CN109342420B - Fe3O4@C一维纳米线的应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于分析化学领域,具体涉及Fe3O4@C一维纳米线的应用,基于Fe3O4@C一维纳米线与过氧化物酶相似的催化活性,Fe3O4@C一维纳米线可用于制备类过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶,定性和/或定量检测过氧化氢或产生过氧化氢的生物活性物质。Fe3O4@C一维纳米线还可用于制备适配体传感器,该适配体传感器具有类过氧化物酶活性或过氧化物酶模拟酶活性,可将与其特异性结合的目标蛋白的定性和/或定量检测转换成过氧化氢的定性和/或定量测定,检测限低,检测范围广,在医学诊断、治疗及检测方向的应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于分析化学技术领域,具体涉及Fe3O4@C一维纳米线的应用。
背景技术
血小板衍生生长因子(Platelet—derived growth factor,PDGF)是人体血小板中具有双链结构的蛋白质生长因子,为促细胞分裂剂,可刺激成纤维细胞和其它多种细胞分裂增殖。其主要由巨核细胞合成,生理状态下主要储存在血小板的α颗粒中,在骨骼和心脏等重要组织器官的病理、生理过程中发挥着重要作用。常见的PDGF检测方法有比色法、荧光法及电化学方法等。
纳米材料的应用为发展高灵敏、高选择性的生物传感器带来了新的契机。由于纳米材料具有比表面积大、生物活性中心多、吸附能力强及表面亲水性等优异性质,研究者将其应用于生物传感器,提高了检测的灵敏度及稳定性。
用于高性能锂电池的多级介孔Fe3O4@C纳米线配位聚合物的原位合成(In situsynthesis of hierarchical mesoporous Fe3O4@C nanowires derived fromcoordination polymers for high-performance lithium-ion batteries,The RoyalSociety of Chemistry,2014,4,51960-51965),提供的Fe3O4@C一维纳米线用于锂电池,可提高锂电池的性能。本申请研究发现该Fe3O4@C一维纳米线具有与过氧化物酶相似的催化活性,可催化过氧化物(尤其是过氧化氢)的氧化还原反应。
利用捕获适配体与检测适配体组成的“三明治”夹心法对目标蛋白进行检测已成为一种高效的检测方法。适配体一端的单链DNA与其他非DNA链的物质特异性结合,如蛋白质、细胞、组织等物质。作为适体的单链DNA为用SELEX 技术从基因文库中筛选出来的,长度不一,有的达到50bp以上。
本申请利用Fe3O4@C纳米线的过氧化物酶催化活性,制备由Fe3O4@C纳米线组装的用于目标蛋白检测的生物传感器,将目标蛋白的检测转换成基于过氧化物(尤其是过氧化氢)氧化还原反应的定性和/或定量检测,检出限低,提高检测灵敏度,扩大检测范围。为目标蛋白的医学诊断、治疗及检测提供新的方法,应用前景广阔。
发明内容
本申请提供Fe3O4@C一维纳米线的应用。
本申请研究发现Fe3O4@C一维纳米线具有与过氧化物酶相似的催化活性,作为一维无机纳米酶,可用于制备类过氧化物酶或过氧化物酶模拟酶,催化过氧化物(尤其是过氧化氢)作为电子受体、显色指示剂(如3,3',5,5'-四甲基联苯胺, TMB)作为电子供体的恒比例氧化还原反应,测定显色指示剂的恒比例氧化产物的紫外吸收光谱,实现过氧化物(过氧化氢)的定性和/或定量检测。
Fe3O4@C一维纳米线基于与过氧化物酶相似的催化活性,还可用于产生过氧化氢的生物活性物质的定性和/或定量检测,生物活性物质包括胆固醇、葡萄糖、抗坏血酸、甘氨酸或组氨酸。
Fe3O4@C一维纳米线检测过氧化氢时,步骤包括:将含有过氧化氢的样品、 Fe3O4@C一维纳米线、显色指示剂和缓冲液混合均匀,在pH=2~7、25℃~65℃条件下反应5~30分钟;分离Fe3O4@C一维纳米线,检测反应液的紫外吸收光谱,进行定性和/或定量测定。
优选为pH=2~5,较优选为pH=3~4,更优选为pH=4;所述缓冲液为醋酸 -醋酸钠、磷酸-磷酸钠或磷酸-磷酸氢钠等,优选为醋酸-醋酸钠。
所述显色指示剂包括3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、邻苯二胺(OPD)、2,2'-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)、发光氨或荧光试剂Amplex Red,优选为3,3',5,5'-四甲基联苯胺。所述显色指示剂在检测体系中的含量为 0.05~0.2mmol/L,优选为0.1~0.2mmol/L,更优选为0.1mmol/L。
所述Fe3O4@C一维纳米线在检测体系中的含量为5~100μg/mL,优选为 20~100μg/mL,更优选为100μg/mL。
反应温度优选为50℃~60℃,更优选为55℃。
在本发明的一个优选方案中,使用0.2mol/L pH=4的醋酸-醋酸钠缓冲液,显色指示剂为3,3',5,5'-四甲基联苯胺,吸收光谱的检测波长为652nm,检测体系中,3,3',5,5'-四甲基联苯胺的含量为0.1mmol/L,Fe3O4@C一维纳米线的含量为 100μg/mL。
基于Fe3O4@C一维纳米线与过氧化物酶相似的催化活性,本发明还提供一种适配体传感器,包含适配体与Fe3O4@C一维纳米线,适配体与Fe3O4@C一维纳米线基于生物素-亲和素系统结合。该适配体传感器可与目标蛋白特异性结合,将目标蛋白的定性和/或定量检测转换为Fe3O4@C一维纳米线催化的过氧化物 (尤其是过氧化氢)的定性和/或定量检测。所述适配体传感器可检测的目标蛋白包括人血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB)、癌胚抗原(CEA)、溶菌酶 (Lysozyme)、人血清白蛋白(HAS)或甲胎蛋白(AFP)。
适配体能够与目标蛋白特异性结合。
检测的目标蛋白为PDGF-BB时,所述适配体的基因序列为 5’-TTTTTTCAGGCTACGGCACGTAGAGCATCACCATGATCCTG-3’,生物素修饰于5’端。
为增强适配体传感器的过氧化物酶催化活性,该适配体传感器还包括基于生物素-亲和素系统标记于Fe3O4@C一维纳米线的G四联体。所述G四联体的基因序列为:5’-TTTTTTGGGTTGGGCGGGTAGGG-3’,生物素修饰于5’端。
适配体传感器的制备方法,包括以下步骤:均匀混合有包被链霉亲和素的 Fe3O4@C一维纳米线与生物素修饰的适配体的溶液孵育生成适配体传感器。孵育体系中,包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线的浓度为10~125μg/mL,优选为50~100μg/mL;生物素修饰的适配体的浓度为0.05~0.25μM,优选为 0.05μM。
还包括,包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线先标记生物素修饰的G四联体,再与生物素修饰的适配体孵育生成适配体传感器。
包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线的制备方法包括:均匀混合有 Fe3O4@C一维纳米线与链霉亲和素的溶液孵育包被。包被体系中,链霉亲和素的浓度为0.5~1mg/mL,优选为0.5mg/mL;Fe3O4@C一维纳米线的浓度为0.25~ 0.5mg/mL,优选为0.5mg/mL。
基于适配体传感器检测目标蛋白的方法,步骤包括:(1)向包被适配体的酶标孔内加入适配体传感器溶液与目标蛋白液,包被形成生物传感器;
(2)向包被生物传感器的酶标孔内加入过氧化氢、显色指示剂与缓冲液,在pH=2~7、25℃~65℃条件下反应10~90分钟,检测反应液的紫外吸收光谱,进行定性和/或定量测定。
步骤(1),包被有适配体的酶标孔含有以下制备步骤:包被有链霉亲和素的酶标孔经牛血清蛋白封闭后,再加入生物素修饰的适配体,生成包被有适配体的酶标孔。生物素修饰的适配体的浓度为0.1~0.5μM,优选为0.1μM。所检测的目标蛋白为PDGF-BB时,所述生物素修饰的适配体的基因序列为5'- TTTTTTCAGGCTACGGCACGTAGAGCATCACCATGATCCTG-3',生物素修饰于5’端。
步骤(1),适配体传感器溶液含有以下制备步骤:均匀混合有包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线与生物素修饰的适配体的溶液孵育生成适配体传感器。孵育体系中,包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线的浓度为10~ 125μg/mL,优选为50~100μg/mL;生物素修饰的适配体的浓度为0.05~0.25μM,优选为0.05μM。
还包括,包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线先标记生物素修饰的G四联体,再与生物素修饰的适配体孵育生成适配体传感器。
步骤(1),目标蛋白液中的目标蛋白包括PDGF-BB、CEA、Lysozyme、 HAS或AFP。
步骤(2)的检测体系中,优选为pH=2~5,较优选为pH=3~4,更优选为 pH=4;反应温度优选为50℃~60℃,更优选为55℃;反应时间优选为60~120 分钟,更优选为90分钟;显色指示剂的浓度为0.05~2mmol/L,优选为0.1~ 1mmol/L,更优选为0.5mmol/L;过氧化氢的浓度为0.1~2mmol/L,优选为0.5~ 1mmol/L,更优选为1mmol/L;所述缓冲液为醋酸-醋酸钠、磷酸-磷酸钠或磷酸- 磷酸氢钠等,优选为醋酸-醋酸钠;所述显色指示剂有3,3',5,5'-四甲基联苯胺 (TMB)、邻苯二胺(OPD)、2,2'-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐 (ABTS)、发光氨或荧光试剂Amplex Red,优选为3,3',5,5'-四甲基联苯胺。
作为一个优选方案,步骤(2),使用0.2mol/L pH=4的醋酸-醋酸钠缓冲液,显色指示剂为3,3',5,5'-四甲基联苯胺,吸收光谱的检测波长为652nm,检测体系中,3,3',5,5'-四甲基联苯胺的含量为0.5mmol/L,过氧化氢的含量为1mmol/L。
相对于现有技术,本申请的优点在于:
(1)本申请提供的Fe3O4@C一维纳米线,具有与过氧化酶相似的催化活性,且其吸附性能、生物相容性和稳定性良好、高表面积、毒性低。
(2)本申请利用Fe3O4@C一维纳米线的过氧化物酶催化活性,将其用于组装检测目标蛋白的适配体传感器,可将目标蛋白的定性和/或定量检测转换为含有过氧化氢的显色指示剂底液的定性和/或定量测定,通过酶标仪检测紫外可见吸光度值,绘制目标蛋白(例如血小板衍生生长因子)的校正曲线,并对应可视化的颜色梯度,简便快速的实现目标蛋白的定性和/或定量检测,且目标蛋白的检测限可扩大至10fM,并均可对PDGF-BB、CEA、Lysozyme、HAS或AFP等蛋白进行定性或定量检测,扩大适配体传感器的检测范围。可为目标蛋白的医学诊断、治疗及检测提供新的方法,应用前景广阔。
附图说明
图1为实施例1制备的Fe3O4@C一维纳米线的SEM图。
图2为实施例1制备的Fe3O4@C一维纳米线的TEM图。
图3为Fe3O4@C一维纳米线催化TMB底液的紫外吸收光谱图。
图4为随温度变化的Fe3O4@C一维纳米线过氧化酶活性趋势。
图5为随pH变化的Fe3O4@C一维纳米线过氧化酶活性趋势。
图6为随Fe3O4@C一维纳米线浓度变化的过氧化酶活性趋势。
图7为Fe3O4@C一维纳米线随过氧化氢浓度变化的动力学测试图。
图8为Fe3O4@C一维纳米线随TMB浓度变化的动力学测试图。
图9为基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器检测PDGF-BB蛋白的流程示意图。
图10为生物素修饰的G四联体(biotin-G4)的结构示意图。
图11为生物素修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B,biotin-capture aptamer)的结构示意图。
图12为基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器随PDGF-BB蛋白浓度的检测校正曲线。
图13为随适配体浓度变化的基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器检测PDGF-BB蛋白的活性趋势。
图14为随检测时间变化的基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器检测PDGF-BB蛋白的活性趋势。
图15为随Fe3O4@C@SA浓度变化的基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器检测PDGF-BB蛋白的活性趋势。
图16为基于Fe3O4@C一维纳米线的适配体生物传感器对不同蛋白(PDGF-BB、 CEA、Lysozyme、HAS和AFP)的检测活性。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明进行详细说明。
实施例1 Fe3O4@C的合成
按照文献“用于高性能锂电池的多级介孔Fe3O4@C纳米线配位聚合物的原位合成(In situ synthesis of hierarchical mesoporous Fe3O4@C nanowires derived fromcoordination polymers for high-performance lithium-ion batteries,The RoyalSociety of Chemistry,2014,4,51960-51965)”中制备方法,制备一维线状Fe3O4@C 纳米材料,具体如下:
(1)Fe-NTA的制备
将2.6g硫酸亚铁铵和0.6g次氮基三乙酸加入40ml水中,超声均匀后,放入转子,持续搅拌60min;于180℃恒温反应720min,降至室温并过滤,用乙醇和蒸馏水交替洗涤数次,得到白色沉淀即为Fe-NTA。
(2)Fe3O4@C的制备
将200mg三羟甲基氨基甲烷加入5ml水中,并超声均匀,制得三羟甲基氨基甲烷水溶液;
将15mgPDA、2ml乙醇和1ml水混合,并超声均匀,制得聚多巴胺醇水液;
将50mg Fe-NTA、30ml无水乙醇和20ml水混合并超声均匀,依次逐滴滴加三羟甲基氨基甲烷水溶液与聚多巴胺醇水液,滴加完毕后,持续搅拌20h,过滤,用乙醇和蒸馏水交替洗涤数次,得到黑色沉淀即为Fe-NTA@PDA。
Fe-NTA@PDA在氮气保护下煅烧(500℃),得到Fe3O4@C一维纳米线材料。
Fe3O4@C的SEM图如图1所示,Fe3O4@C的TEM图如图2所示,其结构同上述文献记载。
实施例2 Fe3O4@C的类过氧化物酶活性
2.1类过氧化物酶活性
(1)分别取285μL、290μL、290μL、295μL 0.2M pH 4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL、0μL、6μL、0μL Fe3O4@C (5mg/mL),6μL、6μL、0μL、0μL过氧化氢水溶液(0.01M),3μL、3μL、3μL、3μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB,10mM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液在室温下反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
结果如图3所示,Fe3O4@C+TMB+H2O2的紫外吸光度约为TMB+H2O2的8 倍,是TMB+Fe3O4@C的6倍,单独TMB的吸光度几乎可忽略不计,因此本实验制备的纳米材料Fe3O4@C具有类过氧化物酶活性。
2.2温度对Fe3O4@C类酶活性的影响
(1)取290μL 0.2M pH 4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、3μL过氧化氢水溶液(0.1M)、3μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB,20mM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液分别在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃ 55℃、55℃、65℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
结果如图4所示,652nm处的吸光度随着温度的升高先升高后降低,为了使 Fe3O4@C在最佳的条件下工作,选择最大吸光度所对应的温度55℃为反应的最佳温度。
2.3 pH对Fe3O4@C类酶活性的影响
(1)取290μL 0.2M pH=2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1 mg/mL)、3μL过氧化氢水溶液(0.1M)、3μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB, 20mM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
结果如图5所示,652nm处的吸光度随着pH的升高先升高后降低,为了使 Fe3O4@C在最佳的条件下工作,选择最大吸光度所对应的pH=4.00为反应的最佳pH。
2.4 Fe3O4@C浓度对其类酶活性的影响
(1)取290μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入不同浓度的Fe3O4@C(终浓度分别为0、5、10、15、20、50、 100μg/mL)、6μL过氧化氢水溶液(0.1M)、3μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB, 10mM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
结果如图6所示,Fe3O4@C的加入量与652nm波长处的吸光度成线性关系,根据经验,选取100μg/mL为Fe3O4@C溶液的最佳浓度。
实施例3 Fe3O4@C的动力学实验
3.1 H2O2实验
[TMB]=0.20mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、6μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB, 10mM)、不同浓度过氧化氢水溶液(终浓度依次接近为100、200、500、1000μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
[TMB]=0.10mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、3μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB,10mM)、不同浓度过氧化氢水溶液(终浓度依次接近为100、200、500、1000μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
[TMB]=0.05mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、1.5μL 3,3',5,5'-四甲基联苯胺 (TMB,10mM)、不同浓度过氧化氢水溶液(终浓度依次接近为100、200、500、 1000μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
不同TMB终浓度(0.20mM、0.10mM、0.05mM)时,纳米模拟酶Fe3O4@C 催化H2O2氧化还原反应速率随H2O2浓度的变化趋势如图7所示,经计算,纳米模拟酶Fe3O4@C对底物H2O2的米氏常数Km=0.23,最大反应速率Vm=2.41。
3.2 TMB实验
[H2O2]=0.10mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、3μL过氧化氢水溶液(0.01M),不同浓度3,3',5,5'-四甲基联苯胺溶液(终浓度依次接近为300、400、600、800μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
[H2O2]=0.075mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、2.25μL过氧化氢水溶液(0.01 M)、不同浓度3,3',5,5'-四甲基联苯胺溶液(终浓度依次接近为300、400、600、 800μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
[H2O2]=0.05mM
(1)取285μL 0.2M pH=4.00的醋酸-醋酸钠缓冲溶液于各离心管中,依次向各离心管中加入6μL Fe3O4@C(1mg/mL)、1.5μL过氧化氢水溶液(0.01M)、不同浓度3,3',5,5'-四甲基联苯胺溶液(终浓度依次接近为300、400、600、800μM),将上述溶液混合均匀;
(2)将步骤(1)所得混合液于55℃水浴锅中反应10min;
(3)通过外加磁场将Fe3O4@C与反应液分离;
(4)用紫外-可见吸收分光光度计测定上述混合溶液的紫外吸收光谱。
不同H2O2浓度(0.10mM、0.075mM、0.05mM)时,纳米模拟酶Fe3O4@C 催化H2O2氧化还原反应速率随TMB浓度的变化趋势如图8所示,经计算,纳米模拟酶Fe3O4@C对底物TMB的米氏常数Km=0.20,最大反应速率Vm=1.34。
实施例4适配体生物传感器的制备及定量检测PDGF-BB蛋白
按照图9制备适配体生物传感器并进行PDGF-BB蛋白检测,主要为:向接种biotin-PDGF-5B(biotin-capture aptamer)的SA包被酶标板的检测孔内加入接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线与PDGF-BB蛋白反应生成适配体生物传感器后,再加入含有醋酸缓冲液、H2O2和TMB底液,酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值。具体过程如下,但接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备与接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备无先后顺序要求:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板
在96孔聚苯乙烯(PS)酶标板的每个孔加入150~230μL、浓度为2~10μg/mL 的链霉亲和素溶液包被,链霉亲和素溶液所用溶剂为pH 3.0~5.0的磷酸盐缓冲液。包被温度为25℃~35℃,包被时间为3~7小时,湿度为RH60%~RH90%。包被结束后用30~50mM的Tris-HCl缓冲液冲洗1~3次。25℃~35℃晾干,即得SA包被酶标板(plate-SA)。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点
在SA包被酶标板的每个孔内加入100~150μL、质量分数为0.1%~0.3%的牛血清白蛋白(BSA)溶液,以封闭孔表面非特异性活性位点,封闭结束后用浓度为0.01M~0.05M的PBS缓冲液冲洗1~3次,25℃~35℃晾干,即得BSA封闭非特异性活性位点的SA包被酶标板(plate-SA(BSA))。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B
在BSA封闭非特异性活性位点的SA包被酶标板的每个孔内加入100~ 150μL、0.1~0.5μM的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B,如图11所示)作为底基,包被温度为35℃~37℃,包被时间为0.5~1小时,包被结束后用浓度为0.01M~0.05M的PBS缓冲液冲洗1~3 次,4℃~8℃晾干保存,得到接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板,作为传感器的适配体基底,表示为plate-SA(BSA)-biotin-PDGF-5B。
biotin-PDGF-5B序列为:
5'-Biotin-TTTTTTCAGGCTACGGCACGTAGAGCATCACCATGATCCTG-3'。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C
将0.5~1mg/mL的Fe3O4@C溶液与1.0~2.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂按体积比1:1孵育培养,包被温度为30℃~40℃,包被时间为6~7小时,包被结束后用0.01M的PBS缓冲液洗三次,洗掉未被包被的SA,得到包被SA的 Fe3O4@C一维纳米线(Fe3O4@C@SA)。
将Fe3O4@C@SA分散于1×PBS中,得到浓度为20~250μg/mL的 Fe3O4@C@SA溶液,超声均匀,4℃~8℃保存待用。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4
将20~250μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液与0.1μM生物素(biotin)修饰的G 四联体(biotin-G4,如图10所示)溶液按体积比1:1共同孵育25~35min,得到Fe3O4@C@SA-biotin-G4酶联体溶液,4℃~8℃保存待用。基于G四联体的增强作用,Fe3O4@C@SA-biotin-G4作为能增强信号的类过氧化氢酶。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B
取0.1μM生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体 (biotin-PDGF-5B,如图11所示)与2.2制备的酶联体Fe3O4@C@SA-biotin-G4 溶液按照体积比1:1共同孵育25~35min,得到PDGF-5B-biotin -Fe3O4@C@SA-biotin-G4酶联适配体溶液,4℃~8℃保存待用。
3.适配体生物传感器的制备
3.1向步骤1制备的接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别加入步骤2制备的接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线(PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)溶液与PDGF-BB溶液,制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器,表示为[plate-SA(BSA)-biotin-PDGF -5B]-[PDGF-BB]-[PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4]。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入醋酸缓冲液、H2O2与 TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为90分钟,间隔为10分钟。
实施例5利用适配体传感器绘制不同浓度PDGF-BB蛋白溶液的校正曲线
本实施例方法同实施例4,不同之处在于:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板:每个孔内加入200μL、浓度为5μg/mL的链霉亲和素溶液包被聚苯乙烯材质的酶标板。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点:每个孔内加入 100μL、质量分数为0.2%的牛血清白蛋白(BSA)溶液。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B:每个孔内加入100μL、0.1μM的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C:将100μL 1mg/mL的Fe3O4@C溶液与25μL 1.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂孵育培养,得到浓度为1mg/mL的Fe3O4@C@SA 溶液,再用1×PBS稀释至浓度为50μg/mL。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4:将50μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液与 0.1μM生物素(biotin)修饰的G四联体溶液按体积比1:1共同孵育。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B:将0.1μM生物素(biotin) 修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B)与2.2制备的酶联体 Fe3O4@C@SA-biotin-G4溶液按照体积比1:1共同孵育。
3.适配体生物传感器的制备
3.1设定酶标板单位检测孔的总溶液体积为200μL,向步骤1制备的接种 biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别加入100μL步骤2制备的接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线(PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)溶液与100μL的PDGF-BB溶液(浓度分别为100nM、10nM、1nM、100pM、10pM、1pM、100fM、10fM、0fM),制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入155μL、0.2M、pH 4.0 的醋酸缓冲液,40μL、0.1M H2O2与5μL、20mM TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为90分钟,间隔为10分钟。以不同浓度PDGF-BB溶液对应的可视化颜色深浅梯度绘制血小板衍生生长因子的校正曲线,从而判断样品的微量浓度,结果如图12所示。
实施例6适配体浓度对适配体生物传感器检测的影响
本实施例方法同实施例4,不同之处在于:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板:每个孔内加入200μL、浓度为5μg/mL的链霉亲和素溶液包被聚苯乙烯材质的酶标板。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点:每个孔内加入 100μL、质量分数为0.2%的牛血清白蛋白(BSA)溶液。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B:每个孔内分别加入100μL浓度分别为0μM、0.1μM、0.2μM、0.3μM、0.4μM的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C:将100μL、1mg/mL的Fe3O4@C溶液与25μL、 1.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂孵育培养,得到浓度为1mg/mL的Fe3O4@C@SA 溶液,再用1×PBS稀释至浓度为50μg/mL。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4:将50μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液与 0.1μM生物素(biotin)修饰的G四联体溶液按体积比1:1共同孵育。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B:将浓度分别为0μM、 0.1μM、0.2μM、0.3μM、0.4μM的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B)与2.2制备的酶联体Fe3O4@C@SA-biotin-G4溶液按照体积比1:1共同孵育。
3.适配体生物传感器的制备
3.1设定酶标板单位检测孔的总溶液体积为200μL,向步骤1制备的接种不同浓度biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别对应加入100μL 步骤2制备的接种不同浓度biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线(PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)溶液与100μL、10pM的PDGF-BB 溶液,制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入155μL、0.2M、pH 4.0 的醋酸缓冲液,40μL、0.1M H2O2与5μL、20mM TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为90分钟,间隔为10分钟。
检测结果如图13所示,随着biotin-PDGF-5B浓度的增加,适配体生物传感器催化TMB底液的吸光度先升高后降低,当biotin-PDGF-5B浓度为0.1μM时, TMB底液的吸光度最大。
实施例7适配体生物传感器不同检测时长的检测活性
本实施例方法同实施例4,不同之处在于:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板:每个孔内加入200μL、浓度为5μg/mL的链霉亲和素溶液包被聚苯乙烯材质的酶标板。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点:每个孔内加入 100μL、质量分数为0.2%的牛血清白蛋白(BSA)溶液。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B:每个孔内分别加入100μL、0.1μM 的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C:将100μL、1mg/mL的Fe3O4@C溶液与25μL、 1.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂孵育培养,得到浓度为1mg/mL的Fe3O4@C@SA 溶液,再用1×PBS稀释至浓度为50μg/mL。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4:将50μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液与 0.1μM生物素(biotin)修饰的G四联体溶液按体积比1:1共同孵育。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B:将0.1μM生物素(biotin) 修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B)与2.2制备的酶联体 Fe3O4@C@SA-biotin-G4溶液按体积比1:1共同孵育。
3.适配体生物传感器的制备
3.1设定酶标板单位检测孔的总溶液体积为200μL,向步骤1制备的接种 biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别加入100μL步骤2制备的接种biotin-PDGF-5B的G四联体的Fe3O4@C一维纳米线溶液 (PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)与100μL、10pM的PDGF-BB溶液,制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入155μL、0.2M、pH 4.0 的醋酸缓冲液,40μL、0.1M H2O2与5μL、20mM TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为0 分钟、10分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟,检测结果如图14所示,在90分钟的检测时长内,随着检测时间的延长,适配体生物传感器催化TMB 底液的吸光度逐渐增大。
实施例8不同Fe3O4@C@SA浓度对适配体生物传感器检测的影响
本实施例方法同实施例4,不同之处在于:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板:每个孔内加入200μL、浓度为5μg/mL的链霉亲和素溶液包被聚苯乙烯材质的酶标板。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点:每个孔内加入 100μL、质量分数为0.2%的牛血清白蛋白(BSA)溶液。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B:每个孔内分别加入100μL、0.1μM 的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C:将100μL 1mg/mL的Fe3O4@C溶液与25μL 1.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂孵育培养,得到浓度为1mg/mL的Fe3O4@C@SA 溶液,再用1×PBS稀释至浓度分别为0μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、 200μg/mL。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4:将浓度分别为25μg/mL、50μg/mL、 100μg/mL、200μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液分别与0.1μM生物素(biotin)修饰的G四联体溶液按照体积比为1:1共同孵育。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B:将0.1μM生物素(biotin) 修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B)与2.2制备的酶联体 Fe3O4@C@SA-biotin-G4溶液按照体积比1:1共同孵育。
3.适配体生物传感器的制备
3.1设定酶标板单位检测孔的总溶液体积为200μL,向步骤1制备的接种 biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别加入100μL步骤2制备的接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线溶液 (PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)与100μL、10pM的PDGF-BB溶液,制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入155μL、0.2M、pH 4.0 的醋酸缓冲液,40μL、0.1M H2O2与5μL、20mM TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为90分钟,间隔为10分钟。
检测结果如图15所示,随着Fe3O4@C@SA浓度的增大,适配体生物传感器催化TMB底液的吸光度逐渐增大。
实施例9通过适配体生物传感器对其他蛋白进行特异性检测
本实施例方法同实施例4,不同之处在于:
1.接种biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的制备
1.1 SA包被酶标板:每个孔内加入200μL、浓度为5μg/mL的链霉亲和素溶液包被聚苯乙烯材质的酶标板。
1.2 BSA封闭SA包被酶标孔表面非特异性活性位点:每个孔内加入 100μL、质量分数为0.2%的牛血清白蛋白(BSA)溶液。
1.3 SA包被酶标板接种biotin-PDGF-5B:每个孔内分别加入100μL、0.1μM 的生物素(biotin)修饰的血小板衍生生长因子适配体。
2.接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线的制备
2.1 SA包被Fe3O4@C:将100μL、1mg/mL的Fe3O4@C溶液与25μL 1.0mg/mL链霉亲和素(SA)试剂孵育培养,得到浓度为1mg/mL的Fe3O4@C@SA 溶液,再用1×PBS稀释至浓度为50μg/mL。
2.2 Fe3O4@C@SA负载biotin-G4:将浓度为50μg/mL的Fe3O4@C@SA溶液分别与0.1μM生物素(biotin)修饰的G四联体溶液按体积比1:1共同孵育。
2.3 Fe3O4@C@SA-biotin-G4修饰biotin-PDGF-5B:将0.1μM生物素(biotin) 修饰的血小板衍生生长因子适配体(biotin-PDGF-5B)与2.2制备的酶联体 Fe3O4@C@SA-biotin-G4溶液按体积比1:1共同孵育。
3.适配体生物传感器的制备
3.1设定酶标板单位检测孔的总溶液体积为200μL,向步骤1制备的接种 biotin-PDGF-5B的SA包被酶标板的每个检测孔内分别加入100μL步骤2制备的接种biotin-PDGF-5B的G四联体增强的Fe3O4@C一维纳米线溶液 (PDGF-5B-biotin-Fe3O4@C@SA-biotin-G4)与100μL浓度分别为1nM的 PDGF-BB溶液、100nM的CEA溶液、100nM的Lysozyme溶液、100nM的HAS 溶液、100nM的AFP溶液,制备检测PDGF-BB蛋白的适配体生物传感器。
3.2向3.1反应结束后的酶标板的每个检测孔内加入155μL、0.2M、pH 4.0 的醋酸缓冲液,40μL、0.1M H2O2与5μL、20mM TMB作为显色溶液,通过酶标仪(microplate reader)测652nm波长的吸光度值,动力学测定时间为90分钟,间隔为10分钟。
检测结果如图16所示,本申请制备的适配体生物传感器对血小板衍生生长因子BB(PDGF-BB)、癌胚抗原(CEA)、溶菌酶(Lysozyme)、人血清白蛋白(HAS)和甲胎蛋白(AFP)均有检测活性,PDGF-BB的检测浓度为1nM,其他蛋白的检测浓度均为100nM,PDGF-BB蛋白的检测活性显著高于CEA、 Lysozyme、HAS和AFP蛋白。
上述对实施实例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施实例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施实例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种非治疗和/或诊断目的的适配体传感器检测目标蛋白的方法,其特征在于,步骤包括:
(1)向包被适配体的酶标孔内加入适配体传感器溶液与目标蛋白液,包被形成生物传感器;
所述的适配体传感器具有类过氧化物酶活性或过氧化物酶模拟酶活性,包含适配体与Fe3O4@C一维纳米线,适配体与Fe3O4@C一维纳米线基于生物素-链霉亲和素系统结合;还包括基于生物素-链霉亲和素系统标记于Fe3O4@C一维纳米线的G四联体,通过以下方法制备:
均匀混合有包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线与生物素修饰的适配体的溶液孵育生成适配体传感器;所述包被链霉亲和素的Fe3O4@C一维纳米线先标记生物素修饰的G四联体,再与生物素修饰的适配体孵育生成适配体传感器;
(2)向包被生物传感器的酶标孔内加入过氧化氢、显色指示剂与缓冲液,在pH=2~7、25℃~65℃条件下反应10~90分钟,检测反应液的紫外吸收光谱,进行定性和/或定量测定。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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