[发明专利]一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用。该传感器利用Fe₃O₄@D‑A COF‑HP1从复杂样品中高效富集目标物miRNA，通过ZnSe QDs‑HP2引发催化发卡自组装(CHA)反应，使大量的ZnSe QDs连接到Fe₃O₄@D‑A COF表面，再利用磁性吸附将磁性复合物捕获到磁性工作电极表面，记录光电流信号变化。ZnSe QDs可以诱导COF复合材料的光电流极性翻转，在一定浓度范围内，目标物miRNA浓度越大，光电流极性翻转响应越明显。该光电化学生物传感器基于供体‑受体型COF材料优异的光电性质，将光电流极性翻转策略、CHA信号放大策略以及磁分离技术有机结合，实现了对复杂样品中miRNA的高灵敏检测，具有特异性强和检测方法简便、快速等优点，且对不同miRNA的检测具有普适性。

技术领域

本发明属于功能生物材料和生物传感技术领域，具体涉及一种基于磁性COF复合材料的miRNA光电化学生物传感器及其制备方法和应用。

背景技术

MicroRNA(miRNA)是由19-24个核苷酸构成的内源性非编码RNA。miRNA在多种疾病的发生和发展阶段皆存在异常表达，可以作为非创伤性诊断的标志物。因此，发展灵敏检测miRNA的分析方法对于临床诊断具有重要意义。然而，由于miRNA的序列长度短、浓度低、序列同源性高且易降解，准确地检测miRNA极具挑战。当前，应用最为广泛的miRNA检测方法包括印迹法、反转录聚合酶链反应法以及微阵列法。其中，印记法是检测miRNA的标准方法，但该方法耗时长、灵敏度低且样品需求量大。反转录聚合酶链反应法虽然具有灵敏度高和特异性好的优势，但是所需的引物短，导致该方法检测准确度不高。此外，该方法中存在的反转录步骤使得实验复杂性增加，同时増加了实验成本。尽管微阵列分析法可以实现miRNA的多重检测，但其重现性低、交叉杂交及非特异性吸附等问题降低了检测的准确度。因此，开发一种高特异性、高灵敏度且简便的miRNA检测方法是十分必要的。

光电化学(PEC)生物传感器依靠光敏材料与电极之间的电子和空穴的转移，能够将生化指标转化为可读取的光电信号，其灵敏度高、背景信号低，比传统检测方法更有优势。另外，该传感技术由于成本低，操作简单且易于小型化，目前已被推广应用于各类生物检测中。然而，传统的PEC传感器在检测过程中是基于光电信号相对于背景信号的增强或减弱进行分析，其缺点在于共存干扰物易于造成假阳性或假阴性信号，导致检测的特异性和灵敏度降低。针对上述问题，光电流极性翻转策略是一种理想的选择。光电流极性翻转型光电化学生物传感器的构建可以实现在目标物存在的情况下光电流的极性发生改变，因而具备高灵敏度和高选择性的优势。

在PEC生物传感器中，光电活性材料的选择至关重要。一些传统光电材料，如硫化物、氮化碳、氧化物等，由于光电性能良好而广泛应用于PEC传感领域。然而，对于多数传统活性材料构建的PEC传感器，在检测中都需加入电子供体，如抗坏血酸和过氧化氢等，从而补偿电子消耗而获得稳定的PEC信号。同时，光电子在光电活性材料和电子供体间的传递是分子间的传递过程，这大大降低了电子传递的效率和稳定性，因而限制了光电流响应信号强度的提高。电子供体-受体型(D-A)共价有机框架材料(COF)是由供电子基团和吸电子基团构成的新型半导体。基于D-A COF的PEC分析无需在检测液中加入电子供体即可获得良好的光电信号。另外，D-A COF能实现分子内的电子转移，具备自增强效应，有望提升PEC传感的性能，在PEC传感领域具有潜在应用前景。因此，基于供体-受体型COF材料优异的光电性质，发展新的光电流极性翻转体系，构建可用于灵敏检测miRNA的PEC生物传感器具有重要意义。

发明内容