[发明专利]一种仿生血管微组织电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种仿生血管微组织电化学传感器及其制备方法和应用，属于电化学传感器和食品安全检测技术领域。本发明首先将聚多巴胺改性多壁碳纳米管、甲基丙烯酰化明胶溶液、肥大细胞和血管内皮细胞按照比例混合均匀，得到了生物墨水；之后采用投影式光固化生物3D打印技术制备得到血管微组织模型；再利用金及铜基金属有机骨架修饰石墨棒电极，将血管微组织模型嵌套在修饰电极上，组建三电极体系，连通电化学工作站，得到电化学传感器；最后采用电化学传感器检测食品中的过敏原。本发明在一定程度上模拟了体内过敏环境，可以更加真实地检测食物过敏原，而且减小了手工操作所带来的误差，大幅度缩短了传感器的构建时间。

技术领域

本发明涉及一种仿生血管微组织电化学传感器及其制备方法和应用，属于电化学传感器和食品安全检测技术领域。

背景技术

食物过敏是人体对食物中的抗原物质产生的、由免疫系统介导的不良反应，已成为公众广泛关注的全球性问题。鱼肉营养丰富，是日常膳食中最为常见的高蛋白水产品，同时亦是易引发食物过敏的八大过敏食物之一，具有致敏风险。

目前，针对过敏原蛋白的检测方法主要是基于免疫学原理以及基于质谱学原理，例如ELISA、气相色谱-质谱联用等。但传统的检测方法存在缺陷，例如易出现假阳性、依托于大型仪器及专业人员、局限于专业的实验室操作、无法满足现场检测的需要、成本效益较差等。随着食物多样化以及食品基质的愈加复杂，这些缺陷限制了传统检测方法的应用范围，因此需要开发多学科交叉的新兴技术。

细胞传感器作为一种新兴的检测技术手段，由于生物识别元件为完整的活细胞，因而能够反映更全面的生化信号。但目前绝大多数细胞传感器的制备侧重于将细胞固定于电极表面，使得细胞在传感界面以二维状态呈现，细胞只是单纯的聚集，并没有形成类似人体组织的三维立体结构，难以真正地模拟体内过敏环境，除此之外，细胞传感器在制备过程中易受到人工操作误差的影响，难以实现高通量、标准化的制备，传感器的稳定性和重现性得不到保障。因此，开发仿生微组织传感体系就显得尤为重要，通过类似于细胞外基质的成分包裹细胞构建仿生微组织，模拟体内细胞生长的三维环境，与电化学传感技术相结合，进而实现真实仿生传感。

已有研究利用水凝胶材料包裹细胞实现简单的细胞三维空间排布，但人工操作带来的误差将影响体外仿生组织制备的标准化与高通量，且传感器的稳定性和重现性得不到保障。也有许多研究报道使用生物3D打印技术制备的人体仿生组织应用于伤口愈合、药物筛选、皮损模拟等领域，但在电化学传感检测中的应用鲜有报道。血管作为覆盖人体全身的器官，当人体受到外来过敏原的刺激时，过敏介质便可通过血管随血液运输迅速遍及体内，将引发全身过敏症状，因此，如何借助生物3D打印技术高通量、标准化制备仿生血管微组织，之后用于新一代电化学传感器的构建，以实现更加精确、稳定、真实性的过敏原检测是目前亟需解决的问题。

发明内容

[技术问题]

目前，绝大多数细胞传感器的制备难以真正地实现体内过敏环境的模拟。利用水凝胶材料包裹细胞可实现简单的细胞三维空间排布，但人工操作影响了仿生组织制备的标准化与高通量，导致传感器的稳定性差。此外，生物3D打印技术制备的人体仿生组织用于电化学传感检测鲜有报道。

[技术方案]

为了解决上述至少一个问题，本发明通过投影式光固化生物3D打印机高通量、标准化制备仿生血管微组织模型；之后将仿生血管微组织嵌套在修饰过的石墨棒电极上，组建三电极体系，连通电化学工作站构建仿生血管微组织电化学传感器；随后用鱼肉过敏原鱼小清蛋白刺激仿生血管微组织，通过差分脉冲伏安法识别鱼小清蛋白的传感信号，从而实现对鱼小清蛋白的快速检测。