基于压电效应和LSPR效应协同增强的光电化学免疫分析方法

技术领域

本发明属于纳米材料和生物分析技术领域，具体涉及一种基于压电效应和局域表面等离子体共振效应（LSPR）协同增强的光电化学免疫分析方法。

背景技术

随着生物医学研究的深入和对早期治疗需求的不断增长，专业医疗保健人员甚至居民为满足日常健康监测需求，对癌症相关的疾病检测提出了更高标准。常见的免疫分析方法，例如ELISA、电化学、荧光和拉曼检测等，因存在着诸如设备昂贵、操作繁琐以及需要专业人员等不足，限制了它们的应用范围。光电化学（PEC）作为电化学的一个重要分支，由于其低背景值、高灵敏度和简便的操作，有望成为即时检测（POC）的主流方法。尽管新的PEC检测策略迅速发展，但PEC生物传感器的商业应用仍然稀缺，仍面临着严峻挑战，这主要归因于PEC测试系统的小型化策略的选择。目前，主流的测试系统依赖于光源、电化学工作站和信号显示系统（通常是电脑），这限制了其在POC测试领域的进一步发展。因此，需要重新探究并发展小型化的PEC生物测试工作平台。

电极材料作为PEC传感器的重要部分，其体相中的光电子和空穴转移效率直接影响了PEC传感器的高效性。通常，研究人员通过构建p-n结、均质结或半导体表面极性修饰来提高PEC效率，重要的是，在半导体内部构建内置电场被认为是有效分离光生电子和空穴的最有效方法。NaNbO

发明内容

基于以上背景，本发明的目的在于提供一种基于压电效应和表面等离子共振（LSPR）效应协同增强的光电化学（PEC）免疫分析方法，其能够实现对前列腺目标特异性抗原PSA的高灵敏检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于压电效应和局域表面等离子体共振效应协同增强的光电化学免疫分析方法，是用于前列腺目标特异性抗原PSA的检测，其包括如下步骤：

1）Ag/NaNbO

a）压电相NaNbO

b）一步水热法制备Ag掺杂NaNbO

2）利用Ag/NaNbO

将所得Ag/NaNbO

3）含PSA的三明治型免疫复合物的制备

a）捕获抗体包被酶联免疫微孔板（ELISA）的制备：在含有碳酸钠缓冲液（0.05 M、pH 9.6）的高亲和96孔微孔板中每孔加入50 μL的捕获抗体mAb

b）葡萄糖氧化酶和检测抗体偶联AuNP（GOx-AuNPs-mAb

c）三明治型免疫复合物的制备：将50 μL含PSA的标准品溶液或样品溶液加入到步骤a）制备的微孔板中，在37℃下孵育40 min，继续加入50µL步骤b）制备的偶联物悬浊液，37℃下振荡孵育40 min，形成三明治型免疫复合物；

4）光电化学生物传感器的构建及检测

在步骤3）所得三明治型免疫复合物中加入110 µL含有4mM葡萄糖的PBS缓冲液（50mM、pH 6.5），在37℃下反应12 min，使葡萄糖氧化生成D-葡萄糖-β-内酯和过氧化氢，然后取50 µL加入到利用光电传感电极制备的光电检测池中，以小型手持式紫外线发射器为光源、便携式电流表为信号读出装置构建光电化学生物传感器并进行光电检测。

步骤2）所述超声选取最大功率（200W）的90 %。

步骤3）中a）所述封闭缓冲液为含1.0 wt % BSA的10 mM、pH 7.4的PBS溶液；b）所述碳酸钠溶液中含1.0 wt% BSA和0.1 wt%叠氮化钠，其pH为7.4。

本发明的优点如下：

1. 本发明提供一种压电效应和局域表面等离子体共振效应协同增强的光电化学免疫分析方法，可用于前列腺目标特异性抗原PSA的高灵敏检测。

2. 本发明采用Ag纳米粒子与压电半导体NaNbO

3. 本发明所提供的分析方法便于集成在微型检测器中，适合于家庭环境和POC的快速测试。

4. 本发明为光电化学免疫分析方法提供了一种新型信号增强模式。

附图说明

图1为本发明基于压电效应和局域表面等离子体共振效应协同增强的光电化学免疫分析方法中，目标PSA在微孔板上的免疫反应示意图（A）、3D打印微器件PEC记录并在智能手机上显示结果的示意图（B）及Ag/NaNbO

图2为实施例1所制备的Ag/NaNbO

图3为实施例1中对不同浓度PSA进行检测的光电响应图。

图4为实施例1获得的标准工作曲线图。

图5为实施例2中利用NaNbO

图6为实施例3中对不同特异性抗原进行检测的对比情况图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

1．压电相NaNbO

1.2 mmol的Nb

2．Ag/NaNbO

配制50 mL、2 mg·mL

图2为所得Ag/NaNbO

3．光电传感电极的制备

采用滴涂法制作电极，取20 μL、10 mg/mL的Ag/NaNbO

4．含PSA的三明治型免疫复合物的制备

1）捕获抗体mAb

2）葡萄糖氧化酶和检测抗体偶联AuNP（GOx-AuNPs-mAb

3）将50 μL不同浓度（0.08、0.2、0.5、1、2、4、10、20、50 ng·mL

5．压电效应和局域表面等离子体共振效应协同增强检测前列腺目标特异性抗原

在所得三明治型免疫复合物中加入110 µL含有4mM葡萄糖的PBS缓冲液（50 mM，pH6.5），在37℃下反应12 min，使葡萄糖被氧化生成D -葡萄糖-β-内酯和过氧化氢；最后，将50 µL包含过氧化氢的反应液加入到利用光电传感电极制备的光电检测池中，以小型手持式紫外线发射器为光源、便携式电流表为信号读出装置构建光电化学生物传感器并进行光电测试，不同浓度PSA的光电流信号响应曲线如图3所示。

由图3可见，不同浓度PSA产生的光电流从0.08 ng mL

实施例2

将实施例1步骤1、2制备的压电相NaNbO

如图5所示，独立压电相NaNbO

实施例3

将实施例1步骤4 3）中所使用的PSA标准品溶液分别采用CEA、CA-15-3、IgG、AFP、PSA及其混合物（PSA浓度为5 ng mL

如图6所示，不同组分的干扰响应较小，仅在目标PSA存在下能够输出强电流信号，表现出良好的选择性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。