CN114166825B - 一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针 - Google Patents
一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，其技术方法包括（1）基于V2CTx的MXene二维材料的合成。（2）合成MXene@Thi@AuNPs二维平面拉曼探针分子并修饰识别抗体（BindingAntibody）得到可应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针。（3）在聚苯乙烯ELISA板上修饰抗体捕获目标蛋白，MXene探针特异性识别靶标吸附在ELISA板上。（4）采用手持式拉曼仪进行表面拉曼增强光谱（SERS）的免疫检测。对本发明中的MXene该材料易于制备，易于修饰，生物相容性好，可吸附大量拉曼信号较强的小分子物质硫堇（Thi），产生极为明显的拉曼信号，聚苯乙烯ELISA反应板作为SERS免疫检测基底，具有制备廉价，性质均一和修饰方法简单等优点，采用手持式拉曼仪进行检测，相较于传统大型化共聚焦拉曼检测传统的ELISA检测可做到便携化，可做到随时随地检测。
Description
技术领域
本发明涉及免疫分析技术领域，具体为一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针。
背景技术
免疫分析作为一种可靠性高，便捷易使用且廉价的方法，用于检测多种生物样品中特定抗体或抗原。这种基于抗体与抗原特异性结合的检测方法已广泛应用于生化研究、临床诊断领域。
表面增强拉曼光谱（SERS）具有灵敏度高、特异性好，操作简单，多通道检测的优点，结合免疫检测技术，可以应用于蛋白质、病毒、细菌等的检测。目前，SERS免疫检测技术通常通过免疫磁珠、SERS免疫层析试纸条法和固相免疫基底来实现。在国内外的研究中，用于制备SERS免疫磁珠的磁性纳米颗粒包括银壳磁珠、金壳磁珠、以及普通的羧基化磁珠，其中银壳磁珠和金壳磁珠具有SERS增强能力。基于免疫磁珠的SERS免疫检测一般可实现单通道和双通道检测。SERS-免疫层析检测技术是以条状纤维层析膜为固相基底，将SERS检测探针与免疫层析技术相结合的快速、高灵敏免疫分析方法，但也较难实现多通道和集成化检测。而固态SERS免疫芯片基底由于具有预定义的多个孔阵列，可实现多通道检测。固态SERS免疫芯片基底包括金基底、银基底这类SERS增强基底或无金银修饰基底，其中金基底/银基底可以与SERS检测探针之间形成热点效应，达到高灵敏检测的目的；但是金基底/银基底制备复杂，价格昂贵。聚苯乙烯是一种最常见的无金银修饰的ELISA检测基底，其本身无SERS增强能力，需要依靠具有极强信号的SERS检测探针达到高灵敏检测的目的。因此，本发明提出了一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene高灵敏检测探针。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针制备方法，该探针与抗体结合后可用于低成本和超灵敏免疫分析。该探针利用MXene材料可大量吸附拉曼报告分子的特征及纳米金（AuNPs）的SERS增强效应，放大SERS信号，实现蛋白类分析样品的超灵敏检测。此外，将该探针应用在常规聚苯乙烯材料制备的ELISA反应板上，可有效降低检测成本。此方法的建立可为多种相关疾病的高灵敏度SERS免疫分析奠定基础。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，其特征在于，包括以下步骤：MXene二维材料制备、基于MXene的SERS检测探针的制备、抗体-抗原-抗体ELISA反应和表面拉曼增强光谱（SERS）免疫检测步骤；
优选的，MXene二维材料制备,（a） 取2.5 g Ti3AlC2或V2AlC（325目）加入20 mL-30mL 49 % 氢氟酸溶液，在室温条件下搅拌7天后，得到含手风琴样貌材料Ti3C2Tx或V2CTx的溶液。 (b) 对上述溶液通过13000 rpm, 离心10 min，弃去上清后得到黑色沉淀，用超纯水对沉淀物进行洗涤。重复离心，弃上清，洗涤步骤多次后，测量离心后上清中PH值，待PH值 > 6后，弃去上清，得到手风琴样Mxene材料Ti3C2Tx或V2CTx。（c）将制备好的MXene材料和25 % 的四丁基氢氧化铵（TBAOH）溶液按照1 g MXene加入20 mL TBAOH溶液的比例进行混合，该混合物在室温下搅拌18 h - 24 h,将得到的黑色溶液倒入50 mL管中，1000 rpm - 3000 rpm离心10 min - 30 min。弃去上清，得到底部黑色沉淀，将底部沉淀按照1 g加入400 mL超纯水的比例与水混合，倒入500 mL玻璃瓶当中，在冰浴条件下超声1 h，将超声好的溶液倒入50 mL管中，1000 rpm - 3000 rpm离心 10 min - 30 min，离心后收集上清，得到分层后的MXene胶体溶液。
优选的，基于MXene的SERS检测探针的制备，（a）MXene材料吸附一类具有强拉曼信号的染料分子（Dye），如亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)；这类分子拉曼信号非常强，适合作为拉曼检测的信号输出。 将1 mL-1.2 mL 已分层的MXene二维材料，300 uL-500 uL 500 mg/L染料分子（包括亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)）和10 uL-20 uL 20% 聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）混合在1.5 mL EP管中，在垂直旋转混合仪上混合12 h-18 h, 得到已吸附染料的MXene@Dye胶体溶液。8000rpm-13300 rpm离心多次，弃去上清，得到MXene@Dye沉淀。将MXene@Dye沉淀洗涤，超声，8000 rpm-13300 rpm离心多次，去除未与MXene材料结合的Dye，加入1mL水，得到MXene@Dye溶液，备用，（b）MXene@Dye@AuNPs的制备：取1.5 mL - 3 mL胶体金溶液，8000 rpm-13300rpm离心20 min，，弃去上清后加入250 uL-500 uL MXene@Dye溶液，并加入一定量的超纯水，使总体积为1 mL, 在垂直旋转混合仪上混合12 h-18 h，8000 rpm-13300 rpm离心，洗涤3 - 5次。得到MXene@Dye@AuNPs材料，（c）MXene@Dye@AuNPs修饰抗体：向上述制备好的MXene@Dye@AuNPs材料加入1 mL 5 ug/mL - 10 ug/mL的捕获抗体，两者混合均匀后，在4℃条件下混合12 h -18 h。离心后弃去上清，加入5 % -10 % BSA溶液，在37 ℃条件下封闭2h - 4 h，离心后1X PBST洗涤3 - 5次，得到1mL修饰抗体后的MXene检测探针。
优选的，所述将MXene探针用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫检测:在聚苯乙烯96孔板上进行ELISA反应后，Mxene 检测探针结合在96孔板底部，将785 nm激发光手持式拉曼仪的信号采集头对准单个孔的底部，采集头和单个孔的距离为0.8 cm-1.5 cm，对本发明中结合染料分子（亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸）的MXene检测探针特征峰峰强度进行结果读取，激发功率为10-50 mW, 积分时间为5000 ms-15000 ms。例如对结合硫堇（Thi）的MXene检测探针的特征峰1409 cm-1处峰强度进行结果读取，无抗原的阴性孔和与检测抗体不匹配的抗原干扰孔无MXene探针的SERS信号，而与检测抗体相匹配的抗原阳性孔中有SERS拉曼信号
优选的，所述抗体-抗原-抗体ELISA反应，（a）吸附结合抗体：取中等结合力的96孔ELISA板，每个孔加入100 uL 10 ug/uL的结合抗体，在4 ℃条件下孵育12-18 h，弃去孔中液体，加入100 uL 5% BSA溶液37 ℃封闭2h - 4 h，封闭结束后1X PBST洗涤3 - 5次。制备包被捕获抗体的ELISA反应板。（b）免疫反应：在包被捕获抗体的ELISA反应板阳性孔加入一定浓度的目标抗原，干扰孔加入与目标抗原浓度一致的非目标抗原，阴性孔不加入抗原。37℃ 孵育1 h -2 h，1X PBST洗涤3 - 5次后，加入50 uL – 200 uL 基于MXene的SERS检测探针, 37 ℃ 孵育1 h -2 h，1X PBST洗涤3 - 5次后去除未结合的SERS检测探针。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.在本发明中，采用聚苯乙烯ELISA反应板作为SERS免疫检测基底，具有制备廉价，性质均一和修饰方法简单等优点；
2.本发明提供基于新型二维材料MXene制备SERS检测探针，该材料易于制备，易于修饰，生物相容性好，可吸附大量拉曼信号较强的小分子物质硫堇（Thi），产生极为明显的拉曼信号；
3.本发明在MXene材料上加上聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA），一种强阳离子聚电解质来吸附金纳米颗粒，操作方法简单，吸附效果好；
4.本发明利用拉曼信号极为优异的MXene探针对目标抗原进行直接检测，目标抗原的浓度越高，MXene材料上的内标分子硫堇的信号就越强。即随着目标抗原浓度的升高，MXene探针通过表面的捕获抗体对目标进行特异性吸附，使得探针的内标分子硫堇的拉曼信号增强，选取特征峰处的峰强度与目标抗原浓度的对数作工作曲线，可以获得良好的线性；
5.相较于传统大型化共聚焦拉曼检测传统的ELISA检测可做到便携化，可做到随时随地检测。
附图说明
图1为本发明的表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针用于检测的技术路线图；
图2为本发明实用例1中结合硫堇分子的MXene检测探针
图3为本发明实用例2中结合亚甲基蓝分子的MXene检测探针
图4为本发明实用例3中结合罗丹明6G分子的MXene检测探针
图5为本发明实用例4中结合5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)分子的MXene检测探针
图6为本发明实用例5中两种MXene材料Ti3C2Tx和V2CTx制备的MXene检测探针的比较
图7为本发明实施例6中采用500 ng/mL新冠spike蛋白SERS检测信号图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，优选的，MXene二维材料制备, （a） 取2.5 g Ti3AlC2或V2AlC（325目）加入20 mL-30 mL 49 % 氢氟酸溶液，在室温条件下搅拌7天后，得到含手风琴样貌材料Ti3C2Tx或V2CTx的溶液。 (b) 对上述溶液通过13000 rpm, 离心10 min，弃去上清后得到黑色沉淀，用超纯水对沉淀物进行洗涤。重复离心，弃上清，洗涤步骤多次后，测量离心后上清中PH值，待PH值 > 6后，弃去上清，得到手风琴样Mxene材料Ti3C2Tx或V2CTx。（c）将制备好的MXene材料和25 % 的四丁基氢氧化铵（TBAOH）溶液按照1 g MXene加入20mL TBAOH溶液的比例进行混合，该混合物在室温下搅拌18 h - 24 h,将得到的黑色溶液倒入50 mL管中，1000 rpm - 3000 rpm离心10 min - 30 min。弃去上清，得到底部黑色沉淀，将底部沉淀按照1 g加入400 mL超纯水的比例与水混合，倒入500 mL玻璃瓶当中，在冰浴条件下超声1 h，将超声好的溶液倒入50 mL管中，1000 rpm - 3000 rpm离心 10 min - 30min，离心后收集上清，得到分层后的MXene胶体溶液。
实施例2：请参阅图2，本发明提供的一种实施例：一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，基于MXene的SERS检测探针的制备，（a）MXene材料吸附一类具有强拉曼信号的染料分子（Dye），如亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)；这类分子拉曼信号非常强，适合作为拉曼检测的信号输出。 将1 mL-1.2 mL 已分层的MXene二维材料，300 uL-500 uL 500 mg/L染料分子（包括亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)）和10 uL-20 uL 20% 聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）混合在1.5 mL EP管中，在垂直旋转混合仪上混合12 h-18 h, 得到已吸附染料的MXene@Dye胶体溶液。8000 rpm-13300 rpm离心多次，弃去上清，得到MXene@Dye沉淀。将MXene@Dye沉淀洗涤，超声，8000 rpm-13300 rpm离心多次，去除未与MXene材料结合的Dye，加入1mL水，得到MXene@Dye溶液，备用，（b）MXene@Dye@AuNPs的制备：取1.5 mL - 3 mL胶体金溶液，8000rpm-13300 rpm离心20 min，，弃去上清后加入250 uL-500 uL MXene@Dye溶液，并加入一定量的超纯水，使总体积为1 mL, 在垂直旋转混合仪上混合12 h-18 h，8000 rpm-13300 rpm离心，洗涤3 - 5次。得到MXene@Dye@AuNPs材料，（c）MXene@Dye@AuNPs修饰抗体：向上述制备好的MXene@Dye@AuNPs材料加入1 mL 5 ug/mL - 10 ug/mL的捕获抗体，两者混合均匀后，在4 ℃条件下混合12 h -18 h。离心后弃去上清，加入5 % -10 % BSA溶液，在37 ℃条件下封闭2 h - 4 h，离心后1X PBST洗涤3 - 5次，得到1mL修饰抗体后的MXene检测探针。
实施例3：请参阅图3，本发明提供的一种实施例：一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，所述抗体-抗原-抗体ELISA反应，（a）吸附结合抗体：取中等结合力的96孔ELISA板，每个孔加入100 uL 10 ug/uL的结合抗体，在4 ℃条件下孵育12-18h，弃去孔中液体，加入100 uL 5% BSA溶液37 ℃封闭2 h - 4 h，封闭结束后1X PBST洗涤3- 5次。制备包被捕获抗体的ELISA反应板。（b）免疫反应：在包被捕获抗体的ELISA反应板阳性孔加入一定浓度的目标抗原，干扰孔加入与目标抗原浓度一致的非目标抗原，阴性孔不加入抗原。37 ℃ 孵育1 h -2 h，1X PBST洗涤3 - 5次后，加入50 uL – 200 uL 基于MXene的SERS检测探针, 37 ℃ 孵育1 h -2 h，1X PBST洗涤3 - 5次后去除未结合的SERS检测探针。
实施例4：请参阅图4、图5和图6和图7，本发明提供的一种实施例：一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，所述将MXene探针用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫检测:在聚苯乙烯96孔板上进行ELISA反应后，Mxene 检测探针结合在96孔板底部，将785 nm激发光手持式拉曼仪的信号采集头对准单个孔的底部，采集头和单个孔的距离为0.8 cm-1.5 cm，对本发明中结合染料分子（亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G和5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸）的MXene检测探针特征峰峰强度进行结果读取，激发功率为10-50 mW, 积分时间为5000 ms-15000 ms。例如对结合硫堇（Thi）的MXene检测探针的特征峰1409 cm-1处峰强度进行结果读取，无抗原的阴性孔和与检测抗体不匹配的抗原干扰孔无MXene探针的SERS信号，而与检测抗体相匹配的抗原阳性孔中有SERS拉曼信号。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (2)
1.一种应用于表面增强拉曼光谱（SERS）免疫试验的MXene探针，其特征在于，
1）MXene二维材料制备
（a）取2.5g 325目的Ti3AlC2或V2AlC加入20mL-30mL 49% 氢氟酸溶液，在室温条件下搅拌7天后，得到含手风琴样貌材料Ti3C2Tx或V2CTx的溶液；
（b）对上述溶液通过13000rpm, 离心10min，弃去上清后得到黑色沉淀，用超纯水对沉淀物进行洗涤，重复离心、弃上清、洗涤步骤多次后，测量离心后上清中PH值，待PH值>6后，弃去上清，得到手风琴样Mxene材料Ti3C2Tx或V2CTx；
（c）将制备好的MXene材料和25% 的四丁基氢氧化铵（TBAOH）溶液按照1g MXene加入20mL TBAOH溶液的比例进行混合，该混合物在室温下搅拌18h-24h,将得到的黑色溶液倒入50mL管中，1000rpm-3000rpm离心10min-30min；弃去上清，得到底部黑色沉淀，将底部沉淀按照1g加入400mL超纯水的比例与水混合，倒入500mL玻璃瓶当中，在冰浴条件下超声1h，将超声好的溶液倒入50mL管中，1000rpm-3000rpm离心 10min - 30min，离心后收集上清，得到分层后的MXene胶体溶液；
2）MXene检测探针的制备
（a）MXene@Dye溶液的制备：将1mL-1.2mL 已分层的MXene胶体溶液，300uL-500uL500mg/L染料分子（染料分子为亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G，5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸)中的一种）和10uL-20uL 20%聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）混合，混合12h-18h, 得到已吸附染料的MXene@Dye胶体溶液；8000rpm-13300rpm离心多次，弃去上清，得到MXene@Dye沉淀；将MXene@Dye沉淀洗涤，超声，8000rpm-13300rpm离心多次，去除未与MXene材料结合的Dye，加入1mL水，得到MXene@Dye溶液；
（b）MXene@Dye@AuNPs的制备：取1.5mL-3 mL胶体金溶液，8000rpm-13300rpm离心20min，弃去上清后加入250uL-500uL MXene@Dye溶液，并加入一定量的超纯水，使总体积为1mL, 在垂直旋转混合仪上混合12h-18h，8000rpm-13300rpm离心，洗涤3-5次，得到MXene@Dye@AuNPs材料；
（c）MXene@Dye@AuNPs修饰抗体：向上述制备好的MXene@Dye@AuNPs材料加入1mL5ug/mL-10ug/mL的捕获抗体，两者混合均匀后，在4℃条件下混合12h-18h；离心后弃去上清，加入5% -10% BSA溶液，在37 ℃条件下封闭2h-4h，离心后1X PBST洗涤3-5次，得到1mL修饰抗体后的MXene检测探针。
2.一种应用权利要求1所述探针的免疫检测方法，其特征在于：
1）抗体-抗原-抗体ELISA反应
（a）吸附结合抗体：取中等结合力的96孔ELISA板，每个孔加入100uL 10ug/uL的结合抗体，在4 ℃条件下孵育12h-18h，弃去孔中液体，加入100uL 5% BSA溶液37 ℃封闭2h-4h，封闭结束后1X PBST洗涤3-5次，制备包被捕获抗体的ELISA反应板；
（b）免疫反应：在包被捕获抗体的ELISA反应板阳性孔加入一定浓度的目标抗原，干扰孔加入与目标抗原浓度一致的非目标抗原，阴性孔不加入抗原；37℃孵育1h-2h，1X PBST洗涤3-5次后，加入50uL-200uL 基于MXene的SERS检测探针, 37 ℃孵育1h-2h，1X PBST洗涤3-5次后去除未结合的SERS检测探针；
2）SERS免疫检测
在聚苯乙烯96孔板上进行ELISA反应后，Mxene 检测探针结合在96孔板底部，将785nm激发光手持式拉曼仪的信号采集头对准单个孔的底部，采集头和单个孔的距离为0.8cm-1.5cm，对本发明中结合染料分子（染料分子为亚甲基蓝，硫堇，罗丹明6G，5,5’-二硫双(2-硝基苯甲酸）中的一种）的MXene检测探针特征峰峰强度进行结果读取，激发功率为10-50mW, 积分时间为5000ms-15000ms；对结合染料分子的MXene检测探针的特征峰峰强度进行结果读取，无抗原的阴性孔和与检测抗体不匹配的抗原干扰孔无MXene探针的SERS信号，而与检测抗体相匹配的抗原阳性孔中有SERS拉曼信号。
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