[发明专利]一种基于碳点检测ATP的修饰电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物传感器技术领域，特别涉及一种基于碳点检测ATP的修饰电极及其制备方法。

背景技术

三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)是一种核苷酸，作为细胞内能量传递的“能量通货”，它在细胞代谢和细胞生理生化途径中起重要作用。ATP的浓度和及其消耗率是许多疾病的指示剂，例如缺氧、低血糖和帕金森氏病等。因此，ATP的快速高效测定，在生物化学研究与临床医学诊断中都有非常重要的意义。

近年来，适配体(aptamer)作为识别元件能高效、特异性地结合目标生物小分子，为化学生物学和生物医学提供了一种新的研究平台。由于其自身稳定性好、制备合成相对简单、易获得、易功能化修饰与标记等优势，在生物传感器设计中成为研究热点。

在文献(1) 中国发明专利公开号CN 101936945 A中，徐国宝等人设计了一种检测ATP的传感器，其修饰电极的设计原理如下：将ATP适配体链分成两个序列，分别为DNA单链和部分DNA双链中第一链3’末端，提供部分DNA双链中第二链，其与所述部分DNA双链中第一链5’末端互补，从而可形成部分DNA双链。将表面固定有DNA单链的金电极浸入所述部分DNA双链与待测样品的混合液中后，以钌化合物作为电化学发光探针对所述金电极进行电致化学发光(ECL)检测。由于钌化合物配体较大的芳香环具有嵌入DNA双链结构的功能，因此，在不存在ATP的情况下，所述DNA单链与所述部分DNA双链相互间不结合，因此很少有钌化合物到达电极表面，从而不产生或产生微弱的ECL信号；当有ATP存在时，在ATP诱导下DNA单链和部分DNA双链及ATP结合，在电极表面形成复合物。作为ECL探针，钌化合物通过嵌入DNA双链结构到达电极表面，产生较强的ECL信号，实现对ATP的检测。但该工作采用将探针分子钌化合物嵌入到DNA双链结构与单链DNA共同作用实现对ATP的检测，会导致适配体与ATP结合力下降的问题，并且电极制备及测试操作过程较复杂。

在文献(2) Analytical Chemistry, 2014, 86: 8735-8741中，Yueting Liu等人设计了一种“三明治”结构的传感器来检测ATP，其修饰电极的设计原理如下：“三明治”结构是通过两个杂交反应来实现，首先玻碳电极表面固定上量子点的DNA1与ATP适配体杂交，然后修饰有DNA2的信号探针与适配体杂交，从而形成三明治结构。当目标检测物ATP不存在时，信号探针可以消耗溶解氧导致共反应试剂的消耗，使得ECL强度降低，当目标检测物ATP存在时，ATP与适配体结合，导致适配体脱离电极表面，因此信号探针在电极表面有较低的负载量，实现了目标分析物诱导的结构转换，引起ECL强度的增加，从而实现ATP的检测。该工作采用信号探针标记的方法设计了一种“三明治”结构来检测ATP，但该方法利用两次杂交使适配体与其互补链互补，导致适配体与ATP结合力下降，同时采用标记物标记，测试操作过程较复杂。

在文献(3) Biosensors and Bioelectronics, 2013, 47: 271-277中，Juanjuan Lu等人利用ATP适配体设计了一种检测ATP的传感器，其修饰电极的设计原理如下：将ATP适配体分成两段分别为DNA1与DNA2（DNA2的3’末端修饰上二氧化硅与石墨烯量子点GQDs的复合物），首先DNA1通过金硫键固定于金电极表面，将电极用巯基乙醇行封闭，再将电极浸入含有DNA2与ATP的溶液中，在ATP存在的情况下，DNA1、DNA2和ATP结合在一起，因此GQDs固定于电极表面，引起ECL强度的增加，ATP浓度越高，电极表面石墨烯量子点负载量越多，因此ECL强度越高，据此实现对ATP的检测。该方法中GQDs具有低毒性和较好生物相容性，但该方法需要对ATP适配体链末端进行修饰，以将量子点修饰到适配体链上产生信号，此操作引起适配体与ATP结合力降低的问题，且测试操作过程较复杂。

发明内容

在已报道的基于ATP适配体检测ATP的文献中，修饰电极测试原理及修饰电极制备过程均较复杂，亟需设计制备测试原理简单、制备过程简便、无标记且成本低廉的修饰电极。