CN110605104A - 特异性识别赭曲霉毒素a的核酸适配体-印迹整体柱及其制备方法 - Google Patents

特异性识别赭曲霉毒素a的核酸适配体-印迹整体柱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体‑印迹整体柱及其制备方法，属于分析化学技术领域。所述的整体柱是以高亲水2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸为有机聚合单体、笼型低聚倍半多聚硅氧烷和丙烯酸酯为交联剂、赭曲霉毒素A为模板、安息香双甲醚为引发剂、N,N‑二甲基甲酰胺和PEG 10000为二元致孔剂以及OTA核酸适配体为原料，通过发生自由基光引发聚合反应直接形成。该核酸适配体‑印迹整体柱在啤酒基质中对赭曲霉毒素A的检测回收率达到95.5%，为赭曲霉毒素A的特异性识别分离提供了新途径。

Description

特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱及其制备 方法
技术领域
本发明属于分析化学技术领域，具体涉及特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱及其制备方法。
背景技术
分子印迹是一种在合成聚合物中涉及到与目标分子的高结合行为和特异性识别位点的技术。所得分子印迹聚合物（MIPs）是通过在模板分子周围聚合官能和交联单体以形成共聚物而制备的。除去模板后，建立与靶分子互补的形状、大小和功能的结合位点，并有利于模板分子与具有相似结构的其它化合物的再结合。MIPs具有良好的物理化学稳定性、特异性识别和低成本等优点,已被广泛应用于分离过程、固相萃取（SPE）、微反应器、催化、抗体模拟、生物传感器等领域。然而，现有MIPs的结合亲和力相对较差。因此，对MIPs技术的应用还有很大的上升空间。
核酸适配体是一段通过SELEX方法筛选出的短链DNA或RNA序列，对靶分子具有高度的亲和性和高度的特异性。将分子印迹技术和核酸适配体技术相结合能够有效的提高分子印迹的选择性和与目标分子的亲和性。因此MIPs和核酸适配体的组合是生产具有改善的性质和期望特征的混合替代物的理想解决方案。特纳（Adv. Mater. 2015, 27, 750−758）等人通过修饰DNA的化学结构开发了适体-MIP杂合纳米颗粒（Apt-MIP NPs）。已经证明，引入这种修饰的“适体单体”导致所产生的MIP NP的亲和力增加。除此之外，还开发了多种其他形式的适体-MIP杂交体用于传感器检测抗生素，小分子和蛋白质。但是到目前为止，还没有利用Apt-MIP相结合的双重识别技术制备整体柱的报道。
本发明将核酸适配体和MIPs两种识别技术相结合，以高亲水2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为有机聚合单体、笼型低聚倍半多聚硅氧烷和丙烯酸酯为交联剂、赭曲霉毒素A为模板、安息香双甲醚为引发剂、N ,N-二甲基甲酰胺和PEG 10000为二元致孔剂和OTA核酸适配体为原料，溶解形成均一的溶液，注入柱内通过发生自由基光引发聚合反应直接形成，并应用于实际啤酒样品中OTA的特异性分析和检测。
发明内容
本发明的目的在于提供特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱及其制备方法。该整体柱骨架结构均匀，核酸适配体反应效率高，特异性识别能力强，负载量大，机械性能稳定，制备方法简便快捷。是由通过“一步聚合”的方式，采用“巯基-烯”点击化学反应，在分子印迹整体柱的制备中引入核酸适配体，利用柱内自由基光引发聚合反应制备了核酸适配体-印迹双重识别的整体柱。所得到的核酸适配体-印迹整体柱能实现对目标物的高效识别，且对啤酒基质中目标物的回收率达95.5%。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱是以高亲水有机聚合单体、交联剂、模板、引发剂、二元致孔剂和核酸适配体为原料，通过发生自由基光引发聚合反应直接形成。
上述的高亲水有机聚合单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体；所述交联剂为笼型低聚倍半多聚硅氧烷和丙烯酸酯；所述的模板为赭曲霉毒素A溶液；所述的引发剂为安息香双甲醚；所述的二元致孔剂为N ,N-二甲基甲酰胺和PEG 10000；所述的核酸适配体为OTA核酸适配体5，-SH-C6-GATCGGGTGTGGGTGGCGTAAAGGGAGCATCGGACA-3，。
进一步的所述的高亲水有机聚合单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与交联剂笼型低聚倍半多聚硅氧烷和丙烯酸酯的质量比为：12.7~14.7 : 85.3~87.3。
进一步的所述的所述笼型低聚倍半多聚硅氧烷为甲基丙烯酸酯接枝的多面体低聚倍半多聚硅氧烷，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯接枝的多面体低聚倍半多聚硅氧烷与乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比为：3.7~ 3.8 : 81 .6~83.5。
进一步的所述的二元致孔剂，其组成按质量百分比计为：N ,N-二甲基甲酰胺95%，PEG 10000 5%。
进一步的所述的二元致孔剂在高亲水有机聚合单体、交联剂和二元致孔剂三者总质量中所占质量百分比为80%-83%。
进一步的制备整体柱所需要的光引发时间为5-8 min；引发剂的用量为有机聚合单体、交联剂、二元致孔剂和模板总量的1.7wt%-4.1wt%；核酸适配体的浓度为40 μmol/L-80 μmol/L。
特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱的制备方法，包括以下步骤：
（1）紫外光引发透明石英毛细管柱预处理：将紫外光引发透明石英毛细管分别用0.1mol/L HCl冲洗30 min，再用蒸馏水冲洗30分钟，用0.1 mol/L NaOH冲洗3小时，用蒸馏水和甲醇分别冲洗30分钟，然后在室温下以0.4 MPa氮气干燥30 min；为了将C=C键引入毛细管内表面以键合杂化基质，将体积为百分比50%的γ-MAPS甲醇溶液注入毛细管中，两端用硅橡胶密封，然后将毛细管放在60 ℃的水浴锅中水浴加热24 h；之后，用甲醇冲洗毛细管30min，然后在70 ℃下以0 .4 MPa氮气干燥30 min以供进一步使用；
（2）将500 ng/mL的模板赭曲霉毒素A（OTA）溶液和一定浓度的核酸适配体溶液在离心管中孵育30 min，再将高亲水有机聚合单体、交联剂、引发剂和与OTA孵育后的核酸适配体加入到离心管中，然后再将二元致孔剂加入至离心管中，室温下涡旋振荡20-30 min，超声脱气20-30 min，使其形成均匀的溶液；
（3）将步骤（2）得到的溶液在室温下注入步骤（1）预处理好的紫外光引发透明石英毛细管柱中，两端密封后快速放入紫外交联仪（波长365 nm）进行光照反应，反应完成后将制备好的整体柱取出，连接至液相色谱溶剂高压泵，依次采用乙酸:甲醇=1:9（v/v）、甲醇洗去模板和未反应的物质直至压力稳定；
（4）将缓冲液通入步骤（3）所制得的整体柱中，于4 ℃温度下保存。
上述步骤（4）中的缓冲液组成为：10 mmol/L Tris-HCl，120 mmol/L NaCl，5mmol/L KCl和20 mmol/L CaCl2，pH为8.5。
本发明所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱在啤酒、葡萄酒、果汁饮品实际样品中赭曲霉毒素A成分的分离和富集中的应用。但是所述饮品种类不仅限于以上种类。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明将核酸适配体与分子印迹整体柱相结合制备了特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱；
（2）本发明制备的核酸适配体-印迹整体柱可以实现对赭曲霉毒素A的特异性分离；
（3）本发明制备的核酸适配体-印迹整体柱对OTA的最大结合量是6.64 ng（100 μmi.d. × 10 cm）；
（4）本发明制备的核酸适配体-印迹整体柱能够被用于啤酒中赭曲霉毒素A的高效富集与分离，其检测回收率达95.5%。
附图说明
图1为核酸适配体-印迹整体柱（A1-A2）的示意图（A1：700倍、A2：1500倍）和核酸适配体亲和整体柱（B1-B2）的示意图（B1：700倍、B2：1500倍）。
图2为核酸适配体亲和整体柱（左）、核酸适配体-印迹整体柱（右）对OTA的特异性识别。
图3为核酸适配体亲和整体柱（左）、核酸适配体-印迹整体柱（右）的穿透曲线图。
图4为核酸适配体-印迹整体柱检测啤酒样品中的OTA。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱的制备方法，具体步骤为：
（1）紫外光引发透明石英毛细管柱预处理：将紫外光引发透明石英毛细管分别用0.1mol/L HCl冲洗30 min，再用蒸馏水冲洗30分钟，用0.1 mol/L NaOH冲洗3小时，用蒸馏水和甲醇分别冲洗30分钟，然后在室温下以0.4 MPa氮气干燥30 min；为了将C=C键引入毛细管内表面以键合杂化基质，将体积为百分比50%的γ-MAPS甲醇溶液注入毛细管中，两端用硅橡胶密封，然后将毛细管放在60 ℃的水浴锅中水浴加热24 h；之后，用甲醇冲洗毛细管30min，然后在70 ℃下以0.4 MPa氮气干燥30 min以供进一步使用；
（2）取24 μL浓度为500 ng/mL的赭曲霉毒素A溶液与浓度为120 μmol/L的核酸适配体溶液置于离心管中孵育30 min。按质量比为12.7 : 3.8 : 83.5的比例，准确称量2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体、甲基丙烯酸酯接支的多面体低聚倍半硅氧烷和乙二醇二甲基丙烯酸酯加入到离心管中，准确加入引发剂的用量占单体和交联剂两者总质量质量百分比的2.5%，准确加入二元致孔剂的量为在高亲水有机聚合单体、交联剂和致孔剂三者总质量中所占质量百分比为80%（二元致孔剂的组成按质量百分比为：N ,N-二甲基甲酰胺 95%，PEG10000 5%），依次加入至2.0 mL离心管中，然后将与OTA孵育后的核酸适配体取60 μmol/L加入到离心管中，室温下涡旋振荡20 min，超声脱气20 min，使其形成均匀的溶液；
（3）将步骤（2）得到的溶液在室温下注入步骤（1）预处理好的紫外光引发透明石英毛细管柱中，两端密封后快速放入紫外交联仪（波长365 nm）进行光照反应7 min，反应完成后将制备好的整体柱取出，连接至液相色谱溶剂高压泵，依次采用乙酸/甲醇（1/9，v/v）、甲醇洗去模板和未反应的物质直至压力稳定；可得柱C
（4）将缓冲液通入步骤（3）所制得的整体柱中，于4 ℃温度下保存。缓冲液组成为：10mmol/L Tris-HCl，120 mmol/L NaCl，5 mmol/L KCl和20 mmol/L CaCl2，pH为8.5。
实施例2
将注入样品后的紫外光引发透明石英毛细管柱在紫外交联仪（波长365 nm）进行光照反应5 min，其他步骤如实施例1，可得柱A。
实施例3
将注入样品后的紫外光引发透明石英毛细管柱在紫外交联仪（波长365 nm）进行光照反应6 min，其他步骤如实施例1，可得柱B。
实施例4
将注入样品后的紫外光引发透明石英毛细管柱在紫外交联仪（波长365 nm）进行光照反应8 min，其他步骤如实施例1，可得柱D。
实施例5
准确加入引发剂的用量占单体和交联剂两者总质量质量百分比的1.7%，其他步骤如实施例1，可得柱E。
实施例6
准确加入引发剂的用量占单体和交联剂两者总质量质量百分比的3.2%，其他步骤如实施例1，可得柱F。
实施例7
准确加入引发剂的用量占单体和交联剂两者总质量质量百分比的4.1%，其他步骤如实施例1，可得柱G。
实施例8
将与OTA孵育后的核酸适配体取40 μmol/L加入到离心管中，其他步骤如实施例1，可得柱H。
实施例9
将与OTA孵育后的核酸适配体取80 μmol/L加入到离心管中，其他步骤如实施例1，可得柱I。
实施例10
加入二元致孔剂的量在高亲水有机聚合单体、交联剂和致孔剂三者总质量中所占重量百分比为83%，其他步骤如实施例1，可得柱J。
实施例11
加入按质量比为14 .7 : 3.7 : 81 .6的比例的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体、甲基丙烯酸酯接支的多面体低聚倍半硅氧烷和乙二醇二甲基丙烯酸酯，其他步骤如实施例1，可得柱K。
表1 特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱制备条件优化表
实施例12 核酸适配体-印迹整体柱的特异性测试
应用适配体亲和整体柱作为对比柱和实施例1所得核酸适配体-印迹整体柱C检测对赭曲霉毒素A的特异性识别。柱长10 cm，分别按以下步骤实施：（1）平衡：先用结合缓冲液平衡0.5小时，色谱条件为流速0.10 mL/min，压力250 psi，所述的结合缓冲液为10 mmol/LTris-HCl，120 mmol/L NaCl，5 mmol/L KCl和20 mmol/L CaCl2，pH 8.5；（2）富集：将20 μL终浓度为10 ng/mL的赭曲霉毒素A （OTA）和终浓度为100 ng/mL赭曲霉毒素B（OTB）的混合溶液分别注入两种柱子中，在整体柱上富集1小时，色谱条件为0.02 mL/min，压力250 psi；（3）清洗：将富集柱装到液相色谱泵上，用结合缓冲液对对照柱和分子印迹整体柱分别清洗；清洗条件为流速0.1 mL/min，压力250 psi，收集最后的清洗液待查；（4）洗脱：用乙酸:甲醇=2 : 98（v/v）作为洗脱液将赭曲霉毒素A从整体柱上洗脱下来，250 psi反压阀，流速0.1 mL/min收集20 μL的洗脱液待查。采用HPLC-荧光检测器上检测收集液，对照柱对赭曲霉毒素A特异性识别较差，对OTB的非特异性吸附较高（图2左），核酸适配体-印迹整体柱中的OTA可以被有效识别富集和洗脱下来，且特异性更高，对OTB的非特异性吸附更低（图2右）。
实施例13 核酸适配体-印迹整体柱的结合量测定
运用动态前沿分析法测定赭曲霉毒素A在本发明制备的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱上的穿透曲线（breakthrough curve），并以此计算整体柱的最大吸附量。将50 ng/mL的OTA溶液以0.02 mL/min的流速经过10 cm有效柱长的核酸适配体-印迹整体柱用以计算该整体柱对目标物OTA的最大负载（Qmax），接收并测定每20 μL的流出液中OTA的峰面积绘制出穿透曲线图（图3）。从穿透曲线中可以确定，最大峰面积的中间点对应的体积（VR）为120 μL，另外整体柱的空隙体积（V0）可根据公式V0=Vtotal-Vcapillar（其中,Vtotal=μ×ttotal，μ表示毛细管柱内流动相的流速，t表示流动相穿过毛细管柱所用的时间，实验选用不保留物甲苯作为标记物）计算得到为V0=170 nL，根据公式Qmax=C（VR-V0）（C代表目标物OTA的浓度（ng/mL））计算得到该核酸适配体-印迹整体柱对OTA的最大负载量为6.64 ng（100 μm i.d. × 10 cm）。
实施例14 核酸适配体-印迹整体柱的渗透性测定
渗透性在一定程度上反映了柱子的通堵性，能够粗略的作为柱填料的孔径和孔隙率大小的判断依据。截取有效柱长为5 cm的柱子，置于液相色谱泵上，通过调节流动相的线速度（F），改变柱的柱压降（ΔP），依次记录下相应的F值和ΔP，根据以下公式计算出柱体的渗透性（K）：
上述公式中，K（m2）表示渗透性；F（mL/min）表示流动相线速度；η（mPa∙s）表示流动相粘度；L（cm）表示有效柱长；R（μm）表示毛细管内径；ΔP（MPa）表示柱压降。
表2 特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱性能表
应用实施例1
采用实施例1中的核酸适配体-印迹整体柱，测试其对啤酒中赭曲霉毒素A的富集效率。通过加标实验，将0.24、0.32、0.40 ng/mL的赭曲霉毒素A标准溶液加入到啤酒中（图4）。实际啤酒样品中的OTA可以被有效识别富集并洗脱下来，OTA在啤酒基质中的检测回收率为95.5%-107.6%，3次测定的相对标准偏差为1.5% - 2.4%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
SEQUENCE LISTING
<110> 福州大学
<120> 特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱及其制备方法
<130> 1
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 36
<212> DNA
<213> OTA核酸适配体
<400> 1
gatcgggtgt gggtggcgta aagggagcat cggaca 36

Claims (9)

1.特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述核酸适配体-印迹整体柱以高亲水有机聚合单体、交联剂、模板、引发剂、二元致孔剂和OTA核酸适配体为原料，通过发生自由基光引发聚合反应直接形成。
2.根据权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述的高亲水有机聚合单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；所述交联剂为笼型低聚倍半多聚硅氧烷和丙烯酸酯；有机聚合单体与交联剂的质量比为：12.7~14.7 : 85.3~87.3。
3.根据权利要求2中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述笼型低聚倍半多聚硅氧烷为甲基丙烯酸酯接枝的多面体低聚倍半多聚硅氧烷，所述丙烯酸酯为乙二醇二甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯接枝的多面体低聚倍半多聚硅氧烷与乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比为：3.7~ 3.8 : 81 .6~83.5。
4.根据权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述的二元致孔剂为N ,N-二甲基甲酰胺和PEG 10000，其组成按质量百分比计为：N ,N-二甲基甲酰胺95%，PEG 10000 5%。
5.根据权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：二元致孔剂在高亲水有机聚合单体、交联剂和致孔剂三者总质量中所占质量百分比为80%-83%。
6.根据权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述的引发剂为安息香双甲醚，引发剂的用量为有机聚合单体、交联剂、二元致孔剂和模板总量的1.7wt%-4.1wt%。
7.根据权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱，其特征在于：所述的核酸适配体为OTA核酸适配体5，-SH-C6-GATCGGGTGTGGGTGGCGTAAAGGGAG
CATCGGACA-3，，核酸适配体的浓度为40 μmol/L-80 μmol/L。
8.一种如权利要求1所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）紫外光引发透明石英毛细管柱预处理：将紫外光引发透明石英毛细管分别用0.1mol/L HCl冲洗30 min，再用蒸馏水冲洗30分钟，用0.1 mol/L NaOH冲洗3小时，用蒸馏水和甲醇分别冲洗30分钟，然后在室温下以0.4 MPa氮气干燥30 min；为了将C=C键引入毛细管内表面以键合杂化基质，将体积为百分比50%的γ-MAPS甲醇溶液注入毛细管中，两端用硅橡胶密封，然后将毛细管放在60 ℃的水浴锅中水浴加热24 h；之后，用甲醇冲洗毛细管30min，然后在70 ℃下以0 .4 MPa氮气干燥30 min以供进一步使用；
（2）将500 ng/mL的模板赭曲霉毒素A（OTA）溶液和一定浓度的核酸适配体溶液在离心管中孵育30 min，再将高亲水有机聚合单体、交联剂、引发剂和与OTA孵育后的核酸适配体加入到离心管中，然后再将二元致孔剂加入至离心管中，室温下涡旋振荡20-30 min，超声脱气20-30 min，使其形成均匀的溶液；
（3）将步骤（2）得到的溶液在室温下注入步骤（1）预处理好的紫外光引发透明石英毛细管柱中，两端密封后快速放入波长365 nm紫外交联仪进行光照反应，反应完成后将制备好的整体柱取出，连接至液相色谱溶剂高压泵，依次采用乙酸:甲醇=1:9（v/v）、甲醇洗去模板和未反应的物质直至压力稳定；
（4）将缓冲液通入步骤（3）所制得的整体柱中，于4 ℃温度下保存。
9.如权利要求1中所述的特异性识别赭曲霉毒素A的核酸适配体-印迹整体柱在啤酒、葡萄酒、果汁饮品实际样品中赭曲霉毒素A成分的分离和富集中的应用。
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