发明内容
技术问题:本发明提供了一种基于单个金纳米颗粒表面等离子共振探针及其制备方法,以及用该探针动态检测肺癌核酸标志物的方法,并验证了该探针的普适性。
本发明技术方案如下:
单个金纳米颗粒表面等离子共振探针,为发夹形单链DNA修饰的纳米金表面等离子探针,其结构是将球形金纳米颗粒固定在预处理过的玻璃表面,发夹形的识别单链DNA通过功能基团连接到金纳米颗粒表面。
所述识别单链DNA的序列为:5’-TGA CT -X- AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’,其中X部分序列为T CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA,C AGA CTC CGG TGG AAT GAA GGA或者C TAG TGG TCC TAA ACA TTT CAC。
所述单个金纳米颗粒表面等离子共振探针以金纳米球为基础,球形金纳米颗粒的粒径直径在40~90 nm之间,散射光谱峰位于540~600 nm。
本发明的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的制备方法包括以下步骤:
1)金种子溶液的制备:将2~8 mL40 mM柠檬酸钠溶液一次性加入到沸腾的40~60 mL0.01%HAuCl4溶液中,加热煮沸5~30 min;
2)球形金纳米颗粒的生长:在烧杯中加入10~30 mL水、0.5~5 mL步骤1)制备的金种子溶液和0.1~5 mL0.2 M盐酸羟胺溶液,以0.06 mL/min的速度加入1~10 mL0.1%HAuCl4溶液,得到金纳米溶液;
3)金纳米颗粒玻璃基底的制备:将ITO玻璃依次浸入洗洁精溶液、丙酮、无水乙醇、超纯水中超声清洗0.5~5 h,取出后用N2吹干备用;取步骤2)中的金纳米溶液0.5 mL,按比例1:1~1:50稀释后,放入ITO玻璃片,浸泡0.5~20 min后用超纯水冲洗并用N2吹干;
4)发夹形DNA分子的修饰:将步骤3)中制备的金纳米颗粒玻璃基底浸泡在1 μM的发夹形单链DNA溶液中,经摇床20~30℃摇匀5~20 h,取出玻璃基底用超纯水冲洗并用N2吹干,得到单个金纳米颗粒表面等离子共振探针。
所述的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针在动态检测肺癌标志物中的应用。
本发明所述识别单链DNA的序列为:5’-TGA CT -X- AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’,其中X部分序列可以根据检测对象miRNA来设计,设计为任意想检测对象miRNA的互补链,即可实现目标对象的检测。
例如:当识别单链DNA的序列为:5’-TGA CT T CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’时, 如SEQ.1所示,其X部分为T CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA,是肺癌标志物miRNA-21(序列如SEQ.4所示)的互补链,该探针可以动态检测肺癌标志物miRNA-21,具体步骤为:将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为1 pM~100 μM的目标RNA溶液(miRNA-21,序列如SEQ.4所示)50~250 μL,用暗场显微镜找到单颗粒探针,利用光谱仪采集不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程。
当识别单链DNA的序列为:5’-TGA CT C AGA CTC CGG TGG AAT GAA GGA AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’时, 如SEQ.2所示,其X部分为C AGA CTC CGG TGG AAT GAA GGA,是肺癌标志物miRNA-205(序列如SEQ.5所示)的互补链,该探针可以动态检测肺癌标志物miRNA-205,具体步骤为:将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为1 pM~100 μM的miRNA-205溶液50~250 μL,用SPR暗场光谱显微镜拍摄不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程。
当识别识别单链DNA的序列为:5’-TGA CT C TAG TGG TCC TAA ACA TTT CAC AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’时, 如SEQ.3所示,其X部分为C TAG TGG TCC TAA ACA TTT CAC,是肺癌标志物miRNA-203(序列如SEQ.6所示)的互补链,该探针可以动态检测肺癌标志物miRNA-203,具体步骤为:将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为1 pM~100 μM的miRNA-203溶液50~250 μL,用SPR暗场光谱显微镜拍摄不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程。
有益效果:本发明的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针具有结构简单、制作方便等优点,并且具有良好的监测性能,根据实验结果可计算出该探针的检测限可低于3 nM,结合SPR技术在动态检测肺癌核酸标志物方面有良好的效果,实现了对肺癌标志物的实时监测,同时具有良好的普适性,对其他miRNA同样适用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容,下面将结合实施例和附图来进一步阐述本发明。
probe DNA(21): 5’-TGA CTT CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’ SEQ.1。
probe DNA(205): 5’-TGA CTC AGA CTC CGG TGG AAT GAA GGAAGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’ SEQ.2。
probe DNA(203): 5’-TGA CTC TAG TGG TCC TAA ACA TTT CAC AGT CAT TTT TTT TTT-(CH2)6-SH-3’ SEQ.3。
miRNA-21: 5’-UAG CUU AUC AGA CUG AUG UUG A-3’ SEQ.4。
miRNA-205: 5’-UCC UUC AUU CCA CCG GAG UCU G-3’ SEQ.5。
miRNA-203: 5’-GUG AAA UGU UUA GGA CCA CUA G-3’ SEQ.6。
以上DNA和RNA序列均从上海皓嘉科技发展有限公司(南京分公司)购买。
探针DNA可形成发夹形结构,序列中下划线部分可与对应的目标RNA互补配对。
实施例1
单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的制备,具体步骤如下:
1)20 nm金种子溶液的制备:将5 mL40 mM柠檬酸钠溶液快速加入到沸腾的50 mL0.01%HAuCl4溶液中(百分比为质量百分比,下同),加热煮沸20 min;
2)球形金纳米颗粒的生长:在烧杯中加入20 mL水、1 mL金种子溶液和0.5 mL0.2 M盐酸羟胺溶液,以0.06 mL/min的速度加入3.5 mL0.1%HAuCl4溶液;
3)纳米金玻璃基底的制备:将ITO玻璃依次浸入洗洁精溶液、丙酮、无水乙醇、超纯水中超声清洗1 h,取出后用N2吹干备用;取步骤2)中的金纳米溶液0.5 mL,按比例1:20稀释后,放入ITO玻璃片,浸泡1 min后用超纯水冲洗并用N2吹干;
4)发夹形DNA的分子的修饰:将步骤3)中制备的金纳米颗粒玻璃基底浸泡在1 μM的识别单链DNA (probe DNA(21),SEQ.1)溶液中,经摇床25℃摇匀13 h,取出玻璃基底用超纯水冲洗并用N2吹干。
上述制备得到的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针,将球形金纳米颗粒固定在预处理过的玻璃表面,发夹形识别单链DNA通过功能基团连接到球形金纳米颗粒表面,球形金纳米颗粒通过紫外可见光谱仪(图2)和透射电镜(图3)进行表征,结果显示金纳米颗粒的平均粒径在75 nm左右,散射光谱峰位于570 nm左右。
实施例2
利用实施例1制备的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针进行动态检测肺癌标志物,具体步骤如下:
1)将上述制备的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为20 μM的miRNA-21溶液100 μL,用暗场显微镜找到单颗粒探针,利用光谱仪采集不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程,miRNA-21与探针DNA杂交过程140分钟内各性能参数见表1。
表1:
时间/min |
散射峰值/nm |
红移量/nm |
0 |
567.113 |
0 |
7 |
567.949 |
0.836 |
12 |
568.576 |
1.463 |
18 |
568.785 |
1.672 |
20 |
568.994 |
1.881 |
22 |
568.785 |
1.672 |
25 |
568.785 |
1.672 |
30 |
569.831 |
2.718 |
32 |
568.576 |
1.463 |
40 |
569.621 |
2.508 |
42 |
569.412 |
2.299 |
72 |
569.203 |
2.09 |
79 |
568.994 |
1.881 |
97 |
568.994 |
1.881 |
102 |
569.621 |
2.508 |
110 |
568.576 |
1.463 |
114 |
569.621 |
2.508 |
119 |
569.203 |
2.09 |
127 |
569.831 |
2.718 |
132 |
569.203 |
2.09 |
138 |
569.621 |
2.508 |
由表1可知,单个金纳米颗粒表面等离子共振探针可以有效监测肺癌标志物miRNA-21与互补DNA的结合过程,且具有简便高效的特点。
2)将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,用暗场显微镜找到单颗粒探针,拍摄其暗场显微镜下的彩色照片,并利用SEM拍摄其反应前后的原位照片。
结果显示,单个金纳米颗粒等离子共振峰随着时间的推移逐渐发生红移(图5),这一现象表明探针DNA与miRNA-21在单个金纳米颗粒的表面发生杂交反应,如图6所示,在反应初期红移量快速增加,随后逐渐达到峰值,当时间达到2 h时,红移量达到2.1 nm;反应前后的SEM照片显示(图4),单个金纳米颗粒在反应前后其形貌没有变化,可适用于该项研究。
实施例3
利用实施例1制备的单个金纳米颗粒表面等离子共振探针进行动态检测肺癌标志物,将上述制备的修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上不同浓度的miRNA-21溶液100 μL,用暗场显微镜找到单颗粒探针,利用光谱仪采集不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程,浓度参数及结果见表2。
表2:
由表2可知,结合不同浓度的miRNA-21后的单颗粒纳米金表面等离子共振散射光谱都有红移现象发生,并且随着目标RNA(miRNA-21)浓度的降低而减少。
实施例4
单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的制备,具体步骤如下:
1)20 nm金种子溶液的制备:将5 mL40 mM柠檬酸钠溶液快速加入到沸腾的50 mL0.01%HAuCl4溶液中,加热煮沸20 min;
2)球形金纳米颗粒的生长:在烧杯中加入20 mL水、1 mL金种子溶液和0.5 mL0.2 M盐酸羟胺溶液,以0.06 mL/min的速度加入3.5 mL0.1%HAuCl4溶液;
3)纳米金玻璃基底的制备:将ITO玻璃依次浸入洗洁精溶液、丙酮、无水乙醇、超纯水中超声清洗1 h,取出后用N2吹干备用;取步骤2)中的金纳米溶液0.5 mL,按比例1:20稀释后,放入ITO玻璃片,浸泡1 min后用超纯水冲洗并用N2吹干;
4)发夹形DNA的分子的修饰:将步骤3)中制备的金纳米颗粒玻璃基底浸泡在1 μM的识别单链DNA (probe DNA(205),SEQ.2)溶液中,经摇床25℃摇匀13 h,取出玻璃基底用超纯水冲洗并用N2吹干。
利用利用上述探针进行动态检测肺癌标志物miRNA-205,具体步骤如下:
将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为1 μM的miRNA-205溶液100 μL,用暗场显微镜找到单颗粒探针,利用光谱仪采集不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程。
结果显示,单个金纳米颗粒等离子共振峰随着时间的推移逐渐发生红移,这一现象表明探针DNA与miRNA-205在单个金纳米颗粒的表面发生杂交反应,当时间达到2 h时,红移量达到1.7 nm。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于步骤4)时,玻璃基底浸泡在1 μM的识别单链DNA (probe DNA(203),SEQ.3)溶液中,其他条件均一致。
制备得到的探针可以进行动态检测肺癌标志物miRNA-203,具体步骤如下:
将修饰了单个金纳米颗粒表面等离子共振探针的ITO玻璃置于载物台上,滴上浓度为1 μM的miRNA-203溶液100 μL,用暗场显微镜找到单颗粒探针,利用光谱仪采集不同时间单颗粒的散射光谱,观察目标RNA与探针DNA发生杂交的过程。
结果显示,单个金纳米颗粒等离子共振峰随着时间的推移逐渐发生红移,这一现象表明探针DNA与miRNA-205在单个金纳米颗粒的表面发生杂交反应,当时间达到2 h时,红移量达到1.6 nm。
序列表
<110> 南京邮电大学
<120> 单个金纳米颗粒表面等离子共振探针及其制备方法
<130>
<160> 6
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 42
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
tgacttcaac atcagtctga taagctaagt catttttttt tt 42
<210> 2
<211> 42
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
tgactcagac tccggtggaa tgaaggaagt catttttttt tt 42
<210> 3
<211> 42
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 3
tgactctagt ggtcctaaac atttcacagt catttttttt tt 42
<210> 4
<211> 22
<212> RNA
<213> 人工序列
<400> 4
uagcuuauca gacugauguu ga 22
<210> 5
<211> 22
<212> RNA
<213> 人工序列
<400> 5
uccuucauuc caccggaguc ug 22
<210> 6
<211> 22
<212> RNA
<213> 人工序列
<400> 6
gugaaauguu uaggaccacu ag 22