CN102279172A - 一种检测手足口病病原的纳米探针芯片及其应用方法 - Google Patents

一种检测手足口病病原的纳米探针芯片及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种检测疾病抗原的纳米探针芯片,还涉及该纳米探针芯片的应用,属于医学检测领域。本发明将能够特异性检测病原特征信息的生物分子或特征序列与纳米荧光探针化学偶联制成纳米探针芯片,再将能够特异性淬灭荧光探针的信号探针与待测样品中的抗原分子进行杂交,将纳米探针芯片与信号探针-抗原分子复合物按照不同比例混合反应,通过荧光图谱检测仪检测纳米荧光探针强度,达到快速准确检测病原的目的。本发明不仅克服了PCR技术在多重检测方面的局限性,同时也克服了固相芯片敏感性不高、检测结果可重复性差的缺陷,与液相芯片技术相比,则具有更高检测灵敏度和更短反应时间。该纳米探针芯片检测种类多、操作简单、灵敏度高、特异性强且检测准确,在各类病原、微生物及肿瘤标志物检测方面具有广阔的应用前景。

Description

一种检测手足口病病原的纳米探针芯片及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种病原检测纳米探针芯片,特别是涉及特异检测手足口病病原的纳米探针芯片技术及其应用。
背景技术
手足口病(hand-foot mouth disease,HFMD)是由肠道病毒引起的传染病,多发生于婴幼儿,可引起手、足、口腔等部位的疱疹,个别患者可引起心肌炎、肺水肿、无菌性脑膜炎等并发症。引发手足口病的肠道病毒有20多种(型),柯萨奇病毒A组的16、4、5、9、10型,B组的2、5型,以及肠道病毒71型均为手足口病较常见的病原体,其中以柯萨奇病毒A16型(CoxA16)和肠道病毒71型(enterovirus71,EV71)最为常见,而且发病死亡的患儿中主要是因为感染了EV71病毒。EV71是小RNA病毒科,肠道病毒属成员。病毒基因组为7408个核苷酸(SHZH98)的单股正链RNA。近年来,EV71引起的手足口病重症和死亡病例增长迅速。截至5月4日,全国已累计报告手足口病病例427278例,同比上升超40%,其中死亡260例,同比上升142.99%。国内目前95%以上的手足口患儿都是由EV71病毒引起的,表现为危重型症状,重症患儿的病死率更是高达5%。HFMD至今仍无有效的疫苗和特异性治疗手段,所以,对EV进行快速检测无论是对于指导治疗还是控制HFMD疫情都具有重要价值。
目前,EV的检测方法包括病毒分离培养、病毒核酸检测和血清学检查三个方面。病毒分离方法费时、费力,检测种类少,无法满足疾病流行期间同时处理大量样本的需要。病毒核酸检测是采用逆转录聚合酶链反应(PCR,RT-PCR)技术,为当前肠道病毒快速检测的主要手段,该方法灵敏度高,但具有样品污染,假阳性率高等缺点,同时,普通PCR和荧光定量PCR由于各组引物间不兼容性、扩增背景高以及重复性差等因素不利于多重检测。血清学检查同样由于检测通量局限性而不能满足检测需求。传统固相芯片价格昂贵,敏感性不高,检测结果可重复性差。液相芯片技术能够实现高通量检测,但由于需要PCR扩增存在操作复杂、易污染等缺点。基因芯片技术具有高特异性、高灵敏度、高通量的特点,为临床和环境检测提供了良好的应用前景。目前通用的基因芯片技术有多种,但分别都存在着灵敏度不高,或者检测技术复杂,或者条件和设备要求高的问题限制了该技术在临床检测中的应用。当前基于纳米金探针技术已被报道应用于肝炎病毒和人乳头瘤病毒检测中,该技术通过金标银染法达到相对定量检测靶DNA的目的,而其纳米探针荧光强度针对不同浓度待测抗原响应值区分差异较小,从而限制了其检测灵敏度。
发明内容
本发明针对以上现有技术存在的缺点,提出一种快速检测手足口病病原的纳米探针芯片及其制备方法,并通过对其的应用达到检测种类多、反应时间短、灵敏度高且特异性强的效果。
本发明的原理是:结合纳米探针芯片技术,将带有氨基或者经过氨基修饰的针对病原特征信息的特异性检测分子,化学偶联到纳米荧光探针,制成纳米探针芯片。再将通过能量共振转移特异淬灭纳米荧光探针的信号探针与待测病原分子交联反应,将信号探针-待测病原复合物与纳米探针芯片混合反应后,通过荧光图谱扫描,根据信号探针对纳米探针荧光强度的淬灭程度,以标准品多肽抗原为阳性对照,判定待测物中病原的浓度。从而达到快速准确检测病原的目的。其中病原特征信息指病原抗原或者病原核苷酸序列。本发明采用了特有的基于能量共振转移技术的信号放大机制,从而克服了现有纳米探针检测技术的灵敏度局限性。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现:
一种检测手足口病病原的纳米探针芯片,主要由分别包被有病原特异性检测分子的纳米荧光探针构成,所述纳米荧光探针包括以下纳米探针中一种或者几种:
不同荧光发射波长的水溶性量子点,
硅壳纳米荧光探针、
壳聚糖纳米荧光探针;
磁性纳米荧光探针;
所述特异性检测分子为以下分子中的至少一种:
EV71抗体或EV71抗原适配子序列;
EV抗体或EV抗原适配子序列;
CAV16抗体或CAV16抗原适配子序列;
针对EV 5’端非编码区、EV71 VP1区、CAV16 VP1区核酸序列各区段基因中的DNA分子探针。
所述纳米荧光探针的荧光发射波长范围为300-1000nm。
所述EV71抗体的适配子序列为以下5’端经氨基修饰后适配子序列中的至少一种:
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TTCTATCGTTCCGGACGCTTATGCCTTGCCATCTAC-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATCCGTCACTCCTGCTCT-GTAGATGGCAAGGCATAAGCGTCCGGAACGATAGAA-TGGTGTTGGCTCCCGTAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TGAATATCTCTTCTACCTCCTCTCCTCCCTTTACTT-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’。
一种检测手足口病病原的纳米探针芯片的应用方法,其特征在于包括以下步骤:第一步:通过筛选针对EV病原的抗体、多肽、适配子序列以及核酸引物序列,确定特异识别EV病原的特异检测分子;
第二步、对上述特异检测分子进行纳米荧光探针标记,得到纳米探针芯片;
第三步、将信号探针与待测病原分子进行化学偶联,得到信号探针-病原分子复合物;
第四步、将纳米探针芯片与信号探针-病原分子复合物混合反应;
第五步、将第四步中的反应产物通过荧光分光光度计或者荧光图谱扫描仪检测,根据纳米荧光探针荧光强度的变化诊断待测病原分子的浓度。
所述信号探针为金属纳米粒子、金纳米粒子、BHQ-2、Cy3、Cy5等分子中的一种或者几种,与待测病原分子进行化学交联,得到信号探针-病原分子复合物。
其中,本发明所称纳米荧光探针包括以下纳米探针中一种或者几种:不同荧光发射波长的水溶性量子点,硅壳纳米荧光探针、壳聚糖纳米荧光探针等荧光发射波长在300-1000nm范围的纳米级别荧光探针;
所称特异性检测分子由以下分子中至少一种:EV71抗体或者适配子序列;EV抗体或者适配子序列;CAV16抗体或者适配子序列。针对于特异性检测EV71病原纳米芯片中,其特异修饰纳米荧光探针的检测分子除抗体外,适配子序列可以由以下5’端经氨基修饰后适配子分子中至少一种:
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TTCTATCGTTCCGGACGCTTATGCCTTGCCATCTAC-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATCCGTCACTCCTGCTCT-GTAGATGGCAAGGCATAAGCGTCCGGAACGATAGAA-TGGTGTTGGCTCCCGTAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TGAATATCTCTTCTACCTCCTCTCCTCCCTTTACTT-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’。、
所称能够特异性淬灭纳米荧光探针的信号探针包括金属纳米粒子、金纳米粒子、BHQ-2、Cy3、Cy5等分子中的一种或者几种,与待测病原分子进行化学交联,得到信号探针-病原分子复合物。
将标记有病原特异性检测分子的纳米荧光探针与信号探针-病原分子复合物混合反应,通过荧光分光光度计或者荧光图谱扫描仪检测纳米荧光探针荧光强度变化,以手足口病原多肽标准抗原作为阳性对照品,检测待测病原分子的浓度。
附图说明
图1为实施例1,2采用的纳米探针芯片透视电镜图片。
图2为实施例1纳米探针芯片检测EV71待测抗原荧光图谱图。
图3为实施例2纳米探针芯片检测EV71待测抗原荧光图谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
EV71抗原快速检测纳米探针芯片制备:
通过ELISA筛选针对手足口病EV71 VP1抗原片段特异性强的单克隆抗体如Abnova公司生产的EV71-VP1单克隆抗体,将10μl EV71单克隆抗体与10μl 1uM纳米荧光探针即水溶性量子点(纳奥生物,发射波长620nm)交联反应,交联剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)(Sigma)。振荡混合,静止反应2小时后,通过100kDa分子量透析膜离心透析纯化,紫外分光光度计测定交联后纳米荧光探针浓度为2μM,避光保存于4摄氏度,待用。
将0.1-10μM水溶性纳米荧光探针淬灭剂(无锡纳奥生物医药有限公司生产)与经PCR验证阳性的待测EV71抗原溶液即临床咽拭子提取物混合,加入1-100mg/ml 1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)(Sigma公司)交联反应1小时后,将探针淬灭剂-病原复合物直接加入纳米探针芯片液相体系中,振荡混合,静置10-30分钟后,通过荧光分光光度计测定纳米探针荧光强度,如图2所示,以EV71多肽抗原阳性对照品制作标准曲线,测定待测EV71抗原浓度为10ng/ml。
图2为纳米探针芯片检测EV71待测抗原荧光图谱图,图中系列1为加入待测抗原后纳米荧光探针荧光图谱,发射波长620nm,系列2为阳性品加入纳米探针芯片后荧光图谱,系列3为在纳米探针芯片体系中加入待测EV7抗原后复合物荧光图谱,根据荧光强度和以标准品确定的标准曲线,确定待测样品中含有EV71抗原10ng/ml。
实施例2
EV71抗原快速检测纳米探针芯片制备:
采用特异识别EV71抗原的适配子序列修饰纳米荧光探针,适配子序列为:5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TTCTATCGTTCCGGACGCTTATGCCTTGCCATCTAC-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’。将10μl 100nM EV71适配子序列与10μl 1μM纳米荧光探针即水溶性量子点(纳奥生物,发射波长620nm)交联反应,交联剂为1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)(Sigma公司)。振荡混合,静止反应2小时后,通过100kDa分子量透析膜离心透析纯化,紫外分光光度计测定交联后纳米荧光探针浓度为2μM,避光保存于4摄氏度,待用。将1μM水溶性纳米荧光探针淬灭剂(无锡纳奥生物医药有限公司生产)与经PCR验证阳性的不同浓度的待测EV71抗原溶液即临床咽拭子提取物混合,加入1-100mg/ml 1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)(Sigma)交联反应1小时后,将探针淬灭剂-病原复合物直接加入纳米探针芯片液相体系中,振荡混合,静置10-30分钟后,通过荧光分光光度计测定纳米荧光探针荧光强度,如图3所示,以阳性对照品制作标准曲线,测定待测样本中EV71抗原浓度分别为1、3、5ng/ml。
图3为纳米探针芯片检测EV71待测抗原荧光图谱图,图中系列1为加入待测抗原后纳米荧光探针荧光图谱,发射波长620nm,系列2-4为在纳米探针芯片体系中加入待测EV7抗原后复合物荧光图谱,,根据荧光强度和以标准品确定的标准曲线,确定待测样品中含有EV71抗原分别为1,3,5ng/ml。

Claims (5)

1.一种检测手足口病病原的纳米探针芯片,主要由分别包被有病原特异性检测分子的纳米荧光探针构成,所述纳米荧光探针包括以下纳米探针中一种或者几种:
不同荧光发射波长的水溶性量子点;
硅壳纳米荧光探针;
壳聚糖纳米荧光探针;
磁性纳米荧光探针;
所述特异性检测分子为以下分子中的至少一种:
EV71抗体或EV71抗原适配子序列;
EV抗体或EV抗原适配子序列;
CAV16抗体或CAV16抗原适配子序列;
针对EV 5’端非编码区、EV71 VP1区、CAV16特征核酸序列各区段基因中的DNA分子探针。
2.根据权利要求1所述的纳米探针芯片,其特征在于所述纳米荧光探针的荧光发射波长范围为300-1000nm。
3.根据权利要求1所述的纳米探针芯片,其特征在于所述EV71抗原的适配子序列为以下5’端经氨基修饰后适配子序列中的至少一种:
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TTCTATCGTTCCGGACGCTTATGCCTTGCCATCTAC-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATCCGTCACTCCTGCTCT-GTAGATGGCAAGGCATAAGCGTCCGGAACGATAGAA-TGGTGTTGGCTCCCGTAT-3’;
5’-NH2-AmMC6-ATACGGGAGCCAACACCA-TGAATATCTCTTCTACCTCCTCTCCTCCCTTTACTT-AGAGCAGGTGTGACGGAT-3’。
4.一种检测手足口病病原的纳米探针芯片的应用方法,其特征在于包括以下步骤:第一步:通过筛选针对EV病原的抗体、多肽、适配子序列以及核酸引物序列,确定特异识别EV病原的特异检测分子;
第二步、对上述特异检测分子进行纳米荧光探针标记,得到纳米探针芯片;
第三步、将信号探针与待测病原分子进行化学偶联,得到信号探针-病原分子复合物;
第四步、将纳米探针芯片与信号探针-病原分子复合物混合反应;
第五步、将第四步中的反应产物通过荧光分光光度计或者荧光图谱扫描仪检测,根据纳米荧光探针荧光强度的变化诊断待测病原分子的浓度。
5.根据权利要求4所述检测手足口病病原的纳米探针芯片的应用方法,其特征在于所述信号探针为金属纳米粒子、金纳米粒子、BHQ-2、Cy3、Cy5分子中的一种或者几种,与待测病原分子进行化学交联,得到信号探针-病原分子复合物。
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