CN113504374B - 一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 - Google Patents
一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113504374B CN113504374B CN202110636010.4A CN202110636010A CN113504374B CN 113504374 B CN113504374 B CN 113504374B CN 202110636010 A CN202110636010 A CN 202110636010A CN 113504374 B CN113504374 B CN 113504374B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mxene
- fam
- apt
- fluorescence
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 102000013455 Amyloid beta-Peptides Human genes 0.000 title claims abstract description 14
- 108010090849 Amyloid beta-Peptides Proteins 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 claims abstract description 17
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 14
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims description 10
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 10
- GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoyloxypropyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCOC(=O)C=C GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 6
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 6
- BZTDTCNHAFUJOG-UHFFFAOYSA-N 6-carboxyfluorescein Chemical compound C12=CC=C(O)C=C2OC2=CC(O)=CC=C2C11OC(=O)C2=CC=C(C(=O)O)C=C21 BZTDTCNHAFUJOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract description 19
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 12
- 201000010099 disease Diseases 0.000 abstract description 8
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 208000024827 Alzheimer disease Diseases 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000002866 fluorescence resonance energy transfer Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 3
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 3
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical group O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008506 pathogenesis Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 206010012289 Dementia Diseases 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000007792 alzheimer disease pathology Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003759 clinical diagnosis Methods 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- GQOKIYDTHHZSCJ-UHFFFAOYSA-M dimethyl-bis(prop-2-enyl)azanium;chloride Chemical compound [Cl-].C=CC[N+](C)(C)CC=C GQOKIYDTHHZSCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000004770 neurodegeneration Effects 0.000 description 1
- 208000015122 neurodegenerative disease Diseases 0.000 description 1
- 230000007171 neuropathology Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000001044 red dye Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
- G01N33/6893—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids related to diseases not provided for elsewhere
- G01N33/6896—Neurological disorders, e.g. Alzheimer's disease
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
- C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
- G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
- C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
- C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
- C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
- C09K2211/1088—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing oxygen as the only heteroatom
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2333/00—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
- G01N2333/435—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans
- G01N2333/46—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from vertebrates
- G01N2333/47—Assays involving proteins of known structure or function as defined in the subgroups
- G01N2333/4701—Details
- G01N2333/4709—Amyloid plaque core protein
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β‑淀粉样蛋白精确检测的方法。其采用FAM修饰的β‑淀粉样蛋白适配子(FAM‑aptAβ)作为荧光供体,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物作为荧光受体。利用MXene的荧光淬灭性质达到FAM‑aptAβ荧光淬灭,利用Aβ与FAM‑aptAβ的强亲和性达到荧光恢复,不同浓度Aβ达到不同的荧光恢复效果,最终利用多体积微流控芯片作为荧光检测装置实现Aβ的精确检测。本发明方法克服了传统检测方法需要大型设备,检测精度低,周期长的缺陷,实现了疾病标志物的快速、精确检测,对临床疾病标志物的即时检验的具有重要借鉴价值。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感、功能材料和微纳检测技术领域,具体为一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法。
背景技术
阿尔兹海默症 (Alzheimer's Disease,AD ) 是临床上以进行性痴呆为特征的最常见的神经退行性疾病。迄今为止,仍没有有效的治疗手段,这使得该疾病成为了一个非常严重的健康和社会问题。虽然目前AD的发病机制尚不清楚,但是大量研究已经清楚地表明,大脑中β样淀粉样蛋白肽 (amyloid β-peptide, Aβ) 的异常聚集是AD神经病理学的典型特征。Aβ不仅在脑内能形成有规则组织的纤维聚集物的缠结还能形成高毒性可溶性低聚物,Aβ低聚物是AD病理学中致病的主要因素。因此,生理条件下对Aβ低聚物的敏感检测对AD的早期临床诊断至关重要。目前已经开发了许多检测AD患者大脑中Aβ低聚物水平的方法。酶联免疫吸附法 (Enzyme linked immunosorbent assay, ELISA) 作为目前临床检测的主要方法,其结果是可靠的,但是其费用昂贵,操作复杂,操作劳动强度大,有污染风险。因此研发一类检测灵敏,操作简单,样品无损的检测设备非常有必要。
荧光检测法以其灵敏度高、响应时间快、操作方便等优点引起了人们的广泛关注。特别是荧光标记适配子的引入,由于适配子对待测物质的高亲和性,消除了荧光淬灭剂的选择困难。同时,基于适配体的功能化纳米材料检测疾病标志物成为了近年来的热点。在过去的几年里,各种各样的纳米材料被设计用作纳米荧光淬灭,包括金纳米颗粒,氧化石墨烯,碳纳米管等等,由于这些材料具有体积小,比表面积大,荧光淬灭效率高等优异特性,实现荧光传感器高灵敏度,快速检测。
纳米材料优异的性能强烈依赖于纳米材料与生物分子之间的相互作用。MXene作为一种新型2D过渡金属碳化物,碳氮化物和氮化物,具有良好的强度,较大的比表面积等优异特性。在众多领域引起了广泛的关注和研究。MXene表面具有丰富的端氧或羟基,以及完整的金属原子层,可以通过氢键、范德华力、静电作用、配位键等与大多数生物分子相互作用,使得它们成为构建生物传感器的独特的纳米生物界面单元。此外,MXene固有的荧光淬灭能力使其在生物传感平台的开发中具有广阔的应用前景。然而,由于单纯MXene材料本身产生的自发荧光的限制,降低了荧光检测信噪比,使检测结果精确性降低。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于二维纳米片层材料包覆磁性四氧化三铁核壳结构纳米复合物(Fe3O4 @ MXene)的微流控生物传感器,通过荧光共振能量转移原理精确检测阿尔兹海默症疾病标志物β-淀粉样蛋白Aβ的方法;该检测方法操作简单,样品无损,灵敏度高,精确度高。
本发明基于荧光共振能量转移原理实现疾病标志物β-淀粉样蛋白Aβ的精确检测;其采用羧基荧光素(Carboxyfluorescein,FAM)修饰的β-淀粉样蛋白适配子(FAM-aptAβ)作为荧光供体,二维纳米片层材料包覆磁性四氧化三铁核壳结构纳米复合物(Fe3O4@MXene)作为荧光受体,利用MXene的荧光淬灭性质达到FAM-aptAβ荧光淬灭,利用Aβ与FAM-aptAβ的强亲和性达到荧光恢复,不同浓度Aβ达到不同的荧光恢复效果。同时,Aβ的荧光检测在一个多体积的微流控芯片上进行,大大提高了检测的便携性。本发明的技术方案具体介绍如下。
一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法,包括以下步骤:
(1)采用羧基荧光素FAM修饰的β-淀粉样蛋白Aβ适配子FAM-aptAβ作为荧光供体,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物作为荧光受体,将FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene溶液混合孵育,由于Fe3O4@MXene表面MXene的DNA吸附性,FAM-aptAβ被吸附于Fe3O4@MXene表面,形成FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物,FAM-aptAβ荧光淬灭;
(2)将FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物加入待检测物Aβ溶液中,由于FAM-aptAβ与Aβ的亲和性远大于FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene的吸附性,FAM-aptAβ从Fe3O4@MXene表面脱离并与Aβ结合,生成Aβ-FAM-aptAβ溶液,与此同时FAM-aptAβ的荧光恢复;
(3)利用Fe3O4本身的磁性,通过磁铁吸附作用,将Aβ-FAM-aptAβ溶液中可能产生背景荧光的多余FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物、Fe3O4@MXene复合物吸附在试管的底部,实现与上清液中Aβ-FAM-aptAβ的分离;
(4)将上清液Aβ-FAM-aptAβ通过微流控芯片进样口注入微流控芯片进行荧光检测;
(5)测试不同浓度梯度Aβ的荧光强度,绘制Aβ浓度对数(LgCAβ)-荧光强度曲线,寻找LgCAβ与荧光强度呈良好的线性关系的浓度范围,得出拟合曲线方程;
(6)将未知浓度样品上清液按照以上方法注入微流控进样口进行荧光检测。将获得的荧光强度带入拟合方程即可得到样品的浓度,实现待检测物Aβ的精确检测。
优选的,步骤(1)中,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物通过下述方法获得:首先将Fe3O4纳米微球经阳离子聚电解质-聚二烯丙基二甲基氯化铵(Poly dimethyl diallylammonium chloride,PDDA)溶液处理使其表面携带NH4 +,获得PDDA-Fe3O4溶液,再将PDDA-Fe3O4溶液和MXene溶液搅拌混匀,基于 MXene表面携带的F-和OH-,通过搅拌,使得二维片层MXene完全包覆于Fe3O4表面,形成 Fe3O4@MXene纳米核壳结构;具体步骤如下:
a. 将Fe3O4纳米微球加入0.08-0.15wt%阳离子聚电解质-聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中,在室温条件下搅拌10-12小时;之后进行多次离心,超纯水洗涤几次以除去多余的PDDA,超纯水重悬沉淀制备成PDDA-Fe3O4溶液;
b. 按照PDDA-Fe3O4:MXene质量比为7:3~9:1,将PDDA-Fe3O4溶液逐滴加入预先制备好的5 mg/mL单层MXene溶液中搅拌混匀;
c. 混合孵育一段时间后,利用磁铁将Fe3O4@MXene吸附至试管底部,去除上清中未与PDDA-Fe3O4结合的多余MXene,得到纯净的Fe3O4@MXene溶液。
优选的,步骤(1)生成的FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物沉淀通过磁铁吸附作用收集,并用与原溶液同体积的去离子水重悬,以避免Fe3O4@MXene与FAM-aptAβ混合后,部分FAM-aptAβ未吸附到Fe3O4@MXene表面而影响到后续荧光检测。
优选的,步骤(4)中,微流控芯片为聚二甲基硅氧烷基多体积微流控芯片。
优选的,步骤(6)中,Aβ浓度为0.1-200 nM范围内,LgCAβ与荧光强度呈良好的线性关系,得出拟合曲线方程为“荧光强度=56.93+31.63 lgCAβ”。
和现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、该方法采用一种新的方法合成了Fe3O4@MXene核壳纳米结构,并将其作为荧光共振能量转移的荧光受体,实现了较好的荧光淬灭效果(荧光淬灭率达85%左右)。
2. 该方法将样品处理后的上清液注入一个多体积微流控芯片中进行检测,一方面克服了传统检测方法需要大型设备,周期长的缺陷,大大提高了检测的便携性,该微流控芯片具有1792个腔室,实现了多次的平行检测,检测结果误差更小,进一步提高了检测精度。实现了疾病标志物Aβ的快速、简便、高灵敏度检测。
3、本发明方法除了可以用于阿尔兹海默症疾病标志物Aβ的检测,针对其它疾病标志物选用相应荧光标记适配子,也可以类似实现对其它疾病标志物的检测。
4、本发明所涉及的微流控芯片由“盖玻片-PDMS阵列层-基底玻璃层”结构组成,设有一个进样口,利用真空作用力实现被测样品的进样,摆脱了复杂的控制阀限制。同时,在整个进样及测试过程中,所需样品用量小且零损耗,整个样品需求量约为4.5 μL。
附图说明
图1为本发明方法的样品检测流程示意图。
图2为Fe3O4,MXene-Ti3C2及Fe3O4@MXene的结构表征图。a. Fe3O4纳米微球的TEM表征图。 b. PDDA- Fe3O4的TEM表征图。c. MXene的TEM表征图,插图为MXene花样衍射图。d-e.Fe3O4@MXene的SEM表征图。f. Fe3O4 及Fe3O4@MXene的粒径统计图。
图3为荧光淬灭与恢复图像及统计图。a. FAM-aptAβ中加入Fe3O4@MXene后荧光淬灭图像。b. FAM-aptAβ中加入不同浓度Fe3O4@MXene后,荧光淬灭效率统计图。c. FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene中加入Aβ并除去Fe3O4@MXene后的荧光恢复图像。d. 荧光恢复前后荧光强度对比图。
图4为用注射样品后微流控芯片照片图及不同浓度Aβ检测图。a. 微流控整体器件照片。b. 微流控芯片检测区域放大图。c.不同浓度Aβ(0.1-200 nM)的荧光检测图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法的流程图,其主要包括Fe3O4@MXene合成,荧光淬灭和恢复,微流控芯片检测三个部分,具体如下:
Fe3O4@MXene合成: Fe3O4纳米微球外层先包裹PDDA形成PDDA-Fe3O4,再包裹MXene形成Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物;
荧光淬灭和恢复:将FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene孵育,FAM-aptAβ吸附于Fe3O4@MXene表面,FAM-aptAβ的荧光淬灭;当加入Aβ后,FAM-aptAβ脱离Fe3O4@MXene表面与Aβ结合,形成Aβ-Fe3O4@MXene复合物,与此同时FAM-aptAβ的荧光重新恢复。用磁铁吸附将Fe3O4@MXene与Aβ-FAM-aptAβ分离并除去Fe3O4@MXene;
微流控芯片检测:将Aβ-FAM-aptAβ通过微流控芯片进样口注入微流控芯片进行荧光检测。不同的Aβ浓度对应不同的荧光强度,绘制Aβ浓度的对数与荧光强度的曲线,寻找呈良好线性关系的浓度范围(0.1-200 nM),得出拟合曲线方程。在该浓度范围内的样品均可通过本传感器检测得到对应荧光强度,带入拟合方程后得到样品浓度。
实施例中,Fe3O4@MXene采用以下方法合成:
a. 将平均直径约500 nm的Fe3O4纳米微球(图2a)加入50 mL阳离子聚电解质-聚二烯丙基二甲基氯化铵 (PDDA,0.1%) 溶液中,在室温条件下剧烈搅拌10-12小时。之后进行多次离心,超纯水洗涤几次以除去多余的PDDA,超纯水重悬沉淀制备成PDDA-Fe3O4溶液。图2b为 PDDA- Fe3O4的TEM表征图。
b. 按照PDDA-Fe3O4:MXene质量比为7:3~9:1的比例,将PDDA-Fe3O4溶液逐滴加入预先制备好的单层MXene溶液中(5 mg/mL)搅拌混匀;图2c为 MXene(Ti3C2二维材料)的TEM表征图,插图为MXene花样衍射图。
c. 混合孵育一段时间后,利用磁铁将Fe3O4@MXene吸附至试管底部,去除上清中未与PDDA-Fe3O4结合的多余MXene,得到纯净的Fe3O4@MXene溶液;图2d为Fe3O4@MXene的SEM表征图,插图为单个Fe3O4@MXene微球的SEM放大图;图2e为Fe3O4 @MXene微球表面SEM放大图。图2f为Fe3O4及Fe3O4@MXene的粒径统计图,Fe3O4微球粒径在500 nm左右,合成Fe3O4@MXenee微球后粒径在800 nm左右。
实施例中,荧光淬灭过程及淬灭效果检测通过以下方法进行:
a. 将FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene溶液混合孵育,由于Fe3O4@MXene表面MXene的DNA吸附性,FAM-aptAβ被吸附于Fe3O4@MXene表面,形成FAM-aptAβ/ Fe3O4@MXene复合物。与此同时,由于FAM-aptAβ与MXene之间发生荧光共振能量转移,FAM-aptAβ的荧光被淬灭;
b. 通过荧光显微镜观测荧光淬灭效果。将60 µL FAM标记的适配体加入不同浓度的等体积的Fe3O4@MXene中,混匀后在室温下避光孵育1小时,孵育完后将样品滴加到载玻片上,将载玻片放置在50 ℃热板上烘干,待样品烘干后滴加防淬灭剂随后盖上盖玻片在荧光显微镜下观察,荧光强度通过Image J软件进行统计。图3a为 FAM-aptAβ中加入Fe3O4@MXene后用荧光显微镜拍摄的图像,FAM-aptAβ荧光基本被淬灭,只看到微弱的荧光点。
c. 通过酶标仪进行荧光淬灭效果检测。将60 µL FAM标记的适配体加入不同浓度的等体积的Fe3O4@MXene中,混匀后在室温下避光孵育1小时,孵育完后将样品加入96孔板,每个样品设置2个副孔。采用BioTek酶标仪对样品荧光强度进行检测。图3b为同浓度FAM-aptAβ中加入不同浓度Fe3O4@MXene后,用酶标仪进行荧光检测,得到荧光淬灭效率统计图。可以看出通过调节Fe3O4@MXene浓度可以达到最大程度的荧光淬灭(淬灭率达85%左右)。
实施例中,荧光恢复过程及恢复效果检测通过以下方法进行:
a. 将一定量的Aβ加入到上述荧光淬灭的FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene溶液中,在室温下孵育12小时。由于FAM-aptAβ与Aβ的亲和性远大于FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene的亲和性,因此FAM-aptAβ脱离Fe3O4@MXene表面而与Aβ结合形成Aβ-FAM-aptAβ。
b. 用磁铁将上述溶液中Fe3O4@MXene吸附到底部与上清液中Aβ-FAM-aptAβ分离,将上清转移至新的试管或微流控芯片中进行荧光检测。
c. 通过荧光显微镜观测荧光淬灭效果。将上清滴加到载玻片上将载玻片放置在50 ℃热板上烘干,待样品烘干后滴加防淬灭剂随后盖上盖玻片在荧光显微镜下观察,荧光强度通过Image J软件进行统计。图3 c为FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene中加入Aβ,并除去Fe3O4@MXene后的荧光显微镜拍摄图像,与图3a相比,荧光强度明显增强。
d. 通过酶标仪进行荧光淬灭效果检测。将上述清夜加入96孔板,每个样品设置2个副孔。采用BioTek酶标仪对样品荧光强度进行检测。图3d为荧光淬灭-荧光恢复样品的酶标仪荧光强度检测图。经过对比,在加入Aβ样品后,荧光强度明显恢复。
实施例中,微流控芯片为聚二甲基硅氧烷基多体积微流控芯片,微流控芯片由“盖玻片-PDMS阵列层-基底玻璃层”结构组成,设有一个进样口,具有1792个腔室。图4a为注射红色染料后微流控芯片光学照片图,图4为微流控芯片检测区域的放大图;样品通过真空产生的PDMS负压驱动样品自吸附并自分离至微流控芯片各个腔室,具体方法如下:
a. 将微流控芯片进样口用胶带封闭,将芯片放入真空箱中抽真空。
b. 真空半小时后取出芯片,用进样针戳破封闭进样口胶带,将样品加入进样口。
c. 样品依靠真空产生的气压几秒内迅速被吸入各个腔室。
d. 在芯片上加一层盖玻片,以防止样品蒸干。用荧光显微镜检测芯片各个腔室荧光信号。图4 c为不同浓度Aβ样品(0.1-200 nM)的荧光检测图。
本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)采用羧基荧光素FAM修饰的β-淀粉样蛋白Aβ适配子FAM-aptAβ作为荧光供体,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物作为荧光受体,将FAM-aptAβ与Fe3O4@MXene溶液混合孵育, FAM-aptAβ被吸附于Fe3O4@MXene表面,获得使得FAM-aptAβ荧光淬灭效果达到最大程度的FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物;
(2)将收集的FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物分别加入一系列不同浓度梯度的Aβ溶液中,形成Aβ-FAM-aptAβ;
(3)利用Fe3O4本身的磁性,通过磁铁吸附作用,将一系列Aβ-FAM-aptAβ溶液中可能产生背景荧光的多余FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物、Fe3O4@MXene复合物吸附在试管的底部,实现与上清液中Aβ-FAM-aptAβ的分离;
(4)将步骤(4)获得的一系列上清液分别通过微流控芯片进样口注入微流控芯片进行荧光检测得到相对应的一系列荧光检测结果;
(5)根据测量的一系列不同浓度梯度的Aβ后得到的荧光检测结果,绘制Aβ浓度对数LgCAβ-荧光强度曲线,寻找LgCAβ与荧光强度呈良好的线性关系的浓度范围,得出拟合曲线方程;
(6)将待测未知浓度的Aβ样品按照步骤(1)-(4)处理获得的上清液注入微流控进样口进行荧光检测,将获得的荧光强度带入拟合曲线方程即可得到样品的浓度,实现待检测物Aβ的精确检测。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物通过下述方法获得:首先将Fe3O4纳米微球经阳离子聚电解质-聚二烯丙基二甲基氯化铵PDDA溶液处理使其表面携带NH4 +,获得PDDA-Fe3O4溶液,再将PDDA-Fe3O4溶液和MXene溶液搅拌混匀,基于 MXene表面携带的F-和OH-,通过搅拌,使得二维片层MXene完全包覆于Fe3O4表面,形成 Fe3O4@MXene核壳纳米结构。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物的制备方法具体如下:
a. 将Fe3O4纳米微球加入0.08-0.15wt%阳离子聚电解质-聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中,在室温条件下搅拌10-12小时;之后进行多次离心,超纯水洗涤几次以除去多余的PDDA,超纯水重悬沉淀制备成PDDA-Fe3O4溶液;
b. 按照PDDA-Fe3O4:MXene质量比为7:3~9:1,将PDDA-Fe3O4溶液逐滴加入预先制备好的5 mg/mL单层MXene溶液中搅拌混匀;
c. 混合孵育一段时间后,利用磁铁将Fe3O4@MXene吸附至试管底部,去除上清中未与PDDA-Fe3O4结合的多余MXene,得到纯净的Fe3O4@MXene沉淀,用去离子水重悬沉淀,得到纯净的Fe3O4@MXene溶液。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法,其特征在于,MXene为二维Ti3C2材料。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)生成的FAM-aptAβ/Fe3O4@MXene复合物沉淀通过磁铁吸附作用收集,并用与原溶液同体积的去离子水重悬,以避免Fe3O4@MXene与FAM-aptAβ混合后,部分FAM-aptAβ未吸附到Fe3O4@MXene表面而影响到后续荧光检测。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)中,微流控芯片为聚二甲基硅氧烷基多体积微流控芯片。
7. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)中,Aβ浓度为0.1-200 nmol/L范围内,LgCAβ与荧光强度呈良好的线性关系,得出拟合曲线方程为“荧光强度=56.93+31.63lgCAβ” 。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110636010.4A CN113504374B (zh) | 2021-06-08 | 2021-06-08 | 一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110636010.4A CN113504374B (zh) | 2021-06-08 | 2021-06-08 | 一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113504374A CN113504374A (zh) | 2021-10-15 |
CN113504374B true CN113504374B (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=78009116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110636010.4A Active CN113504374B (zh) | 2021-06-08 | 2021-06-08 | 一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113504374B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114166825B (zh) * | 2021-12-13 | 2023-12-19 | 佛山复星禅诚医院有限公司 | 一种应用于表面增强拉曼光谱(SERS)免疫试验的MXene探针 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107192749A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-09-22 | 上海师范大学 | 检测β‑淀粉样蛋白的电化学发光免疫传感器及其构建 |
CN107221428A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-29 | 苏州大学 | 一种金属氧化物/MXene二维纳米复合物、其制备方法与应用 |
CN107841527A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-27 | 天津科技大学 | 一种利用核酸适配体和磁性材料检测凝血酶的荧光检测方法 |
CN108630920A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-10-09 | 北京化工大学 | 一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料及其制备方法 |
CN108722507A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-02 | 微粒云科技(北京)有限公司 | 一种炎症四项标志物磁微粒微流控生物芯片、检测方法 |
CN111308082A (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-19 | 北京金则医学检验实验室有限公司 | 用于阿尔茨海默病的风险评估的方法和装置 |
CN111474343A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-07-31 | 宁波大学 | 基于二维材料碳化钛Mxenes检测食源性致病菌的电化学发光免疫传感器的制备方法 |
-
2021
- 2021-06-08 CN CN202110636010.4A patent/CN113504374B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107192749A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-09-22 | 上海师范大学 | 检测β‑淀粉样蛋白的电化学发光免疫传感器及其构建 |
CN107221428A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-29 | 苏州大学 | 一种金属氧化物/MXene二维纳米复合物、其制备方法与应用 |
CN107841527A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-03-27 | 天津科技大学 | 一种利用核酸适配体和磁性材料检测凝血酶的荧光检测方法 |
CN108630920A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-10-09 | 北京化工大学 | 一种纳米金属氧化物/MXene异质结构复合材料及其制备方法 |
CN108722507A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-02 | 微粒云科技(北京)有限公司 | 一种炎症四项标志物磁微粒微流控生物芯片、检测方法 |
CN111308082A (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-19 | 北京金则医学检验实验室有限公司 | 用于阿尔茨海默病的风险评估的方法和装置 |
CN111474343A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-07-31 | 宁波大学 | 基于二维材料碳化钛Mxenes检测食源性致病菌的电化学发光免疫传感器的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Templated Fabrication of Core-Shell Magnetic Mesoporous Carbon Microspheres in 3-Dimensional Ordered Macroporous Silicas;Wang, Minghong;CHEMISTRY OF MATERIALS;全文 * |
余玲 ; 张丹华 ; 陈冉 ; 韦秀华 ; 陈芳 ; 张银堂 ; 王建秀 ; 徐茂田.基于Fe3O4@Au探针高灵敏检测Aβ的共振光散射方法.中国化学会第29届学术年会.2014,全文. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113504374A (zh) | 2021-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Magnetically assisted surface-enhanced Raman spectroscopy for the detection of Staphylococcus aureus based on aptamer recognition | |
Wang et al. | Facile synthesis of Au-coated magnetic nanoparticles and their application in bacteria detection via a SERS method | |
Wang et al. | Magnetic plasmonic particles for SERS-based bacteria sensing: A review | |
Zhu et al. | A light-up fluorescence resonance energy transfer magnetic aptamer-sensor for ultra-sensitive lung cancer exosome detection | |
CN100414297C (zh) | 颗粒 | |
CN110095608A (zh) | 基于磁性分离和dna自组装的肿瘤外泌体纳米荧光传感器 | |
CN109187473B (zh) | 基于上转换荧光的能量共振转移技术用于外泌体的检测 | |
CN107841527B (zh) | 一种利用核酸适配体和磁性材料检测凝血酶的荧光检测方法 | |
Liu et al. | Highly selective, colorimetric detection of Hg2+ based on three color changes of AuNPs solution from red through sandy beige to celandine green | |
CN112034160B (zh) | 一种基于稀土纳米材料荧光放大的循环肿瘤细胞检测试剂盒及其应用 | |
Zhang et al. | Polyethyleneimine-interlayered silica-core quantum dot-shell nanocomposites for sensitive detection of Salmonella typhimurium via a lateral flow immunoassay | |
Chen et al. | Magnetic particle-based immunoassay of phosphorylated p53 using protein cage templated lead phosphate and carbon nanospheres for signal amplification | |
CN109813701A (zh) | 一种快速无标签表面增强拉曼散射检测金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的方法 | |
CN113504374B (zh) | 一种利用Fe3O4@MXene核壳结构纳米复合物实现β-淀粉样蛋白精确检测的方法 | |
Buckmaster et al. | Detection of drug-induced cellular changes using confocal Raman spectroscopy on patterned single-cell biosensors | |
Kumar et al. | Biofunctional magnetic nanotube probe for recognition and separation of specific bacteria from a mixed culture | |
Han et al. | Gold nanoparticles enumeration with dark-field optical microscope for the sensitive glycoprotein sandwich assay | |
Zhao et al. | Fluorescent materials with aggregation-induced emission characteristics for array-based sensing assay | |
Mei et al. | Magneto‐Nanomechanical Array Biosensor for Ultrasensitive Detection of Oncogenic Exosomes for Early Diagnosis of Cancers | |
Liao et al. | Sensitive fluorescent sensor for the fuzzy exosomes in serum based on the exosome imprinted polymer sandwiched with aggregation induced emission | |
Ma et al. | Progress in nanomaterials-based optical and electrochemical methods for the assays of exosomes | |
Zong et al. | Eliminating nonspecific binding sites for highly reliable immunoassay via super-resolution multicolor fluorescence colocalization | |
CN115554992A (zh) | 一种聚合物修饰的磁性纳米材料、其制备方法及应用 | |
JP6593840B2 (ja) | 量子ドット蛍光増強免疫測定法 | |
Zhang et al. | Competitive electrochemical sensing for cancer cell evaluation based on thionine-interlinked signal probes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |