在SOOmM十一硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入0.SM的1-(3- 二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.08M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入400mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取120umol微囊藻毒素、1500umol甲基丙烯酸和1200umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入SmL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理15分钟，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应16小时；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗16小时，完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液，氮气吹干。
【权利要求】
1.一种微囊藻毒素光学检测传感器，包括线性偏振光源、45° /45° /90°玻璃棱镜、传感芯片、光谱分析仪，其特征在于，所述传感芯片上设置有硅胶流通槽，所述传感芯片包括玻璃片、镀在玻璃片单侧表面的金层、以及修饰在金层表面上的微囊藻毒素分子印迹膜，微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别并均匀分布的微孔。
2.根据权利要求1所述的一种微囊藻毒素光学检测传感器，其特征在于，采用涂布法将微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面。
3.根据权利要求1所述的一种微囊藻毒素光学检测传感器，其特征在于，采用热聚合法微囊藻毒素分子印迹膜修饰在金层表面。
4.根据权利要求3所述的一种微囊藻毒素光学检测传感器，其特征在于，所述热聚合为:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗2-4分钟，在50-1000mH硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入0.1-1M的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.01-0.1M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入100-500mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取0.l-200umol微囊藻毒素、l_2000umol甲基丙烯酸和2_2000umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入5-10mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理10分钟以上，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应18小时左右；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗12小时以上,完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液,氮气吹干。
5.根据权利要求1所述的一种微囊藻毒素光学检测传感器，其特征在于，所述线性偏振光源为卤钨灯、线性偏振片、以及设置在卤钨灯和线性偏振片之间的多模石英光钎；所述光谱分析仪为可见光波段光谱分析仪，可见光波段光谱分析仪通过多模石英光钎与45° /45° /90°玻璃棱镜形成光通路。
6.一种用于微囊藻毒素光学检测传感器的传感芯片，其特征在于，包括玻璃片、镀在玻璃片单侧表面的金层、采用热聚合方法修饰在金层表面上的微囊藻毒素分子印迹膜。
7.根据权利要求6所述的一种用于微囊藻毒素光学检测传感器的传感芯片，其特征在于，微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别并均匀分布的微孔。
8.根据权利要求6所述的一种用于微囊藻毒素光学检测传感器的传感芯片的热聚合方法，其特征在于，所述热聚合为:将镀金玻璃片使用氧气等离子体清洗器清洗2-4分钟，在50-1000mH硫醇烷酸的乙醇溶液中浸泡12小时以上，取出后乙醇冲洗，氮气吹干；再浸入0.1-1M的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.01-0.1M的N-羟基琥珀酰亚胺的混合水溶液中I小时；取出后直接浸入100-500mM氨基丁酰胺盐酸盐水溶液中3小时，氮气吹干；取0.l-200umol微囊藻毒素、l-2000umol甲基丙烯酸和2-2000umol三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯加入5-10mL 二甲基亚砜溶液混合，氮气处理10分钟以上，浸入预处理好的玻璃片，密封后在65±5°C条件下进行热聚合反应18小时左右；取出后使用乙醇和乙酸等体积比混合溶液流动冲洗12小时以上，完成后乙醇冲洗除去表面洗脱液，氮气吹干。
【文档编号】G01N21/25GK104345037SQ201410617885
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】周连群, 何皓, 姚佳, 郭振, 张威, 李传宇, 董文飞 申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所