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专利名称：基于电极阵列的多参数电化学免疫传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及生物传感器及生物电子学，尤其涉及一种基于电极阵列的多参数电化学免疫传感器及其制备方法。
背景技术：
目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者人数为120万；我国肺癌患者总数据世界第一，2005年我们国家对肺癌评估的数据显示有50万新增病人。肿瘤标志物(Tumor Marker)是反映肿瘤存在的化学类物质。它们或不存在于正常成人组织而仅见于胚胎组织，或在肿瘤组织中的含量大大超过在正常组织里的含量，它们的存在或量变可以提示肿瘤的性质，借以了解肿瘤的组织发生、细胞分化、细胞功能，以帮助肿瘤的诊断、分类、预后判断以及治疗指导。临床发现肿瘤标志物可能先于肿瘤细胞存在胸腔积液内，而胸腔积液主要手术中取得，因此术中胸腔积液进行肿瘤标志物进行检测对于肺癌的诊断和术后干预具有重要的指导意义。肺癌标志物有多种，仅靠一种无法检测出癌症特别是肺癌，要想确诊需要多参数联合检测。其中癌胚抗原(CEA)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)和细胞角蛋白片段(CYFRA21-1)是常见的肺癌标志物。CEA对肺癌的诊断阳性率为40% 50%，特别在肺腺癌中，阳性率及特异性较高；NSE与肺小细胞癌关系密切，是肺小细胞癌的标记物；CYFRA21-1在肺鳞癌中的阳性率可高达85. 1%。将这三种肿瘤标志物进行快速现场检测可以为肺癌的早期诊断提供重要的参考。但是目前对这些标志物的检测多采用大型仪器进行检测，需要将样本送到专门的化验室，无法做到现场快速检测。免疫电化学方法将免疫分析和电化学检测相结合，采用抗原抗体的特异性结合可以提高检测的特异性，运用电化学方法具有操作简单，灵敏度高的优点。采用MEMS工艺制备电极阵列，可以形成多参数联检生物传感器，同时快速检测多种肿瘤标志物。该传感器可以灵敏、快速和可靠的检测出多个肿瘤标志物的含量，从而为临床上肿瘤的诊断、分期、观察术后疗效及预后提供一个准确的参考值。

发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器及其制备方法。本发明提供的一种基于电极阵列的多参数电化学免疫传感器，其包括检测电极阵列1、电化学参比电极2、对电极3、引线4、插口 6以及衬底；其中，所述检测电极阵列I包括多个检测电极，所述检测电极为免疫电化学电极，用于检测多种疾病标志物。本发明还提出了一种如上所述的基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，该方法包括步骤1、以塑料基片作为衬底，在其保护膜上刻蚀检测电极阵列、参考电极和对电极的掩膜图案，并在其上溅射过渡层和电极层；步骤2、在参比电极和对电极上间隔丝印银和氯化银的混合浆料，形成集成化的银和氯化银参比电极和对电极；步骤3、将电子媒介体固定在检测电极阵列中的检测电极上形成电子媒介体膜，采用纳米金颗粒作为添加剂，然后通过全氟化磺酸树脂的成膜作用将全氟化磺酸树脂纳米金混合材料nafion-AuNPs膜固定于电子媒介体膜上形成混有纳米材料的多孔屏蔽膜；步骤4、在三个检测电极上分别固定不同的癌症标志物抗体。本发明提供的上述基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器及其制备方法，可以实现对肺癌标志物的多参数同时检测，本传感器性能稳定、检测速度快、使用方便。


图1为本发明基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器结构图；图2a为本发明中将基片保护膜刻成需要的电极掩膜图案的示意图；图2b为本发明中在所述电极掩膜图案上溅射导电薄膜的示意图；图2c为以不锈钢为掩膜板，形成参比电极和对电极的示意图；图2d为在检测电极上固定电子媒介体、多孔屏蔽膜和纳米材料的示意图；图2e为在检测电极上固定戊二醛和抗体的示意图；图2f为给制备好的基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器贴绝缘膜结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，本发明提出了一种基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器，其包括检测电极阵列1，电化学参比电极2，对电极3、引线4、插口 6以及衬底5。其中所述检测电极I为免疫电化学电极，采用MEMS工艺制备，用于检测疾病标识；采用超声或等离子方法进行清洗，分别在电极表面固定电子媒介体，多孔屏蔽膜，纳米材料，抗体等；每一个检测电极均有配套的对电极3、电化学参比电极2，所述对电极用于提供回流电路，所述电化学参比电极用于提供参考电位并保持电位稳定；所述衬底所使用的材料为生物相容性好的有机或无机绝缘材料，优选二氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺或聚对二甲苯其中之一；所述电极I 3的材料是生物相容性好的金属或金属化合物导电薄膜，优选金、钼、氮化钛或铟锡氧化物其中之参考附图2，本发明还提出了一种基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，其具体制备过程详述如下I)在作为衬底的塑料基片上(130mmX 100mm)的保护膜刻成需要的电极即检测电极阵列、参考电极和对电极的掩膜图案7，如图2a所示；随后在其上溅射过渡层，然后溅射电极层(IOOnm),其中，过渡层选用厚度在IOnm 30nm之间的金属层如铬,所述电极层可选用厚度在IOOnm左右的金属或金属氧化物，如金、钼、氮化钛或铟锡氧化物，如图2b所示；掩膜7去除后，将所述塑料基片放入等离子体刻蚀机中，通入O2进行清洗；其中等离子体刻蚀机的工作气压为3. OPa，所通入的O2流量40ml/分钟，还通入N2，其流量为120ml/分钟。2)采用不锈钢掩膜板81，覆盖住所刻蚀的检测电极，在参比电极和对电极上间隔丝印银和氯化银的混合浆料，形成集成化的银和氯化银Ag I AgC121参比电极和对电极，如图2c所示。3)采用不锈钢掩膜板81，覆盖住参比电极和对电极，利用壳聚糖(CHIT)作为中间介质将电子媒介体(如铁氰化钾)固定在检测电极上形成电子媒介体膜11;采用纳米金颗粒作为添加剂，然后通过全氟化磺酸树脂(nafion)的成膜作用将全氟化磺酸树脂纳米金混合材料nafion-AuNPs膜固定于电子媒介体膜上形成混有纳米材料的多孔屏蔽膜12,如图2d中采用立体结构表示了在检测电极上先后形成的电子媒介体膜11和多孔屏蔽膜12 ；4)采用不锈钢掩膜板83，覆盖住参比电极、对电极及其中两个检测电极，只露出剩下的一个检测电极，利用静电吸附的办法将正电的聚乙烯亚胺(PEI)吸附到带负电的检测电极的nafion-AuNPs膜表面形成PEI膜，再通过戊二醛13连接所述PEI膜和癌胚抗原(CEA)单克隆抗体14，形成一个癌胚抗原(CEA)检测电极，以用于检测癌胚抗原(CEA)，如图2e所示。5)更换不锈钢掩膜板，重复上一步，在其他两个检测电极上分别固定神经元特异性烯醇化酶(NSE)单克隆抗体和细胞角蛋白片段(CYFRA21-1)单克隆抗体，完成其他两个检测电极的修饰，分别用于检测神经元特异性烯醇化酶(NSE)和细胞角蛋白片段(CYFRA21-1)。6)将制备好的免疫传感器置于BSA溶液中封闭免疫传感器上残留的戊二醛活性基团，以避免非特性吸附；然后在传感器表面贴上绝缘膜15 (图2f)。本发明还提出了一种所述基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器的使用方法。I)试剂、样本的准备。取浓缩洗涤液IOOul用去离子水按照1: 100稀释备用；将待测的样本(血液、胸腔积液、痰液、唾液、精液、尿液、腹水)等进行预处理，取上清液，置于室温平衡10_15min。2)操作步骤。将传感器电极置于待测液中进行免疫反应10分钟，取出；采用稀释后的洗涤液反复清洗3次；将传感器置于PBS溶液中，通过插口(6)连接到CHI电化学工作站上进行检测，获得待测物浓度值。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于电极阵列的多參数电化学免疫传感器，其包括检测电极阵列(I)、电化学參比电极⑵、对电极⑶、引线⑷、插ロ(6)以及衬底(5);其中，所述检测电极阵列(I)包括多个检测电极，所述检测电极为免疫电化学电极，用于检测多种疾病标志物。
2.根据权利要求1所述的基于电极阵列的多參数电化学免疫传感器，其特征在于所述检测电极阵列(I)中的每ー个电极表面均固定有电子媒介体、多孔屏蔽膜、纳米材料和抗体；所述检测电极采用MEMSエ艺制备，且采用超声或等离子方法进行清洗。
3.根据权利要求1所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器，其特征在于每ー个检测电极均有配套的对电极(3)和电化学參比电极(2)，其中所述对电极用于提供电流回路，所述电化学參比电极用于提供參考电位并保持电位稳定。
4.根据权利要求1所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器，其特征在于所述衬底所使用的材料为生物相容性好的有机或无机绝缘材料；所述检测电极阵列中的检测电极、电化学參比电极和对电极选用生物相容性好的金属或金属化合物导电薄膜。
5.根据权利要求4所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器，其特征在于所述衬底选用ニ氧化硅、氮化硅、氮氧硅、SU8、聚酰亚胺或聚对ニ甲苯其中之一；所述电极选用金、钼、氮化钛或铟锡氧化物其中之一。
6.—种如权利要求1所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，该方法包括 步骤1、以塑料基片作为衬底，在其保护膜上刻蚀检测电极阵列、參考电极和对电极的掩膜图案，并在其上溅射过渡层和电极层； 步骤2、在參比电极和对电极上间隔丝印银和氯化银的混合浆料，形成集成化的银和氯化银參比电极和对电极； 步骤3、将电子媒介体固定在检测电极阵列中的检测电极上形成电子媒介体膜，采用纳米金颗粒作为添加剤，然后通过全氟化磺酸树脂的成膜作用将全氟化磺酸树脂I纳米金混合材料nafion-AuNPs膜固定于电子媒介体膜上形成混有纳米材料的多孔屏蔽膜； 步骤4、在三个检测电极上分別固定不同的疾病标志物抗体。
7.根据权利要求6所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于所述电子媒介体为铁氰化钾。
8.根据权利要求6所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于所述步骤I中，在溅射完过渡层和电极层后，将所述塑料基片放入等离子体刻蚀机中，通入O2和N2进行清洗，所述等离子体刻蚀机的工作气压为3. OPa,所通入的O2流量为40ml/分钟，N2流量120ml/分钟。
9.根据权利要求6所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤4中在检测电极上固定的疾病标志物抗体为癌症标志物抗体，包括癌胚抗原、神经元特异性烯醇化酶和细胞角蛋白片段，其固定过程如下 步骤41 :采用不锈钢掩膜板，覆盖住參比电极、对电极及其中两个检测电极，只露出剩下的ー个检测电极，利用静电吸附的办法将正电的聚こ烯亚胺PEI吸附到带负电的检测电极的全氟化磺酸树脂表面形成PEI膜，再通过戊ニ醛连接所述PEI膜和癌胚抗原单克隆抗体，形成一个癌胚抗原检测电扱，以用于检测癌胚抗原； 步骤42 :更换不锈钢掩膜板，重复上一歩，在其他两个检测电极上分別固定神经元特异性烯醇化酶单克隆抗体和神经元特异性烯醇化酶单克隆抗体，分别用于检测神经元特异性烯醇化酶和神经元特异性烯醇化酶。
10.根据权利要求9所述的基于电极阵列的多參数肺癌电化学免疫传感器的制备方法，其特征在于，所述在检测电极上分別固定癌胚抗原、神经元特异性烯醇化酶和细胞角蛋白片段后，该方法还包括 步骤5、将制备好的所述电化学免疫传感器置于BSA溶液中封闭其上残留的戊ニ醛活性基团，并在其表面贴上绝缘膜。
全文摘要
本发明公开了一种基于电极阵列的多参数肺癌电化学免疫传感器及其制备方法，涉及生物传感器技术和生物电子技术。该传感器在基底上集成了电极阵列、对电极、电化学参比电极、引线以及接口。传感器采用微机电系统(MEMS)工艺加工制备基础电极阵列，在对电极和参比电极上采用银和氯化银(Ag|AgCl)进行修饰，在检测电极上固定电子媒介体，多孔屏蔽膜，纳米材料，抗体等，形成多参数检测体系。该传感器具有稳定性好，使用方便的特点，可以对多个肺癌标志物同时检测，有利于临床应用。
文档编号G01N27/30GK103048462SQ20121058683
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者刘军涛, 蔡新霞, 罗金平, 曲书雪, 石文韬 申请人:中国科学院电子学研究所