10個月發(fā)證：一種檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器、制備方法及其應(yīng)用（上海大學(xué)）

一、發(fā)明專利案件基本信息

技術(shù)領(lǐng)域：生物醫(yī)藥及納米生物材料

專利號：CN202110804642.7

專利名稱：一種檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器、制備方法及其應(yīng)用

專利申請日：2021-07-16

專利授權(quán)日：2022-05-10

專利申請人：上海大學(xué)

發(fā)明人：孫麗寧，王卓，姜宏

專利代理機構(gòu)：廣州高炬知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司

專利代理師：孫明科

二、發(fā)明專利申請文件信息

申請文件：18頁，1.41萬字，附圖3

授權(quán)權(quán)利要求：8，其中獨立權(quán)利要求：1

權(quán)項結(jié)構(gòu)：

三、發(fā)明內(nèi)容摘要：

本發(fā)明公開了一種檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器，其特征在于，其是以熱共沉淀法合成的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)，通過將該基質(zhì)表面油酸配體環(huán)氧化，與帶有氨基的供電子配體發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)，將供電子配體鍵合到上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的表面，在365 nm紫外光照射下，利用光生自由電子還原的方式，在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子表面原位生長一層金屬銀單質(zhì)，形成表面為金屬單質(zhì)銀、內(nèi)核為稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu)的納米生物傳感器。本發(fā)明還公開了其制備方法及在體表以及細胞層面實現(xiàn)過氧化氫濃度的檢測在應(yīng)用。發(fā)明提供的納米生物傳感器在水中具有分散性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物相容性好且傳感信號強度較高等優(yōu)點。

四、發(fā)明摘要附圖：

本發(fā)明制備的利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器的透射電鏡照片

五、獨立權(quán)利要求1：

1. 一種檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器，其特征在于，其是以熱共沉淀法合成的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)，通過將該基質(zhì)表面油酸配體環(huán)氧化，與帶有氨基的供電子配體發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)，將供電子配體鍵合到上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的表面，在365 nm紫外光照射下，利用光生自由電子還原的方式，在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子表面原位生長一層金屬銀單質(zhì)，形成表面為金屬單質(zhì)銀、內(nèi)核為稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu)的納米生物傳感器。

六、發(fā)明人團隊簡介

本發(fā)明由上海大學(xué)理學(xué)院、上海大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心研究團隊研發(fā)。本發(fā)明現(xiàn)有經(jīng)營成員30余人，核心發(fā)明人孫麗寧， 女， 博士， 教授研究員，德國洪堡學(xué)者，博士生導(dǎo)師。專利的其他研發(fā)人員主要為上海大學(xué)孫麗寧教授及其博士生和碩士生。

七、本發(fā)明主要的有益效果：

（1）本發(fā)明提供的利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器，重點在于基于稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子及組胺衍生物，利用光生自由電子還原的方式在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子表面原位生長一層金屬銀單質(zhì)，獲得表面為金屬單質(zhì)銀、內(nèi)核為稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)的核殼結(jié)構(gòu)的納米生物傳感器；該傳感器在水中具有分散性良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、化學(xué)組成穩(wěn)定、重復(fù)性好、成本低、檢測步驟少且傳感信號強度較高等優(yōu)點。

（2）本發(fā)明提供的納米生物傳感器的制備方法，通過熱共沉淀法發(fā)得到稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子，利用光生自由電子還原的方法在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子表面原位生長一層金屬銀單質(zhì)。該制備方法克服了現(xiàn)有合成方法的不足，簡化了制備過程、設(shè)備投入較少，反應(yīng)條件溫和且易于控制，制得的納米粒子生物傳感器均勻性好、化學(xué)組成穩(wěn)定、重復(fù)性好，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

（3）本發(fā)明提供的利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器的應(yīng)用，針對性地克服了現(xiàn)有生物傳感器單一性應(yīng)用的局限性，在充分利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒熒光成像的同時，還可以利用其發(fā)光信號強度對氧化氫濃度進行檢測，使其在具備了過氧化氫濃度實時監(jiān)測功能，同時其還兼顧抗菌抑菌的功能，親水性好，大大簡化了制備和檢測步驟，降低了綜合成本，擴展了其在生物醫(yī)藥及診療一體化領(lǐng)域的應(yīng)用，具有廣泛的應(yīng)用前景。

八、本案專利代理師經(jīng)驗分享：

近年來，生物傳感器在不同領(lǐng)域中均被看作是可取代傳統(tǒng)傳感器的分析替代方法。生物傳感器是一種分析裝置，由兩個基本部分構(gòu)成：生物受體（抗體、DNA探針或細胞等），用于利用生物分子相互作用的特異性來特異性檢測物質(zhì)；以及轉(zhuǎn)換器或傳感器，能夠?qū)⑺鍪荏w產(chǎn)生的生物識別反應(yīng)詮釋并“轉(zhuǎn)換”為可量化的光信號或電信號。令這些裝置成為具有極大吸引力的分析工具的最主要原因，在于其特異性、高敏感度、能縮短分析時間的反應(yīng)能力、能夠在整合系統(tǒng)中進行誘導(dǎo)的能力、自動化之便利，及實時操作能力、多功能性和低成本等。

現(xiàn)有技術(shù)中除了少數(shù)幾項發(fā)明專利方案外，還有文獻報道了一系列可用于過氧化氫檢測的技術(shù)，包括電化學(xué)、比色法、熒光和化學(xué)發(fā)光。但是，利用上述現(xiàn)有工藝方法制備的納米生物傳感器，各主要組分差異較大，主要組分來源受限、成本高，制備方法、檢測方法復(fù)雜、設(shè)備價格高昂，且不容易實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)；其制成品的化學(xué)穩(wěn)定性較差，生物相容性較差，特別是傳感信號強度較低，限制了其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。

針對這一情況，本發(fā)明人團隊研發(fā)了一種檢測過氧化氫濃度的納米生物傳感器、制備方法，改進傳感器的結(jié)構(gòu)，以稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子為基質(zhì)，利用其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能結(jié)合金屬單質(zhì)銀，提高傳感器的化學(xué)穩(wěn)定性，以解決現(xiàn)有生物傳感器組分來源受限、穩(wěn)定性差，化學(xué)組成差異大以及傳感信號強度低等問題，克服現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)缺陷，以實現(xiàn)利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光信號對過氧化氫濃度的檢測、傳感。

本專利涉及多個學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括納米材料、生物醫(yī)藥、制造工藝及檢測技術(shù)等，對專利代理師的跨領(lǐng)域的專業(yè)能力、綜合水平，對新材料、生物技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗要求較高。我公司派出專利代理師孫明科與研發(fā)團隊對接，反復(fù)多次與研發(fā)團隊深入交流，共同分析技術(shù)問題和發(fā)明要點，在深度檢索和多次撰寫修改的基礎(chǔ)上，完成了本項發(fā)明專利的申請文件。本案專利代理師通過與研發(fā)團隊成員密切溝通，認真聽取發(fā)明人的構(gòu)思和技術(shù)方案，并且進行了深入的技術(shù)挖掘，準(zhǔn)確縮短技術(shù)問題和技術(shù)效果，從而得到了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術(shù)方案。

本案件由于涉及機器人及納米材料、生物醫(yī)藥及檢測技術(shù)，屬于生物醫(yī)藥技術(shù)領(lǐng)域，專利代理師在提交、審查意見答復(fù)、繳費等多個環(huán)節(jié)均做了快速處理，最終使本發(fā)明按照正常審查流程，能夠在10個月的時間頒發(fā)了發(fā)明證書，為發(fā)明人團隊盡早實施該專利技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件。

本專利是專利代理師與發(fā)明人團隊密切合作完成的跨領(lǐng)域高質(zhì)量專利申請案件，雙方多次、反復(fù)討論、修改了多稿才最終定稿，發(fā)明人科研團隊及代理師對本發(fā)明均付出了辛苦的勞動。

本發(fā)明專利作為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的高質(zhì)量的發(fā)明專利，與申請人布局的其他發(fā)明專利相互配合，對納米材料、制備方法、醫(yī)學(xué)檢測等進行了合理分層、遞進式的保護，采用快速的申請和審查答復(fù)，大幅縮短了審查時間。本發(fā)明專利快速獲得授權(quán)后，有利于該申請人對該專利技術(shù)成果進行轉(zhuǎn)化、實施，盡早投入使用，產(chǎn)生更好的社會和經(jīng)濟效益。