一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法，其中，探针型有机电化学晶体管传感器包括插入到单细胞内的探针型晶体管和探针型栅电极，探针型晶体管为微米双孔毛细管结构，微米双孔毛细管结构中的孔内均设置有导电层，且导电层均连接有金属导线并向孔外延伸出来，微米双孔毛细管结构的底端设置有与导电层接触的有机半导体薄膜层；探针型栅电极为纳米单孔毛细管结构，纳米单孔毛细管结构的针尖内壁上修饰有功能层，功能层包括与第一修饰体结合的ATP适配体，ATP适配体与ATP的结合强度大于ATP适配体与第一修饰体的结合强度。本发明专利技术探针型有机电化学晶体管传感器对单细胞内ATP具有更高的检测灵敏度。具有更高的检测灵敏度。具有更高的检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法


[0001]本专利技术涉及有机电化学晶体管
，特别涉及一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法。

技术介绍

[0002]细胞是生物学的基本单位，对单个细胞内物质运输和能量转换机制的发现和研究将扩大我们对生命起源和进化、疾病机制等方面的知识。批量细胞培养实验表现出细胞的平均状态，但由于群体平均掩盖了单个细胞之间的差异，这些微小的差异，对于整个生物体的行为至关重要。使用单细胞技术对细胞进行分析有助于揭示相同类型细胞之间存在的微小且不同的特征特性，例如形态，代谢或对药物的反应，并深入了解细胞异质性的原因和影响，还可以提供关于病理检查和生物医学治疗的准确信息，并反映细胞功能与化学成分之间的具体关系。因此使用能够解析单个生物细胞特征的技术和设备十分重要。此外，因细胞内部分子含量低，开发具有高灵敏度和高分辨率的单细胞分析检测技术具有一定难度。
[0003]腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)是生物体中的主要能量来源，参与许多生物过程，如生物合成和细胞代谢调节。异常的ATP水平通常与各种疾病有关，如阿尔茨海默病，低血糖症，心血管疾病和一些恶性肿瘤。一些研究表明，细胞ATP含量可以作为确定某些小分子药物和生物制剂是否引起细胞损伤或增殖的指标。因此，原位检测单细胞ATP动态变化可以为理解单细胞相关生化反应和药物筛选提供更可靠的科学依据。
[0004]到目前为止，已经提出了包括比色法、化学发光、荧光法和电化学法在内的几种策略来检测单细胞内的ATP。例如，已经开发了用于细胞内ATP成像的荧光探针，有些可以扩展到亚细胞器。化学发光和荧光法的优点在于，它们可以直接放置在细胞内以检测细胞内待测物，并且可以对几乎无限的大分子(蛋白质)和一些小的分析物进行选择性处理。其缺点在于检测过程中使用的发光剂会与细胞成分相互作用，且具有毒性会对细胞活性造成影响，导致细胞活力降低，从而影响检测的可靠性，因此无法进行长期稳定的分析。与上述方法不同，比色法本身也不会泄漏或显著影响细胞的生存能力。比色吸收特性随分析物浓度的变化而变化。它们通常通过化学或物理方法连接到光纤电缆的尖端。然后，这些光纤探针通过使用锥形光纤尖端(直径小于20nm)测量细胞外和细胞内分析物浓度，但以这种尺寸控制和放置探针是细胞内监测的最重要的障碍。电化学生物传感器由于其优异的选择性和良好的可控性，可用于检测细胞裂解物的ATP，但由于其灵敏度低且响应缓慢，因此难以测量细胞内ATP含量。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法，旨在解决现有技术无法高效灵
敏地检测单细胞内ATP含量的问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其中，包括插入到单细胞内的探针型晶体管和探针型栅电极，所述探针型晶体管为微米双孔毛细管结构，所述微米双孔毛细管结构中的孔内均设置有导电层，且所述导电层均连接有金属导线并向孔外延伸出来，所述微米双孔毛细管结构的底端设置有与所述导电层接触的有机半导体薄膜层；所述探针型栅电极为纳米单孔毛细管结构，所述纳米单孔毛细管结构的针尖内壁上修饰有功能层，所述功能层包括3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、与所述3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷结合的第一修饰体，以及与所述第一修饰体结合的ATP适配体，所述ATP适配体与ATP的结合强度大于所述ATP适配体与第一修饰体的结合强度。
[0009]所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其中，所述ATP适配体为5
’‑
ACC TGG GGG AGT ATT GCG GAG GAA GGT
‑3’
，所述第一修饰体为5
’‑
CHO
‑
ACC TTC CTC CGC AAT ACT
‑3’
或戊二醛。
[0010]所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其中，所述微米双孔毛细管结构和纳米单孔毛细管结构独立地选自硼硅酸盐毛细管和石英毛细管中的一种。
[0011]所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其中，所述导电层的材料为C、Pt、Au、Ag和Cu中的一种。
[0012]所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其中，所述有机半导体薄膜层的材料为聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸、聚吡咯类、聚噻吩类、聚苯胺类、聚咔唑类及其共聚物中的至少一种。
[0013]一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器的制备方法，其中，包括步骤：
[0014]通过设置拉针仪的加热温度、灯丝模式、拉针速度、延迟时间、拉力大小五个参数，对毛细管进行拉制，制得预设针尖孔径大小的微米双孔毛细管和纳米单孔毛细管；
[0015]向微米双孔毛细管内通入丁烷，并对所述微米双孔毛细管进行加热处理，使丁烷裂解成碳黑并沉积在微米双孔毛细管的孔内，形成导电层；
[0016]在所述微米双孔毛细管的双孔内均插入与导电层连接的金属丝，采用三电极体系及循环伏安法进行电化学沉积在所述微米双孔毛细管的底端生成与导电层接触的有机半导体薄膜层，制得微米双孔毛细管结构；
[0017]将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷溶液灌入纳米单孔毛细管的针尖内壁，竖直放置排出气泡，在黑暗条件下进行孵育，得到3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷功能化的纳米单孔毛细管尖端；
[0018]将第一修饰体溶液灌入所述3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷功能化的纳米单孔毛细管尖端，孵育后使所述第一修饰体与纳米单孔毛细管尖端的3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷结合，得到第一修饰体功能化的纳米单孔毛细管尖端；
[0019]将ATP适配体灌入所述第一修饰体功能化的纳米单孔毛细管尖端，孵育后使所述ATP适配体与所述第一修饰体结合，得到针尖内壁形成有功能层的纳米单孔毛细管结构；
[0020]将所述微米双孔毛细管结构作为探针型晶体管，将所述纳米单孔毛细管结构作为探针型栅电极，搭建成用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器。
[0021]一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器的检测方法，其中，
包括步骤：
[0022]将探针型晶体管和探针型栅电极插入到电解液中并组装成探针型有机电化学晶体管传感器，并依次往电解液中滴加不同浓度的ATP，施加电压并利用半导体参数测试仪测量有机电化学晶体管传感器的I
DS
‑
V
G
曲线；
[0023]将探针型晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其特征在于，包括插入到单细胞内的探针型晶体管和探针型栅电极，所述探针型晶体管为微米双孔毛细管结构，所述微米双孔毛细管结构中的孔内均设置有导电层，且所述导电层均连接有金属导线并向孔外延伸出来，所述微米双孔毛细管结构的底端设置有与所述导电层接触的有机半导体薄膜层；所述探针型栅电极为纳米单孔毛细管结构，所述纳米单孔毛细管结构的针尖内壁上修饰有功能层，所述功能层包括3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、与所述3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷结合的第一修饰体，以及与所述第一修饰体结合的ATP适配体，所述ATP适配体与ATP的结合强度大于所述ATP适配体与第一修饰体的结合强度。2.根据权利要求1所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其特征在于，所述ATP适配体为5
’‑
ACC TGG GGG AGT ATT GCG GAG GAA GGT
‑3’
，所述第一修饰体为5
’‑
CHO
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ACC TTC CTC CGC AAT ACT
‑3’
或戊二醛。3.根据权利要求1
‑
2任一所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其特征在于，所述微米双孔毛细管结构和纳米单孔毛细管结构独立地选自硼硅酸盐毛细管和石英毛细管中的一种。4.根据权利要求1
‑
2任一所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其特征在于，所述导电层的材料为C、Pt、Au、Ag和Cu中的一种。5.根据权利要求1
‑
2任一所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器，其特征在于，所述有机半导体薄膜层的材料为聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸、聚吡咯类、聚噻吩类、聚苯胺类、聚咔唑类及其共聚物中的至少一种。6.一种如权利要求1
‑
5任一所述用于检测单细胞内ATP的探针型有机电化学晶体管传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：通过设置拉针仪的加热温度、灯丝模式、拉针速度、延迟时间、拉力大小五个参数，对毛细管进行拉制，制得预设针尖孔径大小的微米双孔毛细管和纳米单孔毛细管...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，梁爽，陈泽萍，陈绮晴，胡进，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：