一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法及其在血糖检测中的应用技术

本发明专利技术涉及生物传感器技术领域，尤其涉及一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法及其在血糖检测中的应用。本发明专利技术将修饰葡萄糖氧化酶(GOX)的银纳米粒子(AgNPs)作为SERS纳米探针负载在液滴水凝胶微球中得到SERS传感器；利用葡萄糖酸(葡萄糖与GOX的反应产物)刻蚀AgNPs导致其拉曼增强效果减弱的原理，实现了对于葡萄糖的快速直接检测。本发明专利技术具有良好的特异性与灵敏度，检出限是0.1mM，线性范围是0

【技术实现步骤摘要】
一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法及其在血糖检测中的应用


[0001]本专利技术涉及生物传感器
，尤其涉及一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法及其在血糖检测中的应用。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(SERS)作为一种无创、指纹性光谱，由于其具有非常高的灵敏度和选择性，近年来被广泛应用于生物分析。表面拉曼散射是指金属纳米结构通过表面等离子体共振(SPR)增强表面电磁场，从而使表面附近分子的拉曼散射强度显著提高的一种现象。表面增强拉曼散射光谱用于检测生物小分子包括两大类方法：直接法和间接法。直接法是通过直接测定目标小分子的本征SERS信号获得对应的目标物浓度；间接法往往需要设计对待测物有识别响应的纳米探针，通过采集探针分子的SERS信号间接反映待测物的浓度。SERS直接检测的主要问题是光谱繁杂，从复杂光谱中提取有用的信息极具挑战性。其次，当SERS基底置于空气或复杂生物样本中时，环境中的污染物很容易吸附在SERS基底上，产生背景信号，干扰目标物的测定。另一个需要解决的关键问题是如何提高SERS检测的重现性。SERS检测重复性差通常是由于溶液中金属纳米粒子的聚集程度不同及目标分子在纳米粒子上的不均匀分散。上述问题也是SERS检测生物小分子面临的重要挑战。
[0003]微流控技术和SERS的结合很好地解决了上述问题，在微流控芯片通道中便于控制金属纳米粒子的聚集及待测分子在SERS基底上的均匀吸附。近年来，就复杂样品的高选择性和高灵敏检测而言，以微流控液滴为模板制备的水凝胶微球已得到迅速的发展。微流控技术能够以高通量的方式产生均匀的单分散液滴，这些液滴被用作模板，以制备具有各种物理和化学特性的聚合物微球。通过将单体与光引发剂共同装载在液滴中，采用紫外光照射使其在液滴中进行交联聚合，在很短的时间内就能获得大量水凝胶微球。产生的微球具有均匀的尺寸，可调的孔径，良好的单分散性和高产量。通过改变液滴中单体与水的质量比，能够制备出具有不同孔径的水凝胶微球，可用于体液中生物小分子或金属离子的选择性检测，实现了直接检测生物体液的目标，避免了复杂的样品前处理步骤。
[0004]目前，液滴水凝胶微球用于SERS检测还处于起步阶段，针对复杂的生物样本，仍需设计高灵敏、高特异性的生物传感器，实现小分子的快速精准检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法及其在血糖检测中的应用，该述SERS传感器具有高灵敏度和高特异性等特点，通过液滴水凝胶微球的引入解决了SERS检测中重复性差和需要复杂的样品前处理等问题，为SERS光谱技术在生物小分子检测中的应用开辟了新的策略。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法，具体步骤如下：
[0008]S1、SERS纳米探针AgNPs@GOX的制备：将半胱胺酸溶液加入到硝酸银AgNO3溶液中于室温下搅拌30min；之后，加入NaBH4溶液，于室温下在暗处和明处依次各搅拌20min，得到带正电的银纳米粒子AgNPs；取一定量GOX溶液加入到上述制备好的带正电的银纳米粒子中，室温下静置反应24h获得SERS纳米探针AgNPs@GOX；
[0009]S2、传感微球的制备：将AgNPs@GOX、聚乙二醇
‑
二丙烯酸酯PEGDA溶液和光引发剂BASF水溶液分别作为三个水相，含表面活性剂ABILEM90的十六烷作为油相，采用注射泵使得水相和油相分别以一定流速注入十字型微流控芯片通道中，在芯片通道的十字交汇处通过油相切割水相形成单分散液滴；将生成的液滴收集在玻璃瓶中，置于紫外光下照射5min，使液滴内部的单体和引发剂发生交联形成基于液滴水凝胶微球的SERS传感器。
[0010]优选地，在步骤S1中，GOX溶液的pH为5.8，浓度为4mg/mL；GOX和AgNPs溶液的体积比是1:10。
[0011]优选地，在步骤S1中，半胱胺酸、AgNO3和NaBH4溶液的浓度分别是213mM、1.42mM和10mM，半胱胺酸溶液和硝酸银溶液的体积比是1:100。
[0012]优选地，在步骤S2中，聚乙二醇
‑
二丙烯酸酯PEGDA溶液和光引发剂BASF溶液的质量分数分别是72％和2.5％；水相和油相的流速比是1:8。
[0013]优选地，在步骤S2中，所用紫外光的光功率密度是78mW/cm2。
[0014]本专利技术还提供了一种采用上述制备方法制得的基于液滴水凝胶微球的SERS传感器在检测血糖中的应用。
[0015]优选地，取10μL待测血糖加入150μL水凝胶微球中，将该混合溶液置于室温中涡旋振荡20min，使葡萄糖充分进入水凝胶微球内部；再将混合溶液置于37℃水浴中15min使GOX与葡萄糖发生催化反应；采集反应后水凝胶微球的SERS光谱，将1343cm
‑1处的SERS强度值代入线性回归方程y＝4839.2
‑
153.3x，相关系数R2是0.929，即可得到待测样品的浓度。
[0016]通过采用上述技术方案：将修饰有葡萄糖氧化酶(GOX)的银纳米粒子封装在孔状水凝胶微球里，血液中的小分子葡萄糖通过优化的孔选择性地进入微球内部，葡萄糖与GOX发生催化反应生成的葡萄糖酸刻蚀银纳米粒子，使得GOX的SERS信号减弱，根据GOX的SERS信号强度变化实现葡萄糖的检测。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、本专利技术利用液滴水凝胶微球为载体，将SERS纳米探针包覆于微球内部，结合酸性刻蚀纳米粒子导致其拉曼增强效果减弱原理，设计了一种快速、高灵敏度、高选择性直接检测血糖的生物传感器。
[0019]2、本专利技术制得的传感器中的水凝胶微球具有大小可调的孔径，能够排除血液中的大分子蛋白，只允许小分子葡萄糖选择性通过孔进入微球内部，实现了对复杂生物样品的直接定量SERS分析；水凝胶基质能够保护金属纳米粒子免受周围环境的污染，改善了SERS基底的化学稳定性；由于纳米粒子在水凝胶微球中的均匀分散，提高了SERS检测的重现性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术制备SERS传感器所用银纳米粒子的紫外吸收光谱及透射电子显微镜图；
[0021]图2为本专利技术实施例2中采用动态光散射仪测得的AgNPs和AgNPs@GOX的粒径及电
位数据图；
[0022]图3为本专利技术制备的水凝胶微球的明场显微镜照片(a)和扫描电子显微镜照片(b)；
[0023]图4为对比水凝胶微球(1)、负载AgNPs@GOX的水凝胶微球在加入葡萄糖溶液前(3)和后(2)的SERS光谱；
[0024]图5中(a)为不同浓度血糖出现时GOX的SERS光谱图，(b)为GOX在1343cm
‑1处SERS强度值与血糖浓度的关系图；
[0025]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、SERS纳米探针AgNPs@GOX的制备：将半胱胺酸溶液加入到硝酸银AgNO3溶液中于室温下搅拌30min；之后，加入NaBH4溶液，于室温下在暗处和明处依次各搅拌20min，得到带正电的银纳米粒子AgNPs；取一定量GOX溶液加入到上述制备好的带正电的银纳米粒子中，室温下静置反应24h获得SERS纳米探针AgNPs@GOX；S2、传感微球的制备：将AgNPs@GOX、聚乙二醇
‑
二丙烯酸酯PEGDA溶液和光引发剂BASF水溶液分别作为三个水相，含表面活性剂ABIL EM90的十六烷作为油相，采用注射泵使得水相和油相分别以一定流速注入十字型微流控芯片通道中，在芯片通道的十字交汇处通过油相切割水相形成单分散液滴；将生成的液滴收集在玻璃瓶中，置于紫外光下照射5min，使液滴内部的单体和引发剂发生交联形成基于液滴水凝胶微球的SERS传感器。2.根据权利要求1所述的一种基于液滴水凝胶微球的SERS传感器的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，GOX溶液的pH为5.8，浓度为4mg/mL；GOX和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丹，张熙晗，齐国华，王敏敏，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：