CN110736833A - 基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒及其检测方法。基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,其特征在于:包括纳米金颗粒、核酸探针、甲壳类精氨酸激酶,所述核酸探针为甲壳类精氨酸激酶核酸适配体;所述精氨酸酶核酸适配体。本发明的试剂盒,将核酸探针与纳米金颗粒通过Au‑S键紧密连接,利用核酸适配体和蛋白质的空间结构互补作用,使得纳米金‑核酸适配体探针可特异性识别甲壳类精氨酸激酶。通过蛋白与纳米金之间的作用力,影响纳米金的咖啡环效应,具有良好的特异性、灵敏度和亲和力,可特异性结合甲壳类精氨酸激酶,可用于定量、定性确定食品中甲壳类过敏原的含量。
Description
技术领域
本发明涉及过敏原检测领域,具体涉及一种基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒。
背景技术
近年来,有关食源性虾、蟹过敏的报道屡见不鲜。据统计,在亚洲国家中,大约有40%的成人和儿童会对甲壳类产生过敏反应。目前,美国、欧盟和新西兰等国家均要求对过敏食品进行过敏原标示,以提醒消费者,避免误食。因此,过敏原含量的检测是进行过敏食品的生产、评估和标示工作的基础和首要任务。精氨酸激酶(Arginine Kinase,AK)广泛存在于虾、蟹等甲壳类中,是甲壳类中的主要过敏原。甲壳类精氨酸激酶检测方法主要有ELISA、RT-PCR、LC-MS等技术。这些方法都需要高端仪器设备及专业人员操作,检测时间较长,操作较为复杂。由此,甲壳类过敏原的检测方法有待改进。
“咖啡环效应”是指液滴蒸发时,溶质会在边缘沉积出一个颜色较深的环状沉积渍的现象。该现象普遍存在于胶体颗粒、纳米颗粒及小分子体系之中。大量研究表明,通过控制液滴的“咖啡环效应”,改变其最终形成的环状沉积渍的形态或边缘厚度,可成功实现多种待检目标物的鉴定及定量检测,在诊断分析、生物传感技术等领域有着巨大的应用前景。比如,Devineau等人的研究结果显示,蛋白质的存在对聚苯乙烯纳米颗粒的咖啡环效应有着显著的影响。即,不同蛋白质与聚苯乙烯纳米颗粒之间静电相互作用力显著不同,最终影响聚苯乙烯颗粒在基底表面形成的沉积渍的形态,实现对镰状细胞性贫血患者血红蛋白快速直观的识别与鉴定。由此可见,利用目标物与纳米颗粒间相互作用力对“咖啡环效应”的独特影响,可有效实现目标物的快速、直观检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,解决如何提供一种检测盒进行检测的技术问题。
本发明的另一个目的是提供一种基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法。该方法具有高特异性、高灵敏度、成本低廉、易于保存等优点,其制成的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,可用于定量检测甲壳类精氨酸激酶。
基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,其特征在于:包括纳米金颗粒、核酸探针、甲壳类精氨酸激酶,所述核酸探针为甲壳类精氨酸激酶核酸适配体;所述精氨酸酶核酸适配体,其具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列,序列为:
5’-SH-C6-TTTTTTTTTTGGCGAACAGCAGCGCGATTCGGGTTGCGGATAGTGACATA-3’;所述的纳米金颗粒的粒径为10~13nm。
所述精氨酸酶核酸适配体的5’端经巯基修饰。
基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法,包括以下操作步骤:
a、将核酸探针与纳米金颗粒通过Au-S键紧密连接,形成纳米金-核酸适配体探针;所述纳米金与核酸探针摩尔质量之比为1:400~1:450;核酸探针的浓度为0.1~0.15mM;
b、配制一系列浓度梯度的甲壳类精氨酸激酶标准溶液,分别与步骤(1)制备的纳米金-核酸探针等体积混合均匀,进行孵育,将孵育后的混合液滴到玻璃载玻片上,静置蒸发;所述精氨酸激酶浓度为15~100μg/mL;所述精氨酸激酶与纳米金-核酸适配体探针的孵育时间为1~1.5h;
c、光学显微镜下观察干燥后的液滴环,记录其边缘厚度。
所述纳米金与核酸探针摩尔质量之比为1:420。
所述核酸探针的浓度为0.12mM。
所述精氨酸激酶与纳米金-核酸适配体探针的孵育时间为1~1.3h。
本发明的有益效果是:本发明的试剂盒,将核酸探针与纳米金颗粒通过Au-S键紧密连接,利用核酸适配体和蛋白质的空间结构互补作用,使得纳米金-核酸适配体探针可特异性识别甲壳类精氨酸激酶。通过蛋白与纳米金之间的作用力,影响纳米金的咖啡环效应。本发明的特异性结合甲壳类精氨酸激酶的核酸适配体,其具有良好的特异性、灵敏度和亲和力,可特异性结合甲壳类精氨酸激酶,可用于定量、定性确定食品中甲壳类过敏原的含量。根据本发明的试剂盒,通过上述生物传感器相对于传统的生物传感器具有抗干扰、灵敏性强等优点,使得该试剂盒可特异性识别甲壳类精氨酸激酶,且灵敏性高、特异性强、不易出现假阳性、成本低、设备要求低且检测周期短,广泛适用于甲壳类精氨酸激酶的检测。
附图说明
图1为根据本发明实施例精氨酸激酶标准曲线拟合结果图。
图2为本发明所述的液滴沉积渍干燥图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的技术方案。应理解,本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤;还应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。
为了更好的理解上述技术方案,下面更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1:
精氨酸激酶的制备:
(1)取50g南美白对虾肌肉,去虾头、尾、壳及肠线。
(2)将虾肌肉用小刀切成泥状,溶于buffer A(50mM NaCl、2mM NaHCO3、10mMEDTA)用均质机均质并于4℃下静置2h。
(3)将步骤(2)静置后的溶液于8000r/min,4℃下离心20min,取上清液,加入70%硫酸铵,于4℃下静置8h。
(4)将步骤(3)静置后的上清液于8000r/min,4℃下离心20min,取上清液,加入90%硫酸铵,于4℃下静置6h。
(5)将步骤(4)静置后的上清液于8000r/min,4℃离心20min,取沉淀,沉淀溶于Buffer B(20mM Tris-HCl、1mM NaCl,pH 8.0),获得精氨酸激酶液。
(6)对所述精氨酸激酶液用Source 15Q阴离子交换柱,0.5M NaCl溶液梯度洗脱,收集洗脱产物,得到精氨酸激酶,备用。
实施例2
核酸适配体的筛选:
构建甲壳类精氨酸激酶随机ssDNA文库(文库容量为1014,片段长度为40bp,委托生工生物工程(上海)股份有限公司合成)。
本实施例采用三种模式交替筛选。
第一种筛选中,将ssDNA文库与精氨酸激酶(实施例1制备)于37℃下孵育1h,然后加入到石墨烯溶液(石墨烯粉末,5mg/ml,购自阿拉丁试剂(上海)有限公司)。所得混合物在37℃下培养吸附自由松散的ssDNA。接着,将混合物在12000转/分钟转速下进行离心15min,分离去除沉淀中未结合的ssDNA和石墨烯,剩余的上清液含有与精氨酸激酶结合的ssDNA,进行不对称PCR扩增(限制性引物与非限制性引物比例为1:50;序列分别是5’-CAG GGG AGCGAG CG-3’;5’-ATG AGG CAG GGG CCT CG-3’,扩增条件:95℃变1min;循环条件,95℃,30s;50℃,30s;72℃,1min;延长,72℃,3min。)。随后,对PCR产物进行纯化和ssDNA核酸外切酶消化制备。筛选出的核酸适配体结合缓冲液(BB:50mM Tris,150mM NaCl,2mM MgCl2,pH 7.4)于95℃加热5min并在冰上冷却15min以获得单链核苷酸的最佳构象结构。最后,进行纯化的单链DNA作为下一轮的子库。
第二种筛选中,先将新的ssDNA文库与石墨烯溶液在37℃孵育1h,将混合物在12000转/分钟转速下进行离心15min,将沉淀洗涤再离心,重复三次。沉淀复溶后加入精氨酸激酶,混合培养得到与精氨酸激酶结合的ssDNA,进行不对称PCR扩增(方法同第一种筛选),随后,对PCR产物进行纯化和ssDNA核酸外切酶消化制备。最后,进行纯化的单链DNA作为下一轮的子库。
第三种筛选中,将ssDNA与卵清蛋白、木瓜蛋白、原肌球蛋白在37℃孵育1h,混合液中加入石墨烯继续孵育,混合物在12000转/分钟转速下进行离心15min,去上清,将沉淀中的ssDNA与石墨烯分离进行不对称PCR扩增,扩增后得到的ssDNA即是最后得到的核酸适配体。
经过多次筛选后,得到4条核苷酸序列。数据分析得到解离常数(Kd),解离常数小则亲和性强,其中,最强亲和性的核苷酸序列为所需序列,共有1条,命名为SEQ ID No:1。
序列为:
5’-SH-C6-TTTTTTTTTTGGCGAACAGCAGCGCGATTCGGGTTGCGGATAGTGACATA-3’。
实施例3
甲壳类精氨酸激酶的检测试剂盒的制备:
将纳米金颗粒、精氨酸激酶和核酸探针溶液(包含SEQ ID NO:1所示的精氨酸激酶的特异性核酸适配体),获得检测试剂盒;其中,精氨酸激酶核酸适配体为实施例2获得的适配体,其浓度为0.1mM;其中,纳米金溶液浓度为20nM,甲壳类精氨酸激酶浓度为100μg/mL。
该检测试剂盒使用时,首先将纳米金溶液与核酸探针以摩尔质量为1:400混合,室温反应24小时后,将等量的待测样品加入纳米金-核酸适配体检测溶液,其中纳米金表面的精氨酸激酶核酸适配体会与待测样品中的精氨酸激酶特异性结合,获得的精氨酸激酶-纳米金颗粒复合体具有区别于仅作适配体功能化的纳米金颗粒的“咖啡环”效应,使得最终形成的沉积渍的形貌和边缘厚度发生变化。在一定的精氨酸激酶浓度范围内,随着样品中精氨酸激酶含量增多,形成的精氨酸激酶-纳米金颗粒结合对将增加,沉积渍的边缘厚度也将随之发生改变,通过与标准曲线比对,即可达到定量化检测精氨酸激酶蛋白的目的。
实施例4
精氨酸激酶的标准曲线:
精密配制实施例1得到精氨酸激酶溶液为不同浓度(15、20、25、50、100μg/mL),采用本发明所述试剂盒检测精氨酸激酶,以精氨酸激酶浓度为横坐标,以液滴环的厚度为纵坐标,绘制标准曲线。结果如图1所示,回归方程为R2=0.99。
实施例5
虾制品中精氨酸激酶的检测:
取2g南美白对虾肌肉,用液氮研磨成粉,然后采用凯基全蛋白提取试剂盒提取蛋白浸液。具体步骤如下:
(1)在预冷的1mL Lysis Buffer中分别加入1μL蛋白酶抑制剂、10μL磷酸酶抑制剂及5μL 100mM PMSF,制成混合液,混匀后置冰上保存数分钟待用。
(2)取一只新鲜南美白对虾,去虾头、尾、壳及肠线;将虾肌肉用小刀切成泥状,置于研钵中,加入液氮研磨,直至粉末状。
(3)快速称取0.1g虾粉置于1.5mL预冷离心管中,加入1mL上述混合液,混匀后4℃静置2h。
(4)将步骤(3)静置后的溶液于10000r/min,4℃离心5min,取上清液,分装保存于-80℃,应避免反复冻融,获得虾全蛋白浸液。
(5)将提取的虾全蛋白浸液通过ANX Sepharose Fast Flow阴离子交换层析柱,用0.2~0.4M NaCl溶液进行洗脱,收集洗脱产物,PBS透析后得到南美白对虾的杂蛋白混合液。
(6)取1mL南美白对虾的杂蛋白混合液,分别加入不同量的AK(精氨酸激酶),使AK浓度为5、10、20、50μg/mL,每个浓度6个平行样,进行样品检测和回收率测定。样品检测时,将不同浓度(5、10、20、50μg/mL)的AK和南美白对虾的杂蛋白混合液。检测结果如表1所示,在5~50μg/mL浓度添加范围内,回收率在93%~103%,表明该方法可以用于实际样品中精氨酸激酶的检测。
表1人工添加样品检测结果(n=6)
实际浓度(μg/mL) | 样品检出值(μg/mL) | 回收率% |
5 | 4.70±0.1 | 94 |
10 | 9.50±0.15 | 95 |
20 | 19.6±0.18 | 98 |
50 | 48±0.2 | 96 |
综上,本发明通过核酸适配体-纳米金颗粒特异性结合样品中的精氨酸激酶,基于“咖啡环效应”检测不同样品中的精氨酸激酶,再根据精氨酸激酶浓度-液滴环厚度变化曲线换算待测样品中甲壳类过敏原中精氨酸激酶的浓度,达到定量检测的水平。利用本发明所得试剂盒检测的方法操作简便,实验室人员稍加培训即可操作,检测灵敏度高,结果判定不受主观因素影响,储存简单,可以定量、定性确定食品中甲壳类过敏原的含量,具备极高的推广价值。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,其特征在于:包括纳米金颗粒、核酸探针、甲壳类精氨酸激酶,所述核酸探针为甲壳类精氨酸激酶核酸适配体;所述精氨酸酶核酸适配体,其具有SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列,序列为:
5’-SH-C6-TTTTTTTTTTGGCGAACAGCAGCGCGATTCGGGTTGCGGATAGTGACATA-3’;所述的纳米金颗粒的粒径为10~13nm。
2.依据权利要求1中所述的基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测试剂盒,其特征在于:所述精氨酸酶核酸适配体的5’端经巯基修饰。
3.基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法,其特征在于:包括以下操作步骤:
a、将核酸探针与纳米金颗粒通过Au-S键紧密连接,形成纳米金-核酸适配体探针;所述纳米金与核酸探针摩尔质量之比为1:400~1:450;核酸探针的浓度为0.1~0.15mM;
b、配制一系列浓度梯度的甲壳类精氨酸激酶标准溶液,分别与步骤(1)制备的纳米金-核酸探针等体积混合均匀,进行孵育,将孵育后的混合液滴到玻璃载玻片上,静置蒸发;所述精氨酸激酶浓度为15~100μg/mL;所述精氨酸激酶与纳米金-核酸适配体探针的孵育时间为1~1.5h;
c、光学显微镜下观察干燥后的液滴环,记录其边缘厚度。
4.依据权利要求3中所述的基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法,其特征在于:所述纳米金与核酸探针摩尔质量之比为1:420。
5.依据权利要求3中所述的基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法,其特征在于:所述核酸探针的浓度为0.12mM。
6.依据权利要求3中所述的基于咖啡环效应的甲壳类精氨酸激酶检测方法,其特征在于:所述精氨酸激酶与纳米金-核酸适配体探针的孵育时间为1~1.3h。
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