本發(fā)明屬于生物傳感，具體涉及一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、離子通道蛋白作為細(xì)胞膜的重要組成部分，對于維持細(xì)胞的多種關(guān)鍵生物學(xué)功能至關(guān)重要。它們通過促進(jìn)離子特異性地跨膜運(yùn)輸來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度差，從而參與多種生理過程。目前，研究離子通道蛋白的方法主要包括基因工程技術(shù)、膜片鉗技術(shù)和原位光譜電化學(xué)技術(shù)等。這些方法可以幫助科學(xué)家們深入了解離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)節(jié)機(jī)制。為了能夠最大限度地保持其原有的生物學(xué)功能，需要設(shè)計一種裝置以便更好地模擬它們自然的生物學(xué)環(huán)境。

2、現(xiàn)有技術(shù)中的一種策略是通過組氨酸標(biāo)簽將溶解的蛋白質(zhì)附著在適當(dāng)功能化的金屬表面，然后采用活性劑-脂質(zhì)交換策略在固定的蛋白質(zhì)周圍重建脂質(zhì)雙分子層。然而，該策略構(gòu)建的裝置存在如下三個主要問題：(1)在這些蛋白質(zhì)栓系的脂質(zhì)雙分子層中，蛋白質(zhì)的流動性受到嚴(yán)重限制；(2)表達(dá)和純化帶有組氨酸標(biāo)簽的蛋白工藝流程較為復(fù)雜，存在一定的技術(shù)壁壘；(3)缺乏可容納離子的離子儲庫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的生物傳感器，構(gòu)建流程簡單，性質(zhì)穩(wěn)定，能用于容納且保持離子通道蛋白天然活性的生物傳感器，并適配于多種表征技術(shù)。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，包括：

4、表面鍍有金膜的固體基底；

5、自組裝在所述固體基底上的相分離的親疏水混合單層；

6、鋪展在所述親疏水混合單層上的膽固醇分子chol摻雜的單雙層交替的活性脂質(zhì)分子層；

7、所述親疏水混合單層中的疏水性烷基硫醇化合物為錨定分子，用于固定活性脂質(zhì)分子層；所述親疏水混合單層中的親水性巰基化合物為間隔分子，用于保證離子儲庫的形成；

8、所述活性脂質(zhì)分子層，用于提供活性仿生界面；

9、所述活性脂質(zhì)分子層中摻雜的膽固醇分子chol用于增加生物傳感器的穩(wěn)定性。

10、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，所述疏水性烷基硫醇化合物為正癸硫醇，正十二烷基硫醇(dt)，正十四烷基硫醇，正十六烷基硫醇和正十八烷基硫醇(odt)中的一種。

11、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，所述親水性巰基化合物為巰基乙醇(me)，巰基乙銨(ca)，巰基丙酸(mpa)和正-硫代-β-d-葡萄糖(β-tg)中的一種。

12、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，所述活性脂質(zhì)分子層中脂質(zhì)分子為磷脂酰膽堿(pc)，磷脂酰乙醇胺(pe)和磷脂酰絲氨酸(ps)和磷脂酰甘油(pg)中的一種或多種的混合物，所述脂質(zhì)分子的電荷多樣性可定量地調(diào)控生物傳感器的膜電位。

13、一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器的制備方法，包括以下步驟：

14、步驟s1、采用替換吸附或者共吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層；

15、采用替換吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層的步驟如下：

16、室溫下，將表面鍍有金膜的固體基底浸入親水性巰基化合物的乙醇溶液中，通過au-s自組裝在固體基底上形成親水性單層；組裝完成后，用乙醇將游離的親水性巰基化合物分子沖洗干凈并吹干待用；接著，將修飾了親水性巰基化合物的固體基底浸泡在疏水性烷基硫醇化合物的乙醇溶液中，通過替換吸附，在固體基底上形成相分離的親疏水混合單層；

17、采用共吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層的步驟如下：

18、室溫下，將表面鍍有金膜的固體基底浸入在疏水性烷基硫醇化合物和親水性巰基化合物的混合溶液，通過au-s自組裝在固體基底上形成相分離的親疏水混合單層；

19、步驟s2、通過薄膜水合超聲法制備膽固醇分子chol摻雜的活性脂質(zhì)分子；

20、步驟s3、將步驟s2制備的膽固醇分子chol摻雜的活性脂質(zhì)分子在水溶液中通過囊泡融合的方式鋪展在步驟s1中所形成的親疏水混合單層上，在室溫下孵育，形成一個膽固醇分子chol摻雜的單雙層交替的活性脂質(zhì)分子層，構(gòu)建得到所述生物傳感器；

21、步驟s4、用水溶液反復(fù)清洗步驟s3所構(gòu)建的生物傳感器，以洗去吸附及游離的脂質(zhì)分子。

22、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，步驟s1中，采用替換吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層時，所述親水性巰基化合物和疏水性烷基硫醇化合物的濃度均為0.5～2mmol·l-1。

23、在上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選的是，步驟s1中，采用替換吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層時，親水性巰基化合物吸附時間為5～15分鐘，疏水性烷基硫醇化合物吸附時間為2～3.5小時。

24、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，步驟s1中，采用共吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層時，疏水性烷基硫醇化合物和親水性巰基化合物的混合溶液的總濃度為0.5～2mmol·l-1，疏水性烷基硫醇化合物和親水性巰基化合物的摩爾比為0.1～0.7；混合溶液的吸附時間為0.5～2小時。

25、在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的是，步驟s2或s3中膽固醇分子chol摻雜的活性脂質(zhì)分子中膽固醇分子chol與脂質(zhì)分子的摩爾比為0.5～1；步驟s3中孵育時間為1.5～3小時。

26、一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器在膜蛋白或離子通道蛋白上的應(yīng)用。

27、本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，包括附著在金屬電極上自組裝的兩親性分子單層，以及在該單層上由膽固醇chol摻雜的脂質(zhì)囊泡融合形成的單雙層交替的脂質(zhì)層(生物傳感器底層是親疏水單層，磷脂囊泡融合時，根據(jù)親疏水相互作用，形成一種單雙層交替的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)層)，該方法可用于容納完整的離子通道蛋白并具有離子導(dǎo)通功能，可適配于多種表征技術(shù)。該生物傳感器在結(jié)構(gòu)方面與離子通道蛋白的自然環(huán)境非常接近，并表現(xiàn)出非常優(yōu)異的電學(xué)性能和長期穩(wěn)定性。

29、本發(fā)明的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，具有阻抗高，性質(zhì)穩(wěn)定，可量產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。并且適配于電化學(xué)，膜片鉗，原位光譜等多種表征技術(shù)。

30、本發(fā)明的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器的制備方法，制備過程重現(xiàn)性好，操作過程簡單，可批量生產(chǎn)，所獲得的生物傳感器能夠廣泛應(yīng)用于膜蛋白或離子通道蛋白的研究中。

技術(shù)特征：

1.一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，其特征在于，所述疏水性烷基硫醇化合物為正癸硫醇(dt)，正十二烷基硫醇，正十四烷基硫醇，正十六烷基硫醇和正十八烷基硫醇(odt)中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，其特征在于，所述親水性巰基化合物為巰基乙醇(me)，巰基乙銨(ca)，巰基丙酸(mpa)和正-硫代-β-d-葡萄糖(β-tg)中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，其特征在于，所述活性脂質(zhì)分子層中脂質(zhì)分子為磷脂酰膽堿(pc)，磷脂酰乙醇胺(pe)和磷脂酰絲氨酸(ps)和磷脂酰甘油(pg)中的一種或多種的混合物，所述脂質(zhì)分子的電荷多樣性能定量地調(diào)控生物傳感器的膜電位。

5.一種權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，采用替換吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層時，所述親水性巰基化合物和疏水性烷基硫醇化合物的濃度均為0.5～2mmol·l-1。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，親水性巰基化合物吸附時間為5～15分鐘，疏水性烷基硫醇化合物吸附時間為2～3.5小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，采用共吸附的方式制備相分離的親疏水混合單層時，疏水性烷基硫醇化合物和親水性巰基化合物的混合溶液的總濃度為0.5～2mmol·l-1，疏水性烷基硫醇化合物和親水性巰基化合物的摩爾比為0.1～0.7；混合溶液的吸附時間為0.5～2小時。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s2或s3中膽固醇分子chol摻雜的活性脂質(zhì)分子中膽固醇分子chol與脂質(zhì)分子的摩爾比為0.5～1；步驟s3中孵育時間為1.5～3小時。

10.一種權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器在膜蛋白或離子通道蛋白上的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器及其制備方法和應(yīng)用，屬于生物傳感技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的生物傳感器包括：表面鍍有金膜的固體基底，相分離的親疏水混合單層；膽固醇分子Chol摻雜的單雙層交替的活性脂質(zhì)分子層。本發(fā)明的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器，具有阻抗高，性質(zhì)穩(wěn)定，可量產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。并且適配于電化學(xué)，膜片鉗，原位光譜等多種表征技術(shù)。本發(fā)明的基于栓系磷脂雙層膜的生物傳感器的制備方法，制備過程重現(xiàn)性好，操作過程簡單，可批量生產(chǎn)，所獲得的生物傳感器能夠廣泛應(yīng)用于膜蛋白或離子通道蛋白的研究中。

技術(shù)研發(fā)人員：李姍姍,宋佳儒,史芮嘉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2