CN102809498A - 一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法，包括如下步骤:将P型掺硼硅片固定在电解池中，加入乙醇和氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，进行直流电解刻蚀和脱膜，刻蚀脱膜后的多孔硅层用乙醇冲洗干净后超声粉碎，再用氮气吹干；将上述多孔硅颗粒进行臭氧氧化处理；将氧化后的多孔硅颗粒浸泡硅烷化试剂与有机溶剂的混合溶液中反应，再在烘箱中干燥，蒸干后的多孔硅颗粒用乙醇浸泡洗净；选择所需孔径的多孔硅，用氨基硅烷化试剂、巯基硅烷化试剂或环氧基硅烷化试剂进行表面修饰。本发明通过制备多孔硅颗粒达到一步分离、富集和检测血清样品中低分子量蛋白的作用。

Description

一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法

技术领域

本发明属于生化检测技术领域，特别是涉及一种用于蛋白质检测的，低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着群体蛋白质组学概念的提出和其在实际研究中的应用，实验研究和临床应用之间的距离将进一步缩短。由于人体体液中因疾病引起的蛋白质的含量及种类变化是临床上各种病症早期诊断及评价病情的重要指标，因此应用现代生物技术，寻找与疾病相关的特异性蛋白的变化是当前研究的热点。然而，迄今为止能用于常规临床检测的生物标志物还非常的少。理论上，因为蛋白质的分子量较大，较难进入体液循环中，而一些蛋白质降解后的片段，却有可能通过某种途径进入到体液或血液中。以血清为例，近年来，血清蛋白质组中的低分子量范围颇受关注。而质谱技术的迅速发展和广泛使用，又为血清蛋白质组中的低丰度低分子量范围的研究提供了有效的手段。

现有的针对低丰度蛋白检测的方法都需要使用富集材料将目标分析物进行富集，再辅以后续步骤，从而进行质谱检测。显然，富集材料的制备及其性能对蛋白质检测是举足轻重的。

目前，常用的蛋白质富集材料是磁性介孔材料，它的缺点主要在于：1) 在分离过程中目标蛋白容易丢失和被其它高分子量的蛋白酶降解；2) 容易受到盐、表面活性剂等小分子的干扰影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法。

为此，本发明采用的技术方案是这样的：一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法，包括如下步骤:

A）将P型掺硼硅片固定在电解池中，按体积比为1：4～6的比例加入乙醇和重量浓度为40%的氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，进行直流电解刻蚀和脱膜，设定电流强度为0~100mA，刻蚀时间为0~15分钟，刻蚀脱膜后的多孔硅层用乙醇冲洗干净后超声粉碎5~20分钟，再用氮气吹干，所得的多孔硅颗粒的孔径在5~20nm；

B）将上述多孔硅颗粒进行臭氧氧化处理5~20分钟，形成表面硅氧键；

C）将氧化后的多孔硅颗粒浸泡在体积浓度为1%的硅烷化试剂与有机溶剂的混合溶液中反应1小时，再在烘箱中110℃干燥15分钟，蒸干后的多孔硅颗粒用乙醇浸泡洗净；

D）选择所需孔径的多孔硅，用氨基硅烷化试剂、巯基硅烷化试剂或环氧基硅烷化试剂进行表面修饰。

本发明在用于蛋白质检测时，将本发明所得的富集材料放置在分离装置中，来得到所需的低丰度低分子量蛋白，然后进行MALDI-TOF检测，获得高质量的肽谱。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过制备多孔硅颗粒达到一步分离、富集和检测血清样品中低分子量蛋白的作用。多孔硅的孔径大小可以通过电化学刻蚀条件精确控制，根据所要筛选的蛋白质分子量大小，对相应材料的孔隙率进行选择。通过表面修饰技术可以选择性的捕获低分子量生物标记物，同时将人血清中含量丰富的高分子量蛋白质和蛋白酶排阻在孔道外，防止了低丰度蛋白的降解。多孔硅颗粒的制备条件选择是该分离材料性能优越的一项关键技术特征。

2、本发明中材料的孔径可以根据待分析目标物的大小进行随意调控，并利用多孔硅表面可进行多种化学修饰，可选择性地从待测生物样品中捕获某一种类的目标蛋白质。同时，可以通过在各检测点内修饰不同的基团，进行一种试样的多维分析检测。

3、本发明中富集后的颗粒进行表面清洗后无需进行额外的洗脱除盐步骤，即可进行MALDI-TOF检测，获得高质量的肽谱。检测后多余的多孔硅颗粒可直接进行凝胶电泳分析，对感兴趣的差异蛋白进行进一步的分离鉴定。避免了样品多步处理和洗脱过程所造成的损失。

附图说明

图1是采用本发明对1.0 mg·mL^-1胰岛素样品经过处理后的MALDI-TOF-MS检测结果图。

图2是采用本发明对患者血清样品进行直接检测MALDI-TOF-MS结果图。

具体实施方式

实施例一 多孔硅的制备

取P型掺硼硅片（100）晶型，固定在电解池中，加入0.5ml乙醇，2-3ml质量浓度为40%的氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，进行直流电解刻蚀和脱膜，设定电流强度为10~80mA，刻蚀时间为5分钟，刻蚀脱膜后的多孔硅层用乙醇冲洗干净后超声粉碎15分钟，再用氮气吹干，所得的多孔硅颗粒的孔径在5~20nm；

将上述多孔硅颗粒进行臭氧氧化处理20分钟，形成表面硅氧键；

将氧化后的多孔硅颗粒浸泡在体积浓度为1%的氨基硅烷化试剂与乙醇溶剂的混合溶液中反应1小时，再在烘箱中110℃干燥15分钟，蒸干后的多孔硅颗粒用乙醇浸泡洗净；

选择孔径为10-12nm的多孔硅，用十一碳烯酸进行表面修饰。

实施例二对胰岛素样品的处理检测

本实施例以26%孔隙率的经过十一碳烯酸修饰的多孔硅颗粒作为富集材料，对低浓度的胰岛素样品进行直接检测，其具体步骤如下：

1、样品吸附

本实施例的胰岛素样品为医用人体注射液，将胰岛素注射液用生理缓冲液PBS稀释成1.0 mg·mL^-1后作为待测溶液。

吸附：取四个离心管，分别标号1,2,3,4，各加入50 uL待测溶液，再在离心管2中加入3 mg未刻蚀的硅粉，在离心管3中加入3 mg孔隙率为26%的多孔硅颗粒，在离心管4中加入3 mg经过十一碳烯酸修饰的孔隙率为26%的多孔硅颗粒，四个离心管在室温下共同振荡孵育1 h。

分离：将上述悬浊液静置2 min，多孔硅颗粒沉降到离心管底部，用移液枪小心移除上清液。

2、样品检测

清洗：在离心管中加入100 uL清洗缓冲液（0.2 mmol·L^-1的PB缓冲液），涡旋振荡混匀后将悬浊液静置2 min，用移液枪小心移除上清液。再在离心管中加入100 uL去离子水，涡旋振荡混匀后将悬浊液静置2 min，用移液枪小心移除上清液。

检测：将清洗后的多孔硅颗粒用移液枪转移到MALDI靶上，室温自然干燥，然后将1 uL的有机基质溶液（2-氰基-4-羟基肉桂酸，α-CHCA）点覆在颗粒表面，室温自然干燥；将制备好的样品送入MALDI-TOF质谱仪检测。质谱检测条件：激光波长337 nm，激光脉冲频率200 Hz，加速电压20 kV，检测范围0~10 kD，延迟时间为220 ns，线性正离子模式检测。

回收：检测完毕后将多孔硅颗粒小心的从MALDI靶上转移到离心管中，加入蛋白洗脱液（含有体积比为25%的乙腈和75%的三氟乙酸），振荡孵育20 min，将颗粒上吸附的蛋白洗脱下来。将上述悬浊液静置2 min，用移液枪移除上清液，溶液挥发后得到的多孔硅颗粒可重新使用。

检测结果参见图1，图中，横坐标表示质谱峰的质核比，纵坐标表示质谱峰的峰强度。16是样品溶液用传统方法直接点覆在MALDI靶板上检测得到的，17是样品经过硅粉吸附后，将硅粉点覆在靶板上检测得到的，18是样品经过多孔硅颗粒富集后，将多孔硅颗粒点覆在靶板上检测得到的，19是样品经过实施例一的多孔硅颗粒富集后，将多孔硅颗粒点覆在靶板上检测得到的。19得到的样品信号峰明显高于传统方法16。

实施例三  对患者血清样品的处理检测

本实施例以26%孔隙率的经过十一碳烯酸修饰的多孔硅颗粒作为富集材料，对患者的血清样品进行直接检测和分析，其具体步骤如下：

1、样品吸附

本实施例的血清样品从医院获得，血清样品的制备采用医学领域技术人员的常规操作，其中5-9为直肠癌患者血清，10-14为非癌症患者血清，制备好的血清样品储存在-80 ℃的超低温冰箱。

吸附：将的血清样品用生理缓冲液PBS稀释10倍后取50 uL加入离心管中，再加入3 mg经过十一碳烯酸修饰的孔隙率为26%的多孔硅颗粒，得到的悬浊液在室温下振荡孵育1 h。

分离：将上述悬浊液静置2 min，多孔硅颗粒沉降到离心管底部，用移液枪小心移除上清液。

2、样品检测

清洗：在离心管中加入100 uL清洗缓冲液（0.2 mmol·L^-1的PB缓冲液），涡旋振荡混匀后将悬浊液静置2 min，用移液枪小心地移除上清液。再在离心管中加入100 uL去离子水，涡旋振荡混匀后将悬浊液静置2 min，用移液枪小心地移除上清液。

检测：将清洗后的多孔硅颗粒用移液枪转移到MALDI靶上，室温自然干燥，然后将1 uL的有机基质溶液（2-氰基-4-羟基肉桂酸，α-CHCA）点覆在颗粒表面，室温自然干燥；将制备好的样品送入MALDI-TOF质谱仪检测。质谱检测条件：激光波长337 nm，激光脉冲频率200 Hz，加速电压20 kV，检测范围0~10 kD，延迟时间为220 ns，线性正离子模式检测。

回收：检测完毕后将多孔硅颗粒小心的从MALDI靶上转移到离心管中，加入蛋白洗脱液（含有体积比为25%的乙腈和75%的三氟乙酸），振荡孵育20 min，将颗粒上吸附的蛋白洗脱下来。将上述悬浊液静置2 min，用移液枪移除上清液，溶液挥发后得到的多孔硅颗粒可重新使用。

检测结果参见图2。图中，横坐标表示质谱峰的质核比，纵坐标表示质谱峰的峰强度。5-9为直肠癌患者血清样品，10-14为非癌症患者血清样品，15为未处理的血清样品。对峰位置进行容差为0.15%的对齐处理，并将峰强度进行归一化处理，把相对信号强度低于0.5的峰记为0，相对信号强度高于0.5的峰记为1，将筛选挑选出来的峰用SPSS软件进行分层聚类分析，分析结果说明本方法可以对血清样品中的低丰度蛋白进行直接检测，并可以初步将正常人和癌症患者区分开，只有8号一例被归入正常人中。

Claims (1)

1.一种低丰度低分子量蛋白富集材料的制备方法，包括如下步骤:

A）将P型掺硼硅片固定在电解池中，按体积比为1：4～6的比例加入乙醇和重量浓度为40%的氢氟酸作为电解液，以硅片为阳极，铂电极为阴极，进行直流电解刻蚀和脱膜，设定电流强度为0~100mA，刻蚀时间为0~15分钟，刻蚀脱膜后的多孔硅层用乙醇冲洗干净后超声粉碎5~20分钟，再用氮气吹干，所得的多孔硅颗粒的孔径在5~20nm；

B）将上述多孔硅颗粒进行臭氧氧化处理5~20分钟，形成表面硅氧键；

C）将氧化后的多孔硅颗粒浸泡在体积浓度为1%的硅烷化试剂与有机溶剂的混合溶液中反应1小时，再在烘箱中110℃干燥15分钟，蒸干后的多孔硅颗粒用乙醇浸泡洗净；

D）选择所需孔径的多孔硅，用氨基硅烷化试剂、巯基硅烷化试剂或环氧基硅烷化试剂进行表面修饰。

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