CN114410749B - 基于点击化学和arget-atrp放大策略的电致化学发光检测试剂盒及方法 - Google Patents

基于点击化学和arget-atrp放大策略的电致化学发光检测试剂盒及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于点击化学和ARGET‑ATRP放大策略的电致化学发光检测试剂盒及方法,该试剂盒包括金电极、hairpin DNA、TCEP、MCH、鲁米诺、PBIB、AA、CuSO4、BPDS、CuBr2/ME6TREN、NAS。本发明利用长链聚合物来放大ECL信号,避免了目前常用信号放大策略中的纳米材料和生物酶的使用,信号得到成倍的放大,提高检测的灵敏度,稳定性和重现性。本发明采用ARGET‑ATRP策略,避免了传统ATRP反应中重金属离子催化剂的大量使用,具有商业化的引发剂和广泛的可用单体,以及温和的反应条件。与现有检测植物病毒的方法相比,本发明具有更广泛的检测范围和更低的LOD,且本发明具有良好的选择性、重现性和稳定性,有望用于tRNA的检测。

Description

基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的电致化学发光检测试 剂盒及方法
技术领域
本发明涉及一种基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的电致化学发光检测试剂盒及方法,属于生物分析技术领域。
背景技术
烟草花叶病毒(TMV)是最常见的植物病毒之一,自19世纪末以来对世界农业经济造成巨大影响。TMV是一种直径为18nm、长度为300nm的单链杆状RNA病毒。除了能够感染烟草、辣椒和西红柿等经济作物外,它还能感染地黄、太子参等药用植物。被TMV感染的植株早期会出现叶片变厚、黄斑等症状,后期出现萎缩甚至死亡,这将严重影响植物产量和质量。因此,在侵染植株的早期阶段进行检测TMV具有重要意义。目前,已经开发了几种检测TMV的方法,如酶联免疫吸附试验(ELISA)、反转录聚合酶链反应(RT-PCR)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、RT-环介导的等温扩增(RT-LAMP)等。然而,这些方法存在一些缺点,如操作复杂,成本高,或必须由专业技术人员操作。
电致发光(ECL)是近年来出现的一种新技术。由于它结合了化学发光和电化学的优点,如检测范围广、成本低、操作简单等,已被广泛应用于生物分析领域。在各种ECL电致发光系统中,鲁米诺及其衍生物因其高发光量子产率、无毒性和耐受性而成为最有名的发光载体。然而,ECL生物传感器的检测性能依赖于其原始信号的增强或淬灭,产生的噪声相对较高,不利于提高灵敏度。因此,为了提高ECL的灵敏度,发光载体的有效固定化是核心。
ARGET-ATRP所具有的优点:(1)反应条件相对较温和,可在有少量氧气及自由基存在下进行;(2)所用还原剂还原过程中并不产生新的引发自由基或活性种;(3)所使用催化剂为稳定的高价态过渡金属化合物,有利于大批量生产、存储、运输;(4)该ATRP体系所用的催化剂、配体用量相对较小(Cu类催化剂用量可降至数ppm),从而使聚合后处理简单化;(5)ARGET-ATRP的反应需要低浓度的铜催化剂(小于100pM),而且不需要无氧环境,有利于环境保护和经济效益。此外,目前将聚合物嫁接到电极表面的方法有化学键、静电吸附等。其中,通过稳定的化学键将聚合物嫁接到电极表面的效果较好,克服了其他方法容易使聚合物移位的缺陷。点击化学是一种化学合成常用的方法,旨在通过小单元的拼接快速可靠地完成各种分子的合成,具有条件简单、产率高、无副作用等优点。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的新型电致化学发光检测试剂盒及其检测方法,其操作简单,且信号得到成倍的放大,提高了检测的灵敏度,且具有良好的稳定性、选择性和和重现性。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的新型电致化学发光检测试剂盒,包括以下原料:金电极、hairpin DNA、TCEP、MCH、鲁米诺、PBIB、AA、CuSO4、BPDS、CuBr2/ME6TREN、NAS、超纯水、乙醇、DEPC水、DMSO和H2O2
部分原料使用时需配制成溶液,其中,hairpin DNA溶液的浓度为2μM,TCEP溶液浓度为10mM,MCH溶液的浓度为2mM,鲁米诺溶液的浓度为20mM,PBIB溶液的浓度为10mM,AA溶液的浓度为2mM,CuSO4溶液的浓度为2mM,BPDS溶液的浓度为2mM,CuBr2/ME6TREN溶液的浓度为10mM,NAS溶液的浓度为10mM,H2O2溶液的浓度为10mM。
发夹DNA的序列为5′-SH-(CH2)6-CCACGCAGACACACGCTCACACCTCCGTGG-N3-3′。
一种检测烟草花叶病毒RNA的方法,包括以下步骤:
①将hairpin DNA溶液滴加到金电极表面,在室温下放置过夜,清洗;
②将步骤①的电极浸泡在MCH溶液中,反应,清洗,吹干;
③将待检测样品溶液滴加到步骤②电极表面,孵育,洗涤;
④将步骤③的电极浸入点击化学反应溶液中,孵育,清洗;
⑤将步骤④的电极放置放入ARGET-ATRP反应溶液中,孵育,清洗;
⑥将步骤⑤的电极浸入鲁米诺溶液中孵育;
⑦将步骤⑥的电极放置在H2O2溶液中测定其发光强度。
hairpin DNA溶液的制备方法为:
①将hairpin DNA加热保温后,冷却;
②加入等体积TCEP溶液,避光振摇,得到具有茎环结构的hairpin DNA溶液;
其中,hairpin DNA的加热温度为95℃,加热时间为10min,加热速度为1.6℃/s,冷却至25℃。
先将金电极进行预处理,预处理方法为:将金电极打磨至镜面,清洗,吹干,备用。
步骤②的避光振摇温度为37℃,时间为3~6h;步骤②的反应温度为37℃,时间为30~60min;步骤③的孵育温度为37℃,时间为90~120min;步骤④的孵育温度为37℃,时间为40~60min;步骤⑤的孵育温度为37℃,时间为60~90min;步骤⑥的孵育温度为37℃,时间为160~240min。
点击化学反应溶液是由PBIB溶液、AA溶液和CuSO4/BPDS溶液等体积混合制备而成;其中,CuSO4/BPDS溶液是由CuSO4溶液和BPDS溶液等体积混合制备而成;ARGET-ATRP反应溶液是由体积比7:1:1:1的DEPC水、AA溶液、CuBr2/ME6TREN溶液和NAS溶液混合制备而成。
一种上述试剂盒在烟草花叶病毒检测中的应用。
本发明检测方法原理示意图如图1所示。
本发明的有益效果:
1、本发明利用长链聚合物来放大ECL信号,避免了目前常用信号放大策略中的纳米材料和生物酶(繁琐的合成和纯化步骤以及容易受到外界环境和温度影响等)的使用,信号得到成倍的放大,提高检测的灵敏度,稳定性和重现性。
2、本发明采用电子转移再生活化剂原子转移自由基聚合(ARGET-ATRP)策略,避免了传统ATRP反应中重金属离子催化剂的大量使用,具有商业化的引发剂和广泛的可用单体,以及温和的反应条件。
3、本发明采用ARGET-ATRP作为信号放大的策略,以鲁米诺-H2O2作为电化学发光系统。然后,tRNA和hairpin DNA通过特异性识别形成DNA/RNA杂交,hairpin DNA的发夹结构被打开,导致叠氮基的暴露。杂交后,ARGET-ATRP引发剂PBIB的炔基通过"Cu(I)催化的叠氮烷基环化反应"(CuAAC)连接到hairpin DNA上。接下来,在ATRP引发剂的溴基存在下,ARGET-ATRP反应在电极表面启动,形成大量NAS标记的聚合物链。最后,大量的鲁米诺通过酰胺键与聚合物链中的NAS相连,最后进行ECL检测实现tDNA的检测。研究结果表明,在0.1pM到10nM的范围内,ECL的强度与tRNA浓度的对数之间存在明确的线性关系。线性方程为:I=2417.828lg[CtRNA/pM]+3824.423(R2=0.997),其中I代表ECL强度,CtRNA是tRNA浓度(pM)。而检测限(LOD)为6.61fM(S/N=3)。与现有检测植物病毒的方法相比,本发明具有更广泛的检测范围和更低的LOD,且本发明具有良好的选择性、重现性和稳定性,有望用于tRNA的检测。
附图说明
图1为本发明检测方法的原理示意图。
图2A为不同修饰条件电极的ECL强度。
图2B为从裸金电极到每个组分修饰后电极(曲线a→g)的CV曲线。
图3为从裸金电极到每个组分修饰后电极在5mM[Fe(CN)6]3/4-中的EIS拟合图,其中,曲线a为裸Au,曲线b为hairpin DNA/Au,曲线c为MCH/hairpin DNA/Au,曲线d为tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,曲线e为PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,曲线f为NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,曲线g为鲁米诺/NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au。插图是EIS的等效电路图。Rs为溶液电阻,CPE为恒相元件,Zw为Warburg阻抗和Rct是电荷转移电阻。
图4为金电极表面ARGET-ATRP反应前后的原子力显微镜照片。其中,A为ARGET-ATRP前,B为ARGET-ATRP后。
图5为不同修饰状态电极表面的接触角照片。其中A为裸Au,B为hairpin DNA/Au,C为MCH/hairpin DNA/Au,D为tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,E为PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,F为NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au,G为鲁米诺/NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpinDNA/Au。
图6为ECL强度与NAS浓度(A)、鲁米诺浓度(B)和鲁米诺反应时间(C)的关系图(n=3)。
图7为全修饰电极对不同浓度tRNA的ECL强度(A)和对不同浓度tRNA反应(B)的校准曲线(n=3)。
图8为全修饰电极对不同核酸序列的ECL响应值。其中所有RNA的浓度均为100pM。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
发夹DNA(hairpin DNA)的序列为5′-SH-(CH2)6-CCACGCAGACACACGCTCACACCTCCGTGG-N3-3′(SEQ ID NO.1)。
TMV RNA(tRNA)的序列为5′-GAGGUGUGAGCGUGUGUCUG-3′(SEQ ID NO.2)。
单碱基错配RNA(SBM)的序列为5′-GAGGUGUGAGCAUGUGUCUG-3′(SEQ ID NO.3)。
三碱基错配RNA(TBM)的序列为5′-GAGGCGUGAGCAUGUGUAUG-3′(SEQ ID NO.4)。
全错配RNA(NC)的序列为5′-AUCACUCCGAUCACGCGAGC-3′(SEQ ID NO.5)。
实施例1:试剂盒
一种基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的新型电致化学发光检测试剂盒,包括以下原料:金电极、发夹DNA(hairpin DNA)、三(2-羧基乙基)膦盐酸盐(TCEP)、6-巯基-1-己醇(MCH)、鲁米诺(luminol)、2-溴异丁酸炔丙酯(PBIB)、抗坏血酸(AA)、硫酸铜(CuSO4)、水合红菲绕啉二磺酸钠(BPDS)、CuBr2/ME6TREN、N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺(NAS)、超纯水、乙醇、焦碳酸二乙酯(DEPC)水、二甲基亚砜(DMSO)、过氧化氢(H2O2)。
使用时,部分原料需配制成溶液,其中,发夹DNA溶液的浓度为2μM,TCEP溶液浓度为10mM,MCH溶液的溶剂为无水乙醇,浓度为2mM,鲁米诺溶液的浓度为20mM,PBIB溶液的浓度为10mM,AA溶液的浓度为2mM,CuSO4溶液的浓度为2mM,BPDS溶液的浓度为2mM,CuBr2/ME6TREN溶液的浓度为10mM,NAS溶液的浓度为10mM,H2O2溶液的浓度为10mM。
实施例2:检测方法的构建
(1)hairpin DNA的前处理
①将hairpin DNA以1.6℃/s的速度加热到95℃并保持10min,然后缓慢冷却到25℃;
②加入等体积TCEP溶液(10mM)混合,将混合物转移到一个干净的离心管中,37℃避光振摇3h,得到具有茎环结构的hairpin DNA溶液;
(2)电极预处理
将金电极(Au)打磨至镜面,再放入超声波清洗器中,依次用超纯水、70%(v/v)乙醇溶液、超纯水清洗,氮气吹干,备用;
(3)电极的修饰
①将5μL hairpin DNA溶液(2μM)滴加到电极表面,在室温下放置过夜,然后用超纯水滴洗电极表面;
②将步骤①的电极(hairpin DNA/Au)浸泡在300μL MCH溶液(2mM)中,在37℃下反应30min,以阻断非特异性结合点,分别用70%(v/v)乙醇溶液和超纯水仔细清洗电极,并用氮气吹干;
③将10μL待检测样品溶液(含tDNA)滴加到步骤②电极(MCH/hairpin DNA/Au)表面,在37℃下孵育90min,然后用DEPC水适当清洗电极,以去除未反应的寡核苷酸;
④将步骤③的电极(tRNA/MCH/hairpin DNA/Au)浸入300μL点击化学反应溶液中,在37℃下孵育40min,并用DEPC水清洗电极;
⑤将步骤④的电极(PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au)放置放入ARGET-ATRP反应溶液中,在37℃下孵育60min,分别用DMSO和DEPC水清洗电极;
⑥在37℃下将步骤⑤的电极(NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au)浸入300μL鲁米诺溶液中孵育160min;
⑦将步骤⑥的电极(鲁米诺/NAS/PBIB/tRNA/MCH/hairpin DNA/Au)放置在H2O2溶液(10mM)中测定其发光强度。
其中,点击化学反应溶液是由PBIB溶液(10mM)、AA溶液(2mM)和CuSO4/BPDS溶液等体积混合制备而成。其中,CuSO4/BPDS溶液是由CuSO4溶液(2mM)和BPDS溶液(2mM)等体积混合制备而成。
ARGET-ATRP反应溶液是由体积比7:1:1:1的DEPC水、AA溶液(2mM)、CuBr2/ME6TREN溶液(10mM)和NAS溶液(10mM)混合制备而成。
实施例3:可行性验证
为了证明本发明检测tRNA的可行性,本研究检测了不同修饰电极的ECL信号。图2A表明,如果在电极的逐步修饰过程中不加入hairpin DNA(曲线b)、tRNA(曲线c)、PBIB(曲线d)、NAS(曲线e)或鲁米诺(曲线f),则检测不到明显的ECL信号。如果在修饰电极的过程中没有加入hairpin DNA,tRNA就不能被捕获,所以hairpin DNA的发夹结构就不能被打开。之后,ATRP引发剂(PBIB)不能通过CuAAC反应附着在hairpin DNA上,ATRP不能顺利进行,最后导致鲁米诺不能附着在电极上。同样地,如果分别缺少tRNA、PBIB或NAS,鲁米诺也不会附着在电极表面。自然,如果不加入鲁米诺,ECL信号就不会被检测到。相反,当所有上述成分在连续修饰过程中被添加到电极表面时,可以清楚地观察到一个强烈的峰值(曲线a)。这表明鲁米诺被成功地附着在电极表面。上述结果清楚地表明,在点击化学与ARGET-ATRP的基础上构建本发明方法用于检测tRNA是可行的。
实施例4:表征
循环伏安法(CVs)可用于表征全修饰电极的构建过程。图2B展示了逐步修饰电极的CV曲线。在裸金电极上获得了5mM[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原峰(曲线a)。这主要由于电极光滑表面的电子的快速转移。当hairpin DNA被自组装在电极表面时,峰值电流明显减小(曲线b)。当MCH固定在改性电极上时,电极表面的非特异性位点被阻断,导致峰值电流进一步减小(曲线c)。从曲线d可以看出,当形成tRNA/hairpin DNA杂交体时,峰值电流再次减小。当ATRP引发剂(PBIB)通过CuAAC反应与hairpin DNA结合后,由于空间位点电阻的增加,峰值电流继续减小(曲线e)。在ARGET-ATRP之后,峰值电流随之减小(曲线f),这表明聚合物在电极表面成功合成。最后,随着鲁米诺在电极表面的出现,氧化还原峰的峰值电流再次减小(曲线g),这是由于空间电位的持续增加导致电荷转移率的进一步减小。
电化学阻抗谱(EIS)也可以灵敏地监测电极表面发生的细微变化。图3显示了在含有0.1M KNO3的5mM[Fe(CN)6]3-/4-电解质溶液的连续制备过程中逐步收集的同一电极的EIS谱图。由于电极界面和溶液之间发生的快速电荷转移,裸电极获得最小的Rct(~54.5Ω,曲线a)。随着hairpin DNA和MCH在电极上一步步被修饰,Rct逐渐增加(~210Ω和~337.8Ω,曲线b-c),这是由于hairpin DNA和MCH的自组装分子层的障碍造成的。在hairpin DNA捕获tRNA后,Rct增加到~612.8Ω(曲线d),这一结果主要是由于tRNA的磷酸基团和[Fe(CN)6]3-/4-之间的静电排斥。随着PBIB通过CuAAC反应引入电极表面,Rct进一步增加(~1507Ω,曲线e)。然后,在ARGET-ATRP之后,Rct明显增加,这是因为通过ARGET-ATRP形成的NAS聚合物链是疏水性的(~3056Ω,曲线f)。最后,当鲁米诺附着在聚合物链上时,Rct增加到~3548Ω(曲线g),这是由于鲁米诺的导电性差,在一定程度上阻碍了电荷转移。CVs和EIS的结果表明,本发明全修饰电极的构建过程是成功的。
使用原子力显微镜(AFM)观察了改性金电极的形貌变化。在ARGET-ATRP反应前后,金电极的表面高度发生了显著的变化。结果如图4所示:在引发ARGET-ATRP之前,金电极的表面高度为9.2nm。而在ATRP发生后,它增加到29.2nm。这是因为在ARGET-ATRP之后,大量的聚合物被接枝在金电极的表面。
此外,利用水接触角(WCA)研究了金电极在逐步修饰过程中表面亲水性的变化。如图5所示,因为金电极的表面是疏水性的,所以裸电极的WCA为97.3°(图5A)。当hairpin DNA自组装在金电极上时,WCA下降到74.3°(图5B),这是由于hairpin DNA含有亲水基团。在电极表面引入MCH后,WCA继续下降,这是因为MCH中存在亲水羟基(图5C)。在电极表面加入tRNA后,WCA进一步降低到61.1°(图5D)。这可以解释为hairpin DNA/tRNA混合体的形成。然而,WCA随着PBIB在电极上的出现而增加(图5E),这是由于CuAAC反应在电极表面形成的三唑结构导致的亲水性的恶化。在ARGET-ATRP之后,WCA进一步增加(图5F),表明在电极表面形成了NAS的疏水链。之后,随着大量的鲁米诺被引入电极,由于鲁米诺的疏水性,WCA增加到96°(图5G)。
上述表征结果说明本发明全修饰电极构建成功。
实施例5:检测条件优化
为了达到最佳分析性能,本发明研究了ARGET-ATRP单体的浓度,鲁米诺的浓度和反应时间对ECL强度的影响。
(1)NAS浓度的优化
在ARGET-ATRP中,ATRP单体NAS的浓度是一个关键因素,对聚合物的聚合效率有不可忽视的影响。因此,对NAS的浓度进行了优化。图6A显示,随着NAS的浓度从2mM增加到10mM,ECL强度逐渐增加,并在10mM时达到最大值。此后,ECL强度没有明显变化,表明随着反应时间的延长,空间位阻增大阻碍了链的继续增长。在随后的实验中,NAS的浓度选为10mM。
(2)鲁米诺浓度的优化
如图6B所示,ECL强度随着鲁米诺浓度的增加而上升,在20mM时达到最大值,之后趋于平稳。增加孵育时间并没有导致信号的增加,因为鲁米诺几乎完全与可用的NAS聚合链相连。因此,鲁米诺的浓度选为20mM。
(3)鲁米诺反应时间的优化
从图6C可以看出,随着鲁米诺反应时间的延长,ECL强度逐渐增加,并在160min达到峰值。进一步延长反应时间,ECL强度不再变化,表明鲁米诺与NAS侧链的反应达到饱和。因此,鲁米诺的最佳反应时间选为160min。
实施例6:分析性能
根据实施例5条件优化所得出的最佳实验条件,检测一系列tRNA浓度的ECL强度。如图7A所示,ECL强度随着tRNA浓度的增加而加强。从图7B可以看出,在0.1pM到10nM的范围内,ECL的强度与tRNA浓度的对数之间存在明确的线性关系。线性方程为:I=2417.828lg[CtRNA/pM]+3824.423(R2=0.997),其中I代表ECL强度,CtRNA是tRNA浓度(pM)。而检测限(LOD)为6.61fM(S/N=3)。与几种检测植物病毒的方法对比,
本发明具有更广泛的检测范围和更低的LOD。如下表所示:
实施例7:选择性、重现性和稳定性能力
在最佳实验条件下,将本发明试剂盒对tRNA、SBM、TBM和NC的ECL响应强度进行比较。如图8所示,与tRNA响应的ECL强度相比,SBM、TBM的ECL响应值分别下降了83.43%和86.19%。而与NC相比,tDNA的ECL强度约高11倍。上述结果表明,本发明试剂盒具有良好的选择性,这是由于RNA和DNA之间碱基互补配对的原理。此外,利用组内和组间实验评估了该策略的重现性。结果表明,组内和组间的RSD分别为3.15%和3.72%(n=5),表明所提出的策略具有良好的重现性。同时,通过比较全修饰电极在4℃下储存14天后的反应信号与新制备全修饰电极的响应强度,评估了检测方法的稳定性。储存电极的ECL反应是新制备电极的93.08%(n=3)。该结果表明,本发明基于点击化学与ARGET-ATRP检测tRNA的方法具有优异的稳定性。
实施例8:回收实验
通过对从健康地黄叶中提取的总RNA中进行加标回收试验,评估了该策略在真实样品中的应用潜力。总RNA除了被稀释100倍外,没有进行任何处理。在提取的总RNA中分别加入1000pM、100pM和10pM的tRNA来制备样品。下表列出了分析的结果。样品的回收率在96.21%到103.82%之间,RSD小于4.906%(n=3),这表明本发明方法具有在实际样品中测定tRNA的潜力。
序列表
<110> 河南中医药大学
<120> 基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的电致化学发光检测试剂盒及方法
<160> 5
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 30
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 1
ccacgcagac acacgctcac acctccgtgg 30
<210> 2
<211> 20
<212> RNA
<213> 烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus )
<400> 2
gaggugugag cgugugucug 20
<210> 3
<211> 20
<212> RNA
<213> 人工序列()
<400> 3
gaggugugag caugugucug 20
<210> 4
<211> 20
<212> RNA
<213> 人工序列()
<400> 4
gaggcgugag cauguguaug 20
<210> 5
<211> 20
<212> RNA
<213> 人工序列()
<400> 5
aucacuccga ucacgcgagc 20

Claims (7)

1.一种基于点击化学和ARGET-ATRP放大策略的电致化学发光检测试剂盒,其特征在于,包括以下原料:金电极、hairpin DNA、TCEP、6-巯基-1-己醇(MCH)、鲁米诺、2-溴异丁酸炔丙酯(PBIB)、抗坏血酸(AA)、CuSO4、水合红菲绕啉二磺酸钠(BPDS)、CuBr2/ME6TREN、N-丙烯酰氧基琥珀酰亚胺(NAS)、DEPC水、H2O2
hairpin DNA的序列为:
5′-SH-(CH2)6-CCACGCAGACACACGCTCACACCTCCGTGG-N3-3′;
试剂盒的使用方法,包括以下步骤:
①将hairpin DNA溶液滴加到金电极表面,在室温下放置过夜,清洗;
②将步骤①的电极浸泡在MCH溶液中,反应,清洗,吹干;
③将待检测样品溶液滴加到步骤②电极表面,孵育,洗涤;
④将步骤③的电极浸入点击化学反应溶液中,孵育,清洗;
⑤将步骤④的电极放置放入ARGET-ATRP反应溶液中,孵育,清洗;
⑥将步骤⑤的电极浸入鲁米诺溶液中孵育;
⑦将步骤⑥的电极放置在H2O2溶液中测定其发光强度;
点击化学反应溶液是由PBIB溶液、AA溶液和CuSO4/BPDS溶液等体积混合制备而成;其中,CuSO4/BPDS溶液是由CuSO4溶液和BPDS溶液等体积混合制备而成;ARGET-ATRP反应溶液是由体积比7:1:1:1的DEPC水、AA溶液、CuBr2/ME6TREN溶液和NAS溶液混合制备而成。
2.根据权利要求1所述的试剂盒,其特征在于,还包括超纯水、乙醇、DMSO。
3.根据权利要求1或2所述的试剂盒,其特征在于,部分原料使用时需配制成溶液,其中,hairpin DNA溶液的浓度为2 μM,TCEP溶液浓度为10 mM,MCH溶液的浓度为2 mM,鲁米诺溶液的浓度为20 mM,PBIB溶液的浓度为10 mM,AA溶液的浓度为2 mM,CuSO4溶液的浓度为2mM,BPDS 溶液的浓度为2 mM,CuBr2/ME6TREN溶液的浓度为10 mM,NAS溶液的浓度为10 mM,H2O2溶液的浓度为10 mM。
4.一种检测烟草花叶病毒RNA的方法,其特征在于,包括以下步骤:
①将hairpin DNA溶液滴加到金电极表面,在室温下放置过夜,清洗;
②将步骤①的电极浸泡在MCH溶液中,反应,清洗,吹干;
③将待检测样品溶液滴加到步骤②电极表面,孵育,洗涤;
④将步骤③的电极浸入点击化学反应溶液中,孵育,清洗;
⑤将步骤④的电极放置放入ARGET-ATRP反应溶液中,孵育,清洗;
⑥将步骤⑤的电极浸入鲁米诺溶液中孵育;
⑦将步骤⑥的电极放置在H2O2溶液中测定其发光强度;
hairpin DNA的序列为:
5′-SH-(CH2)6-CCACGCAGACACACGCTCACACCTCCGTGG-N3-3′;
hairpin DNA溶液的制备方法为:
(1)将hairpin DNA加热保温后,冷却;
(2)加入等体积TCEP溶液,避光振摇,得到具有茎环结构的hairpin DNA溶液;
其中,hairpin DNA的加热温度为95℃,加热时间为10 min,加热速度为1.6℃/s,冷却至25℃;
点击化学反应溶液是由PBIB溶液、AA溶液和CuSO4/BPDS溶液等体积混合制备而成;其中,CuSO4/BPDS溶液是由CuSO4溶液和BPDS溶液等体积混合制备而成;ARGET-ATRP反应溶液是由体积比7:1:1:1的DEPC水、AA溶液、CuBr2/ME6TREN溶液和NAS溶液混合制备而成。
5.根据权利要求4所述检测烟草花叶病毒RNA的方法,其特征在于,先将金电极进行预处理,预处理方法为:将金电极打磨至镜面,清洗,吹干,备用。
6.根据权利要求4所述检测烟草花叶病毒RNA的方法,其特征在于,步骤②的反应温度为37℃,时间为30~60 min;步骤③的孵育温度为37℃,时间为90~120 min;步骤④的孵育温度为37℃,时间为40~60 min;步骤⑤的孵育温度为37℃,时间为60~90 min;步骤⑥的孵育温度为37℃,时间为160~240 min;步骤(2)避光振摇温度为37℃,时间为3~6h。
7.一种如权利要求1所述试剂盒在烟草花叶病毒检测中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116297758B (zh) * 2023-02-03 2024-03-19 中国科学院地理科学与资源研究所 高灵敏识别的电化学dna传感器及其应用
CN116953262B (zh) * 2023-08-29 2024-02-27 江汉大学 基于电活性聚合物和磁分离的电化学适体传感器及其构建方法和应用

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221390A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Shibaura Institute Of Technology 電気化学発光電極
CN106872447A (zh) * 2017-01-14 2017-06-20 北京工业大学 增强鲁米诺体系的电化学发光生物传感器的制备方法
CN110068561A (zh) * 2019-04-29 2019-07-30 河南中医药大学 一种基于原子转移自由基聚合反应和截短适配体的双酚a荧光检测方法
CN110208348A (zh) * 2019-07-02 2019-09-06 河南中医药大学 一种以Nafion为引发剂通过电化学介导的原子转移自由基聚合反应的肺癌检测盒
CN110857438A (zh) * 2018-08-20 2020-03-03 中国烟草总公司黑龙江省公司牡丹江烟草科学研究所 一种高效产生siRNA的烟草花叶病毒基因片段、弱毒疫苗、制备方法及其应用
CN111513077A (zh) * 2020-05-25 2020-08-11 中国农业科学院烟草研究所 一种RNAi纳米制剂及其制备方法和在TMV防治中的应用
CN112226492A (zh) * 2020-11-06 2021-01-15 青岛科技大学 一种检测miRNA的自产生共反应剂信号放大电化学发光体系
CN113533479A (zh) * 2021-08-20 2021-10-22 遵义医科大学附属医院 一种电化学发光生物传感电极及其构建和用于检测基因的方法
WO2022006520A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 Carnegie Mellon University Electrochemical biosensors for rapid and sensitive detection of pathogens and pathogenic biomarkers

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6596490B2 (en) * 2000-07-14 2003-07-22 Applied Gene Technologies, Inc. Nucleic acid hairpin probes and uses thereof

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221390A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Shibaura Institute Of Technology 電気化学発光電極
CN106872447A (zh) * 2017-01-14 2017-06-20 北京工业大学 增强鲁米诺体系的电化学发光生物传感器的制备方法
CN110857438A (zh) * 2018-08-20 2020-03-03 中国烟草总公司黑龙江省公司牡丹江烟草科学研究所 一种高效产生siRNA的烟草花叶病毒基因片段、弱毒疫苗、制备方法及其应用
CN110068561A (zh) * 2019-04-29 2019-07-30 河南中医药大学 一种基于原子转移自由基聚合反应和截短适配体的双酚a荧光检测方法
CN110208348A (zh) * 2019-07-02 2019-09-06 河南中医药大学 一种以Nafion为引发剂通过电化学介导的原子转移自由基聚合反应的肺癌检测盒
CN111513077A (zh) * 2020-05-25 2020-08-11 中国农业科学院烟草研究所 一种RNAi纳米制剂及其制备方法和在TMV防治中的应用
WO2022006520A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 Carnegie Mellon University Electrochemical biosensors for rapid and sensitive detection of pathogens and pathogenic biomarkers
CN112226492A (zh) * 2020-11-06 2021-01-15 青岛科技大学 一种检测miRNA的自产生共反应剂信号放大电化学发光体系
CN113533479A (zh) * 2021-08-20 2021-10-22 遵义医科大学附属医院 一种电化学发光生物传感电极及其构建和用于检测基因的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An electrochemical biosensor based on ARGET ATRP with DSN-assisted target recycling for sensitive detection of tobacco mosaic virus RNA;Zhang Y等;《Bioelectrochemistry》;全文 *
ARGET-ATRP技术的应用研究进展;李伟等;《高分子通报》;全文 *
Construction of electrochemiluminescence biosensor via click chemistry and ARGET-ATRP for detecting tobacco mosaic virus RNA;Guo X等;《Anal Biochem》;全文 *

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