CN101701960A - 一种检测微囊藻毒素的化合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测微囊藻毒素的化合物及其应用。本发明提供了一种检测微囊藻毒素-LR(MC-LR)的化合物,是将微囊藻毒素的单克隆抗体偶联到聚联乙炔囊泡的聚联乙炔上得到的偶联物。所述检测微囊藻毒素-LR的化合物均可应用于微囊藻毒素-LR的检测。本发明的化合物,在检测藻毒素MC-LR时,兼具高灵敏度、快速、成本低廉和方便等优势。由于肉眼可见的颜色变化,使得本发明和传统的分析方法相比,更适用于现场的水质量检测。本发明的方法具有操作简单、成本低廉、检测周期短、肉眼可识别等优点,便于进行野外测试和地表水的随时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测微囊藻毒素的化合物及其应用。
背景技术
藻毒素是由于水体污染引起的蓝藻过度生长所分泌的毒素。这种毒素具有极强的肝毒性,容易引起急性肝炎,促使肝癌变;对蛋白磷酸酶有极强的抑制性并易引起大肠等的癌变。该毒素对水生物没有毒性,却很容易在其体内富集。当富集到一定程度后,其浓度会超过人类饮水的最高浓度而对人的健康产生极大危害。
至今发现的藻毒素已有80多种变体。他们在化学结构上,都有一个圆形的,由5个氨基酸组成的环状结构:其中两个L型氨基酸被不同氨基酸替代后产生了不同的变体。由这种氨基酸可以命名不同的藻毒素异构体。在藻毒素家族中,微囊藻毒素-LR(MC-LR)是至今研究最多也是最具代表性的藻毒素种类之一,分子式为C49H74N10O12,分子量为995.2,是一组环状七肽,其结构见图1。藻毒素对人类的危害至极,尤其是MC-LR,因此在过去的几十年中,研究者对藻毒素的研究主要集中在对地表水中MC-LR的检测。
目前用来检测藻毒素的技术有很多。至今为止,化学的分析方法,如高效液相色谱及其与紫外联用,质谱以及质谱串联等,可以达到0.1-1ng/mL的最低检测限。但是,这些分析方法都价格昂贵,体积庞大,这也就限制了该类仪器在现场进行地表水中MC-LR的检测。
生物毒理实验也曾作为可选的检测方式,基于这种方法简化了检测过程的步骤,尤其适用于新毒素变体的检测。然而,这种检测方法大量消耗实验动物个体、藻毒素,并且检测周期长,无法进行定量分析,没有得到普遍的应用。蛋白酶抑制分析法(PPIA)等也被广泛的研究,PPIA技术具有高的灵敏度至ng/L的数量级别。但是这种技术特异性,只能检测所有毒素变构体的量并且还需要另行加入的标记物质才能检测。
由于藻毒素的低检测限要求,使得免疫分析法越来越受到关注。免疫分析法可以轻松特异而灵敏的检测到1μg/L(1ng/mL)的浓度-世界卫生组织制定的饮水标准值。同时,免疫分析法可使用最小的装置并且不需要样品预处理。正是基于这些优势,酶联免疫吸附法(ELISA)成为最广泛使用的检测MC-LR的方法,从而成为中国环境质量标准-地表水藻毒素检测的标准方法(GB3838-88,2002)。然而,即使以ELISA为代表的免疫分析技术也存在一些问题。这项技术的检测过程步骤复杂而其关键的检测结果需要酶催化的颜色反应进行标记-这就不可避免的增多了实验步骤和最后的数据分析,并且增加了实验的成本。因此,发明灵敏、快速、简单、便携和成本低的新型的检测MC-LR技术成为了极迫切的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测微囊藻毒素的化合物及其应用。
本发明提供了一种检测微囊藻毒素-LR(MC-LR)的化合物,是将微囊藻毒素-LR的单克隆抗体偶联到聚联乙炔囊泡的聚联乙炔上得到的偶联物。
所述偶联物可采用如下方法制备:将1-9.6μg微囊藻毒素-LR的单克隆抗体与聚联乙炔囊泡进行偶联;所述聚联乙炔囊泡是由1-4μmol联乙炔制备得到的。所述偶联物具体可采用如下方法制备:将8μg微囊藻毒素-LR的单克隆抗体与聚联乙炔囊泡进行偶联得到的;所述聚联乙炔囊泡是由4μmol联乙炔制备得到的。
所述偶联物可采用如下方法制备:在交联剂的作用下,所述聚联乙炔囊泡和1-9.6μg所述微囊藻毒素-LR的单克隆抗体在磷酸缓冲液中反应,得到所述偶联物;所述交联剂为N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC);所述聚联乙炔囊泡是由1-4μmol联乙炔制备得到的。所述偶联物具体可采用如下方法制备:在交联剂的作用下,所述聚联乙炔囊泡和8μg所述微囊藻毒素-LR的单克隆抗体在磷酸缓冲液中反应,得到所述偶联物;所述聚联乙炔囊泡是由4μmol联乙炔制备得到的;所述交联剂为N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)。最后采用透析的方法,将多余的抗体除去,从而得到具有识别功能的检测微囊藻毒素的化合物。囊泡溶液中的聚联乙炔(蓝色)通过交联反应,可在表面产生活性酯基团,与抗体的胺基发生反应,从而使微囊藻毒素-LR的单克隆抗体连接到聚联乙炔囊泡的聚联乙炔上。该反应需要在超净台中操作,且在连接抗体的过程中,需要保持不超过4℃的低温进行操作。本步骤为了避免紫外线聚合联乙炔分子过程,对抗体蛋白质的改性而使其失活,创新性的采用了在蓝色聚联乙炔囊泡表面进行交联反应的实验顺序,为得到灵敏的聚联乙炔生物传感器奠定了基础。
所述N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的用量可为10-40μmol;所述1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)的用量可为10-40μmol。所述磷酸缓冲液可为pH=7.410mM的磷酸缓冲溶液。
所述聚联乙炔囊泡可采用如下方法制备:在磷酸缓冲液中,将联乙炔超声处理;然后在254nm、60w的紫外灯下照射,得到聚联乙炔囊泡。所述聚联乙炔囊泡具体可采用如下方法制备:在pH=7.410mM磷酸缓冲液中,将联乙炔超声处理;然后在254nm、60w的紫外灯下照射1-2分钟,得到聚联乙炔囊泡;所述超声处理的条件为:超声功率为800w、每间隔10s工作一次,工作20次。所述聚联乙炔囊泡更具体可采用如下方法制备:采用SCIENIZ JY92-II型超声细胞粉碎仪对联乙炔单体在磷酸缓冲溶液中所形成的聚联乙炔囊泡前驱体进行均化(超声功率为800w、每间隔10s工作一次,工作20次)。在过夜4℃下冷冻后,即进行紫外照射(254nm、60w的紫外灯下照射1-2分钟),得到蓝色的囊泡溶液。这样所得到的聚联乙炔囊泡,不但粒径小、分布均一,而且不同批次之间的重复性强。
以上任一所述检测微囊藻毒素-LR(MC-LR)的化合物均可应用于微囊藻毒素-LR的检测。不含微囊藻毒素-LR的样本中,CR值都在10%以下,微囊藻毒素-LR含量越高,CR值越大,CR值为15%以上识别已经明显了。
本发明提供的方法,是利用以上所述化合物对微囊藻毒素-LR进行检测。有序排列的联乙炔分子(PCDA)在紫外光照射下发生聚合得到聚联乙炔(PDA)。PDA作为两性分子,在溶液中可自动形成具有双层膜结构的囊泡。聚联乙炔的线性骨架的离域电子,在可见光区产生跃迁,会显示特有的蓝色。聚联乙炔囊泡表面可以进行不同的修饰从而引入分子探针,遇到可识别的生物大分子时,会由蓝色转变为红色。
用本发明的化合物检测微囊藻毒素-LR,操作简单、成本低廉、周期短。由于能产生肉眼可见的颜色信号变换,对于野外地表水中微囊藻毒素-LR的检测更加适用。这种技术在检测水污染的应用方面也更易普及,容易产业化。
本发明中通过对聚联乙炔表面的修饰,成功的将微囊藻毒素-LR的单克隆抗体(anti-MC-LR)嵌入聚联乙炔表面,得到可以对微囊藻毒素-LR进行识别的化合物。尽管基于抗体抗原特异性作用的免疫分析已经在医疗诊断及治疗中得到了应用和大量的研究,如今广泛使用的免疫分析方法仍然相对繁琐和昂贵。而本发明的化合物,在检测微囊藻毒素-LR时,兼具了高灵敏度、快速、成本低廉和方便等优势。由于肉眼可见的颜色变化,使得本发明和传统的分析方法相比,不但更加适用于现场的水质量检测,而且为免疫传感器最大检测效果的发挥奠定了工作基础,并扩展了聚联乙炔这种优势生物传感大分子在生物监测方面的应用。同时对其他领域生物传感器的制作及发明有着重要的启示意义本发明的方法具有操作简单、成本低廉、检测周期短、肉眼可识别等优点,便于进行野外测试和地表水的随时监测。用这种方法可以实现1ng/mL的最低检测限(国家标准及世界卫生组织推荐的人类可摄入的最大浓度)。
附图说明
图1为MC-LR的结构示意图。
图2为检测MC-LR的化合物的制作流程示意图。
图3为连接不同浓度抗体的检测MC-LR的化合物的识别灵敏度示意图。
图4为连接不同浓度抗体的检测MC-LR的化合物的识别颜色示意图。
图5为检测MC-LR的化合物对不同浓度的MC-LR检测的动力曲线。
图6为检测MC-LR的化合物对不同浓度的MC-LR检测的颜色示意图(a-偶联了单克隆抗体的聚联乙炔囊泡;b-e:与1ng/mL,10ng/mL,50ng/mL,100ng/mL MC-LR结合)。
图7为检测MC-LR的化合物与MC-LR作用前后的电镜示意图。
图8不同配比的聚联乙炔与单克隆抗体对不同浓度MC-LR的识别示意图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。
联乙炔分子:Sigma-Aldrich。
MC-LR:伊普瑞斯科技有限公司E-LR-C100
MC-LR的单克隆抗体:伊普瑞斯科技有限公司E-LR(MC8C10)-C200。
灵敏度由聚联乙炔蓝色变红色的程度,比色响应(colorimetric response,简写成CR)来表示,CR=[(PB0-PBf)/PB0]×100%,而PB=Ablue/(Ablue+Ared),Ablue是蓝色聚联乙炔对红波(在640nm左右)的吸收强度,Ared是红色聚联乙炔对蓝波(在540nm左右)的吸收强度,PB0是加入待测样本前的偶联物溶液对红波吸收所占的百分数,PBf是加入待测样本后的偶联物溶液对红波吸收所占的百分数。CR值越大,说明聚联乙炔变红的程度越大。
检测MC-LR的化合物的制作流程和检测示意图见图2。
实施例1、参数的优化
一、聚联乙炔的囊泡溶液的制备
1、将联乙炔分子(PCDA)(单体)的粉末溶解于氯仿中配制成1mM的溶液。取10ml 1mM的PCDA溶液于25mL的圆底烧瓶,在ELELAN-1100真空旋蒸仪中45℃将氯仿溶剂全部旋干,至瓶壁形成一层白色薄膜。再用N2气吹10-15min。
2、在步骤1的圆底烧瓶中加入10mL pH=7.410mM磷酸缓冲液,SCIENIZ JY92-II型超声细胞粉碎仪探针超声5min,得到半透明的溶液。将所制得的半透明溶液置于4℃冰箱过夜。在254nm,60w的紫外灯下照射2min,得到透明蓝色溶液,即为聚联乙炔囊泡溶液。所得到的聚联乙炔囊泡,粒径小、分布均一。
二、参数的优化
1、单抗的浓度
取4mL聚联乙炔囊泡溶液(含有4微摩尔PCDA),表面基团活化后,溶解成2mL组装体溶液,在4℃下加入MC-LR的单克隆抗体,抗体的终浓度从2mg/L逐渐增加到5mg/L,得到的偶联物溶液。分别加入MC-LR(终浓度为50ng/mL),均匀混合,37℃水浴孕育30min以上进行抗体抗原作用的检测。其中,为了最大限度的降低实验误差,聚联乙炔囊泡溶液一批制得;不同浓度的微囊藻毒素单克隆抗体同时加入;偶联物同时进行透析分离;在同样条件下,同样时间段内,检测抗体抗原的结合作用。
结果见图3和图4。随着加入抗体浓度的增大,对于50ng/mL MC-LR检测的灵敏度先变大后减小,4微摩尔PCDA与4.0mg/L抗体(4微摩尔PCDA与8μg抗体)配比的偶联物的灵敏度最大。这是由于过多抗体在PDA囊泡表面的排布,会使得其表面的空间拥挤,使得抗原无法接近或结合了抗原的抗体没有足够的空间转动而造成PDA骨架结构的变化,也就无法很好的转变为红相。
2、检测不同浓度的抗原
选择表面负载了最佳单克隆抗体量的聚联乙炔-抗体组装体溶液2mL(PCDA∶抗体=4μmol∶8μg),取相同的体积加入不同浓度的MC-LR。MC-LR的浓度分别为0ng/mL、1ng/mL、10ng/mL、50ng/mL、100ng/mL。37℃水浴孕育30min,并同时记录不同时间点抗体抗原的结合程度,考察免疫检测藻毒素过程的动力学变化(见图5)。随着加入的藻毒素MC-LR的增多,宏观上,蓝色聚联乙炔溶液逐渐由蓝色变为紫色、紫红色、粉色直至红色(见图6);微观上,MC-LR因与其单克隆抗体结合而使得反应溶液由原来分散较好的囊泡聚集体转变为二聚体,三聚体,甚至成片的聚集在一起(见图7;A作用前;B作用后)。
实施例2、检测微囊藻毒素-LR的化合物的制备
1、将联乙炔分子(PCDA)(单体)的粉末溶解于氯仿中配制成1mM的溶液。取10ml 1mM的PCDA溶液于25mL的圆底烧瓶,在ELELAN-1100真空旋蒸仪中45℃将氯仿溶剂全部旋干,至瓶壁形成一层白色薄膜。再用N2气吹10-15min。
2、在步骤1的圆底烧瓶中加入10mL pH=7.410mM磷酸缓冲液,SCIENIZ JY92-II超声细胞粉碎机探针超声5min(超声功率为800w,每间隔10s工作一次,工作20次),得到半透明的溶液。将所制得的半透明溶液置于4℃冰箱过夜。在254nm、60w的紫外灯下照射2min,得到透明蓝色溶液,即为聚联乙炔囊泡溶液。
3、取4mL步骤2得到聚联乙炔囊泡溶液(含有4微摩尔PCDA),向其中加入40微摩尔NHS和40微摩尔EDC(PCDA∶EDC∶NHS=0.1∶1∶1;摩尔比)。常温下反应30min。离心机10000r/min离心,三次以上,去除上清液中多余的NHS和EDC,得到沉淀。
4、将步骤3得到的沉淀溶于2mL磷酸缓冲溶液(pH=7.4,10mM)中,在4℃冰箱预冷后加入8微克MC-LR的单克隆抗体(PCDA∶抗体=4μmol∶8μg),在4℃冰箱中搅拌混合过夜。
5、将步骤4的溶液在4℃冰箱中透析过夜,从而去除多余未接上的抗体。
实施例3、检测微囊藻毒素-LR的化合物的制备
1、将联乙炔分子(PCDA)(单体)的粉末溶解于氯仿中配制成1mM的溶液。取10ml 1mM的PCDA溶液于25mL的圆底烧瓶,在ELELAN-1100真空旋蒸仪中45℃将氯仿溶剂全部旋干,至瓶壁形成一层白色薄膜。再用N2气吹10-15min。
2、在步骤1的圆底烧瓶中加入10mL pH=7.410mM磷酸缓冲液,SCIENIZ JY92-II超声细胞粉碎机探针超声5min(超声功率为800w,每间隔10s工作一次,工作20次),得到半透明的溶液。将所制得的半透明溶液置于4℃冰箱过夜。在254nm、60w的紫外灯下照射2min,得到透明蓝色溶液,即为聚联乙炔囊泡溶液。
3、取1mL步骤2得到聚联乙炔囊泡溶液(含有1微摩尔PCDA),向其中加入10微摩尔NHS和10微摩尔EDC(PCDA∶EDC∶NHS=0.1∶1∶1;摩尔比)。常温下反应30min。离心机10000r/min离心,三次以上,去除上清液中多余的NHS和EDC,得到沉淀。
4、将步骤3得到的沉淀溶于2mL磷酸缓冲溶液(pH=7.4,10mM)中,在4℃冰箱预冷后加入1微克微MC-LR的单克隆抗体(PCDA∶抗体=1μmol∶1μg),在4℃冰箱中搅拌混合过夜。
5、将步骤4的溶液在4℃冰箱中透析过夜,从而去除多余未接上的抗体。
实施例4、检测微囊藻毒素-LR的化合物的制备
1、将联乙炔分子(PCDA)(单体)的粉末溶解于氯仿中配制成1mM的溶液。取10ml 1mM的PCDA溶液于25mL的圆底烧瓶,在ELELAN-1100真空旋蒸仪中45℃将氯仿溶剂全部旋干,至瓶壁形成一层白色薄膜。再用N2气吹10-15min。
2、在步骤1的圆底烧瓶中加入10mL pH=7.410mM磷酸缓冲液,SCIENIZ JY92-II超声细胞粉碎机探针超声5min(超声功率为800w,每间隔10s工作一次,工作20次),得到半透明的溶液。将所制得的半透明溶液置于4℃冰箱过夜。在254nm、60w的紫外灯下照射2min,得到透明蓝色溶液,即为聚联乙炔囊泡溶液。
3、取4mL步骤2得到聚联乙炔囊泡溶液(含有4微摩尔PCDA),向其中加入40微摩尔NHS和40微摩尔EDC(PCDA∶EDC∶NHS=0.1∶1∶1;摩尔比)。常温下反应30min。离心机10000r/min离心,三次以上,去除上清液中多余的NHS和EDC,得到沉淀。
4、将步骤3得到的沉淀溶于2mL磷酸缓冲溶液(pH=7.4,10mM)中,在4℃冰箱预冷后加入9.6微克MC-LR的单克隆抗体(PCDA∶抗体=4μmol∶9.6μg),在4℃冰箱中搅拌混合过夜。
5、将步骤4的溶液在4℃冰箱中透析过夜,从而去除多余未接上的抗体。
实施例5、微囊藻毒素-LR的检测
分别取实施例2至4制备的溶液,设置4组平行处理,每组处理设置三个重复,每个重复为1mL溶液。在4组平行处理中分别加入等体积不同浓度的MC-LR溶液(溶质为MC-LR;溶剂为pH=7.410mM磷酸缓冲溶液),使得MC-LR的终浓度分别为1ng/mL、10ng/mL、50ng/mL、100ng/mL。设置1组阴性对照,加入等体积的磷酸缓冲溶液(pH=7.410mM)。混合搅拌,在37℃水浴中孵育30min。
各个处理的CR值见图8。阴性对照的CR值都在10%以下,结果表明,待测溶液中,微囊藻毒素含量越高,CR值越大。CR值为15%以上识别已经明显了。
Claims (10)
1.一种检测微囊藻毒素-LR的化合物,是将微囊藻毒素-LR的单克隆抗体偶联到聚联乙炔囊泡的聚联乙炔上得到的偶联物。
2.如权利要求1所述的化合物,其特征在于:所述偶联物是将1-9.6μg微囊藻毒素-LR的单克隆抗体与聚联乙炔囊泡进行偶联得到的;所述聚联乙炔囊泡是由1-4μmol联乙炔制备得到的。
3.如权利要求2所述的化合物,其特征在于:所述偶联物是将8μg微囊藻毒素-LR的单克隆抗体与聚联乙炔囊泡进行偶联得到的;所述聚联乙炔囊泡是由4μmol联乙炔制备得到的。
4.如权利要求1所述的化合物,其特征在于:所述偶联物的制备方法如下:在交联剂的作用下,所述聚联乙炔囊泡和1-9.6μg所述微囊藻毒素-LR的单克隆抗体在磷酸缓冲液中反应,得到所述偶联物;所述交联剂为N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺;所述聚联乙炔囊泡是由1-4μmol联乙炔制备得到的。
5.如权利要求4所述的化合物,其特征在于:所述偶联物的制备方法如下:在所述交联剂的作用下,所述聚联乙炔囊泡和8μg所述微囊藻毒素-LR的单克隆抗体在磷酸缓冲液中反应,得到所述偶联物;所述聚联乙炔囊泡是由4μmol联乙炔制备得到的。
6.如权利要求4或5所述的化合物,其特征在于:所述N-羟基琥珀酰亚胺的用量为10-40μmol;所述1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺的用量为10-40μmol。
7.如权利要求4至6中任一所述的化合物,其特征在于:所述磷酸缓冲液为pH=7.410mM的磷酸缓冲溶液。
8.如权利要求1至7中任一所述的化合物,其特征在于:所述聚联乙炔囊泡的制备方法包括如下步骤:在磷酸缓冲液中,将联乙炔超声处理;然后在254nm、60w的紫外灯下照射,得到聚联乙炔囊泡。
9.如权利要求8所述的化合物,其特征在于:所述聚联乙炔囊泡的制备方法包括如下步骤:在pH=7.410mM磷酸缓冲液中,将联乙炔超声处理;然后在254nm、60w的紫外灯下照射1-2分钟,得到聚联乙炔囊泡;所述超声处理的条件为:超声功率为800w,每间隔10s工作一次,工作20次。
10.权利要求1至9中任一所述化合物在检测微囊藻毒素-LR中的应用。
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