CN106323927A - 基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器 - Google Patents

基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器 Download PDF

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Abstract

一种对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，此传感器以CdTe量子点的荧光强度、荧光颜色及其在玻璃基底上的图案为传感单元，基于蛋白质与CdTe量子点相互作用后对传感单元产生不同程度的影响而构建。本发明首次使用CdTe量子点作为多通道传感器素材，构建lab‑on‑CdTe QDs的传感平台，(1)可极大提高蛋白质的分析效率和检测通量；(2)打破了CdTe量子点一次只能检测1‑2种目标物的局面，拓宽了CdTe量子点的应用；(3)为多通道传感器的构建提供了新的素材。

Description

基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器
技术领域
本发明属于纳米传感器领域，具体涉及一种将CdTe量子点作为新的素材用于多通道传感器，实现对多种蛋白质的同步识别检测方面。
背景技术
蛋白质是构成有机体的基本单元，与各生命活动(如新陈代谢作用和免疫作用等)息息相关。生命体中某些蛋白质含量或种类的变化，对许多疾病的产生具重要指示意义，同时许多蛋白质也是癌细胞的重要生物标志物。因此，实现多种蛋白质的快速同步识别检测，在识别癌细胞或筛查疾病等临床医学方面具重要意义。由于蛋白质种类繁多且表面结构复杂，其检测并非易事。目前蛋白质的检测方法主要有酶联免疫法、质谱法、色谱及电泳法和电化学方法等，其中，酶联免疫法和电泳技术是最常用的蛋白质检测方法。酶联免疫法具有很高的选择性和灵敏度，但其需要高选择性的蛋白抗体，造价昂贵且操作复杂，限制了其在多种蛋白质同步检测中的应用；电泳技术可实现多种蛋白质的同时分离及成像，但其操作冗长且无法对特定蛋白进行识别。因此，发展一种有效的多种蛋白质同步识别的方法具有非常重要的意义。
多通道传感器是由一系列不同的传感单元组成，依据各个传感单元对样品不同的响应，组成一个特征图谱，从而对样品进行识别，它能够模拟动物的嗅觉和味觉系统，并且具有广谱响应性和交互响应性，即同一个传感单元对不同的样品有不同的响应信号，同一样品对不同的传感单元有不同的响应信号。多通道传感器具有高选择性和高灵敏性，操作简单、快捷，其优势越来越受到人们的重视，逐渐被用于蛋白质的检测分析中。
目前，多通道传感器的传感单元多采用不同的金属纳米材料或者无机小分子染料，CdTe量子点用于多通道传感器的研究尚少；且其用于蛋白质检测中，一次只能检测1-2种蛋白质，存在一定的局限性。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的在于提供一种基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，根据不同的蛋白质对CdTe量子点荧光强度、颜色及其在玻璃基底上图案的影响，实现了多种蛋白质的同步识别检测。
技术方案：一种对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，此传感器以CdTe量子点的荧光强度、荧光颜色及其在玻璃基底上的图案为传感单元，基于蛋白质与CdTe量子点相互作用后对传感单元产生不同程度的影响而构建，由以下步骤构建：步骤一：称取一系列酸性、中性或碱性蛋白质，配制成浓度为20-25mg/mL的蛋白质溶液；步骤二：将浓度为5.0±0.5mM巯基乙酸包裹的CdTe量子点，与上述蛋白质溶液分别混合均匀后，在302nm紫外灯下照射45-60min，对其荧光颜色、荧光强度进行观察记录，并使用SPSS软件对荧光信号进行线性判别分析(LDA)处理；步骤三：将浓度为5.0±0.5mM巯基乙酸包裹的CdTe量子点，与上述蛋白质溶液分别混合均匀后，在302nm紫外灯下照射45-60min，将混合液滴到玻璃基底上，待其自然风干后，在荧光显微镜下对其形貌进行观察。
所述步骤一中使用0.01M、pH为7.4的PBS缓冲液配制蛋白质溶液。
所述步骤二和步骤三中，各种蛋白质溶液与CdTe量子点溶液的体积比为1:1。
所述蛋白质为血红蛋白、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、过氧化氢酶、丝素蛋白、人血清白蛋白、牛I型胶原蛋白、胰蛋白酶、溶菌酶、胃粘膜素、牛γ-球蛋白、卵清蛋白和人免疫球蛋白G。
有益效果：本发明首次使用CdTe量子点作为多通道传感器素材，构建lab-on-CdTeQDs的传感平台，(1)可极大提高蛋白质的分析效率和检测通量；(2)打破了CdTe量子点一次只能检测1-2种目标物的局面，拓宽了CdTe量子点的应用；(3)为多通道传感器的构建提供了新的素材。
附图说明
图1为CdTe量子点的荧光光谱图(右上角为其在自然光下及紫外灯下的图片)；
图2为CdTe量子点的透射电镜图(右上角插入部分为粒径分布图，粒径大小为
2.45±0.56nm)；
图3为不同蛋白质加入CdTe量子点后的荧光变化图(a：血红蛋白，b：木瓜蛋白酶，c：胃蛋白酶，d：过氧化氢酶，e：丝素蛋白，f：人血清白蛋白，g：牛I型胶原蛋白，h：胰蛋白酶，i：溶菌酶，j：胃粘膜素，k：牛γ-球蛋白，l：卵清蛋白，m：人免疫球蛋白G，n：空白对照)，其中(A)是荧光颜色的变化图，颜色分别为暗红色、亮黄色、橙黄色、青绿色、黄绿色、绿色、棕黄色、黄绿色、葱绿色、棕色、豆绿色、亮绿色、鲜绿色、绿色，(B)是荧光强度的变化图，蛋白质的浓度均为20-25mg/mL，激发波长为312±10nm；(C)蛋白质中加入CdTe量子点后，所检测到的荧光强度的数值变化图(数值用的是三次测量的平均值)，I0代表检测时背景的荧光强度值，I代表纳米溶胶和蛋白质作用时检测到的荧光强度值；(D)用LDA进行数据处理后对多种蛋白质进行识别区分的结果。
图4为不同蛋白质与CdTe量子点混合后在荧光显微镜下的形貌特征图(a：血红蛋白，b：木瓜蛋白酶，c：胃蛋白酶，d：过氧化氢酶，e：丝素蛋白，f：人血清白蛋白，g：牛I型胶原蛋白，h：胰蛋白酶，i：溶菌酶，j：胃粘膜素，k：牛γ-球蛋白，l：卵清蛋白，m：人免疫球蛋白G，n：空白对照)。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所使用的试剂、耗材，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所用的荧光成像仪器为凝胶生物成像系统(Vilber Fusion SL4型，中国北京五洲东方科技发展有限公司)，荧光光谱仪(LS-55型，美国珀金埃尔默仪器有限公司)，透射电镜(TEM)图是在JEOL-2010型高分辨透射电子显微镜(日本电子株式会社，日本)下得到的，其工作电压为200KV，荧光显微镜图由奥林巴斯IX71荧光显微镜(奥林巴斯公司，日本)提供的。
文中所述二次水(电导率为18.2MΩ)即为超纯水。
下述实施例中所用的CdTe量子点的结构：该量子点粒径在2nm左右，表面包裹巯基乙酸，为水溶性。
碲(Te)粉、硼氢化钠(NaBH4)、氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、巯基乙酸(TGA)、氢氧化钠(NaOH)、无水乙醇和丙酮均产于北京化工厂(北京，中国)。氮气(N2，99.999％)购于北京千禧气体有限公司(北京，中国)；氯化钠(NaCl)、磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)、磷酸二氢钠(NaH2PO4·2H2O)、玻璃片购于海门昌隆仪器有限公司(南通，中国)；血红蛋白(Hb)、木瓜蛋白酶(Papain)、胃蛋白酶(Pepsin)、丝胶蛋白(Sericin)、人血清白蛋白(HSA)、牛I型胶原蛋白(Collagen)、胰蛋白酶(Trypsin)、溶菌酶(Lysozyme)、胃粘膜素(Gastron)、牛γ球蛋白(γ-globlin)、卵清蛋白(EA)和人免疫球蛋白G(IgG)均购于北京欣科中晶生物有限公司(北京，中国)；过氧化氢酶(来源于牛肝，Catalase)购于Sigma-Aldrich(上海，中国)。
实施例1CdTe量子点合成及表征
1、称取0.1276g的碲粉溶于10mL超纯水中，在氮气保护下，加入0.08g的硼氢化钠(NaBH4)，使二者在氮气保护下反应直至液体变澄清，得到碲氢化钠(NaHTe)溶液；
2、称取0.4567g的氯化镉(CdCl2·2.5H2O)溶于200mL超纯水中，加入420μL的巯基乙酸(TGA)，用固体氢氧化钠(NaOH)调节溶液pH值为9.2，整个实验过程也是在氮气保护下完成的；
3、在氮气保护下，快速混合新鲜制成的碲氢化钠(NaHTe)溶液和氯化镉-巯基乙酸(CdCl2-TGA)溶液，搅拌半小时，生成橘黄色溶液；
4、将3中得到的橘黄色溶液在80℃下恒温4h，最终得到浓度约为5.0±0.5mM的CdTe量子点溶液。
5、将上述合成的CdTe量子点放入比色皿中，使用荧光光谱仪进行荧光表征(光谱图如图1所示)，并拍摄其放在日光灯和紫外灯下的图片(如图1右上角所示)；
6、将上述合成的CdTe量子点稀释102倍，透射电镜下观察其粒径大小并进行粒径大小的统计分析，结果如图2所示。
实施例2蛋白质溶液的配制
本次实验中一共选用了十三种蛋白质(包括酸性、碱性、中性)作为识别对象，分别为：血红蛋白、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、过氧化氢酶、丝胶蛋白、HSA、牛I型胶原蛋白、胰蛋白酶、溶菌酶、胃粘膜素、牛γ球蛋白、卵清蛋白和人IgG，分别称取上述蛋白质，溶于0.01M、pH为7.4的PBS缓冲液中，混匀，4℃储存备用，最终得到上述十三种蛋白质溶液的浓度均为20-25mg/mL。
实施例3基于CdTe量子点的荧光特性变化对多种蛋白质进行区分识别
将等体积的CdTe量子点溶液和各蛋白质溶液按照体积比1:1分别混匀，各取200μL置于96孔板中，用波长为302nm的紫外灯照射45-60min后，使用凝胶生物成像系统在同一紫外波长下，对各样品的荧光颜色和强度进行采集(如图3(A)和3(B))。
实施例4荧光数据的处理
根据实施例3中采集的信号值，取每种样品的信号变化值ΔI＝I-I0与对照的空白I0的比值(ΔI/I0)，对样品做图(如图3(C))，并使用SPSS 16.0软件将所得到的信号变化值进行线性判别分析(LDA)处理(如图3(D))，得到每种蛋白质的二维指纹图谱。LDA可以将同一样品的数据值聚集在一起形成一个团簇，然后不同的样品聚集成不同的团簇，使得同一样品的数据(组内距离)离得较近，而不同样品的数据(组间距离)离得很远，最终将不同的样品分开。
实施例5蛋白质图案的采集
按照实施例3步骤中所示，将CdTe量子点与各蛋白质溶液按照体积比1:1混匀，并用波长为302nm的紫外灯照射45-60min后；取混合液30μL滴在干燥的玻璃片上，放置过夜，室温下蒸发并干燥，随着溶液的自然蒸发，蛋白质最终在玻璃片上形成一个特定的图案；使用荧光显微镜对不同CdTe-蛋白质的形貌进行观察并记录(如图4)。

Claims (4)

1.一种对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，此传感器以CdTe量子点的荧光强度、荧光颜色及其在玻璃基底上的图案为传感单元，基于蛋白质与CdTe量子点相互作用后对传感单元产生不同程度的影响而构建，其特征在于由以下步骤构建：
步骤一：称取一系列酸性、中性或碱性蛋白质，配制成浓度为20-25mg/mL的蛋白质溶液；
步骤二：将浓度为5.0±0.5mM巯基乙酸包裹的CdTe量子点，与上述蛋白质溶液分别混合均匀后，在302nm紫外灯下照射45-60min，对其荧光颜色、荧光强度进行观察记录，并使用SPSS软件对荧光信号进行线性判别分析(LDA)处理；
步骤三：将浓度为5.0±0.5mM巯基乙酸包裹的CdTe量子点，与上述蛋白质溶液分别混合均匀后，在302nm紫外灯下照射45-60min，将混合液滴到玻璃基底上，待其自然风干后，在荧光显微镜下对其形貌进行观察。
2.根据权利要求1所述的基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，其特征在于所述步骤一中使用0.01M、pH为7.4的PBS缓冲液配制蛋白质溶液。
3.根据权利要求1所述的基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，其特征在于所述步骤二和步骤三中，各种蛋白质溶液与CdTe量子点溶液的体积比为1:1。
4.根据权利要求1所述的基于CdTe量子点对多种蛋白质进行同步检测的多通道传感器，其特征在于所述蛋白质为血红蛋白、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、过氧化氢酶、丝素蛋白、人血清白蛋白、牛I型胶原蛋白、胰蛋白酶、溶菌酶、胃粘膜素、牛γ-球蛋白、卵清蛋白和人免疫球蛋白G。
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Assignee: Silkworm pharmaceutical factory affiliated to Sericulture Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences

Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2020980007222

Denomination of invention: Multi channel sensor for simultaneous detection of multiple proteins based on CdTe quantum dots

Granted publication date: 20190621

License type: Common License

Record date: 20201029

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