电化学传感器制造技术

本公开涉及一种电化学传感器，其以自组装单层(SAM)的形式使用氟代有机硫醇或氟代有机硅烷分子，用于诊断测试的用途。还提供了使用所公开的电化学传感器测试患者样品的方法。所公开的电化学传感器测试患者样品的方法。所公开的电化学传感器测试患者样品的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学传感器


[0001]本公开涉及一种用于诊断测试用途的电化学传感器。还提供了使用所公开的电化学传感器测试患者样品的方法。

技术介绍

[0002]电化学生物传感器是用以实现对大量病原体和临床上重要的生物标志物进行快速灵敏检测的一种很有前景的途径1。最著名的实例是葡萄糖生物传感器(最常见的是安培传感器)，其被广泛用于居家检测血糖水平，并且其为糖尿病患者提供了很好的常规血糖水平监测服务2。已经开发出了许多其他的生物传感器，其通过一些原理3运行，包括循环伏安法(CV)4、线性扫描伏安法(LSV)5、电化学阻抗法(EIS)6和微分脉冲伏安法(DPV)7。EIS涉及一种测量装置，其中在工作电极处施加小的AC激发电位(通常在开路电位下)，并测量电化学电池所产生的电流响应。可以从EIS响应中提取与电池及其响应相关的各种参数，并且这些参数包括溶液电阻(R
S
)、双层电容(C
DL
)、电荷转移电阻(R
CT
)和瓦尔堡(Warburg)阻抗(W)8。双层电容和电荷转移电阻已被证明对于在生物官能化电极表面处结合的无标记监测特别有效。这些技术能够对DNA和蛋白质生物标志物进行灵敏和特异性的测量，这在文献中已反复示出9。
[0003]对于许多电化学生物传感器，如上文所述，表面官能化和附着化学在传感器设计和性能中起着主要作用
10,11
。对于金传感器，生物分子的附着通常通过使用金硫醇附着发生，并且更具体而言，通过形成自组装单层(SAM)发生
12
。SAM具有双重目的：防止电极表面与样品培养基中的蛋白质、细胞及其他成分非特异性结合，以及可以确保生物识别元件(例如，DNA序列、抗体或酶)的正确定向
13
。自组装层通常通过用巯基化生物分子的溶液温育金表面来形成，并且可以包含单分子(单层)或多组分形式，其中引入了额外的复杂度，以确保受体恰当定向和良好的抗表面污垢性能。

技术实现思路

[0004]本公开基于研究人员针对开发诊断用传感器所进行的工作，该传感器在形成SAM中使用氟代有机硫醇或氟代有机硅烷分子。在一种实施方式中，使用1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇(PFDT)在传感器表面上形成SAM，然后用生物剂对其进行生物官能化。PFDT在金表面上自发形成致密的疏水性SAM，并减少表面生物污损
14
。PFDT此前已被用于增强有机晶体管的性能
15
，并将DNA可逆地组织到微图案化基质上
16
。
[0005]在第一教导中，本公开提供了一种用于检测目标分析物的电化学生物传感器，该传感器包括：
[0006]至少一个检测电极，所述检测电极包括涂覆有自组装单层(SAM)的表面，其中SAM包括通过存在于氢氟烃或氟碳化合物上的反应性硫或硅基团结合至电极的表面的氢氟烃或氟碳化合物分子、基本上由所述氢氟烃或氟碳化合物分子组成或者由所述氢氟烃或氟碳化合物分子组成。
[0007]氢氟烃是含有氟原子和氢原子的有机化合物。氟碳化合物是其中全部C
‑
H键都被C
‑
F键取代的化合物。氢氟烃或氟碳化合物分子可以是具有单个或多个反应性硫或硅基团的直链、支链或环状烷烃、烯烃或炔烃分子的形式。
[0008]在一种实施方式中，一种或多种反应性硫基团可以是硫醇，由此所述分子是氟代有机硫醇。在一种实施方式中，一种或多种反应性硅基团可以是硅烷，由此所述分子是氟代有机硅烷。
[0009]在一种实施方式中，氟碳化合物分子是直链氟代烷硫醇或氟代烷硅烷。
[0010]适用于本公开的示例性化合物包括：
[0011]1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇
[0012]3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8
‑
十三氟
‑1‑
辛硫醇
[0013]3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10
‑
十七氟
‑1‑
癸硫醇
[0014]3,3,4,4,5,5,6,6,6
‑
九氟
‑1‑
己硫醇
[0015]2,2,2
‑
三氟乙硫醇
[0016]1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三乙氧基硅烷
[0017]1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷；和
[0018]1H,1H,2H,2H
‑
全氟十二烷基三氯硅烷。
[0019]在一种实施方式中，用于形成SAM的化合物是1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇
[0020]本公开的电极可以由任何合适的导电材料制成，其可以由本文所述的氢氟烃或氟碳化合物分子涂覆。合适的材料包括玻璃碳；金属氧化物；导电聚合物；以及包括金、钌、铑、钯、铂和银的贵金属。在一种特定的实施方式中，电极是金。
[0021]自组装单层(SAM)是典型的两亲性分子的自组织层，在所述两亲性分子中，分子的一端对基底材料表现出特定的亲和力。SAM分子可以包括将分子锚定至基底的头部基团及在末端处的尾部部分或官能团。SAM层可以由气相或液相通过头部基团诸如反应性硫(例如硫醇)和硅(例如硅烷)基团化学吸附到基底材料上而形成。根据本公开的SAM的尾部基团利用已知的荧光效应
17
并且本质上是疏水的，允许捕获或物理吸附多种生物剂，如将在本文中更详细地描述的。
[0022]有利的是，SAM的疏水性质不仅允许相关生物剂被SAM捕获，而且还提供了阻挡层，该阻挡层用于减少来自其他材料诸如可能存在于样品中的蛋白质、细胞及其他分子的污染和/或干扰。样品可以获自受试者，并且可以是血液、唾液或任何其他合适的生物流体，诸如尿液、精液或组织样品。或者，样品可以是环境样品，例如水样品、土壤样品，或者甚至植物样品。
[0023]在进一步的教导中，本公开进一步提供了如第一教导和实施方式中所述的电化学生物传感器，该电化学生物传感器进一步包括由涂覆在电极表面上的SAM层诸如通过物理吸附捕获的生物剂。
[0024]在另一教导中，本公开提供了一种制造如在上述第一教导或另一教导和实施方式中所述的电化学生物传感器的方法，该方法包括：
[0025]通过使至少一个检测电极的表面与包含有机溶剂和如上所述的氢氟烃或氟碳化合物分子的溶液相接触，在至少一个检测电极的表面上形成SAM，
[0026]使溶剂蒸发并在至少一个检测电极的表面上形成SAM；和
[0027]任选地随后使涂覆SAM的电极与包含生物剂的溶液相接触，并使得生物剂被涂覆在电极上的SAM层捕获。
[0028]在本公开的一些实施方式中，所述电化学生物传感器还包括至少一个参比电极和/或对电极，所述参比电极和/或对电极可以例如通过测量系统或用于连接至测量系统的连接件电联接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测目标分析物的电化学生物传感器，所述传感器包括：至少一个检测电极，所述检测电极包括涂覆有自组装单层(SAM)的表面，其中所述SAM包括通过存在于氢氟烃或氟碳化合物上的反应性硫或硅基团结合至所述电极的表面的氢氟烃或氟碳化合物分子、基本上由所述氢氟烃或氟碳化合物分子组成或者由所述氢氟烃或氟碳化合物分子组成。2.根据权利要求1所述的电化学生物传感器，其中所述氢氟烃或氟碳化合物分子是具有单个或多个反应性硫或硅基团的直链、支链或环状烷烃、烯烃或炔烃分子。3.根据权利要求1或2所述的电化学生物传感器，其中所述一种或多种反应性硫基团是一种或多种硫醇或硅烷基团。4.根据前述权利要求中任一项所述的电化学生物传感器，其中所述氟碳化合物分子是直链氟代烷硫醇或氟代烷硅烷。5.根据权利要求4所述的电化学生物传感器，其中所述直链氟代烷硫醇或氟代烷硅烷选自由以下组成的组：1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8
‑
十三氟
‑1‑
辛硫醇3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10
‑
十七氟
‑1‑
癸硫醇3,3,4,4,5,5,6,6,6
‑
九氟
‑1‑
己硫醇2,2,2
‑
三氟乙硫醇1H,1H,2H,2H
‑
全氟辛基三乙氧基硅烷1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷；和1H,1H,2H,2H
‑
全氟十二烷基三氯硅烷。6.根据权利要求4所述的电化学生物传感器，其中所述直链氟代烷硫醇是1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸硫醇。7.根据前述权利要求中任一项所述的电化学生物传感器，其中所述电极表面由玻璃碳；金属氧化物；导电聚合物；或包括金、钌、铑、钯、铂和银的贵金属形成。8.根据权利要求7所述的电化学生物传感器，其中所述电极表面是金。9.根据前述权利要求中任一项所述的电化学生物传感器，进一步包括由涂覆在所述电极的表面上的SAM层捕获的生物剂。10.根据权利要求9所述的电化学生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：达米恩，
申请(专利权)人：斯特拉斯克莱德大学，
类型：发明
国别省市：