CN117783522A - 基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分析检测领域，具体涉及一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台。生物传感检测平台包括基底、适配体DNA和表面活性剂，适配体DNA和表面活性剂形成适配体DNA‑表面活性剂复合物。本发明通过适配体DNA、待测物之间的特异性结合，创建了选择性良好，快速简易，成本低的生物传感平台。本发明利用表面活性剂改变液滴的表面张力的原理，通过待测物与DNA适配体之间特异性结合释放表面活性剂，改变液滴在基底表面的干燥面积大小，可以对待测物进行快速检测，实现了样品用量少，灵敏度高、无需使用大型仪器的快速微量检测。
Description
技术领域
本发明属于分析检测领域，具体涉及一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
真菌毒素是食品加工过程中某些真菌代谢产生的一类普遍存在的有毒化学物质。真菌毒素危害食品安全对食品工业和人类健康造成了深远影响。众所周知的真菌毒素有黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A、赤霉毒素、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌醇、展霉素、柠檬霉素、伏马菌素B1和T-2毒素。迄今为止，世界各地的监管机构已经对食品中的真菌毒素的含量进行立法限制。因此，为了确保食品安全避免真菌毒素侵害，需要高度敏感和可靠的检测方法来调查食物中毒的原因。
生物传感器因其操作简便、成本低、灵敏度高、选择性好等优点，在快速检测领域受到了前所未有的关注。目标与识别元素之间的特定相互作用可以转换为光、电和其他信号输出。迄今为止，生物传感器已通过比色传感器、荧光传感器和电化学传感器等不同技术的组合，应用于检测各种分析物，如酶、蛋白质、小分子和病原体。
现有技术中用于检测真菌毒素的方法主要包括：高效液相色谱法(HPLC)、薄层色谱法(TLC)、气相色谱法(GC)和液相色谱串联质谱法(LC-MS)等。但这些方法均存在较为难以克服的缺陷性，如需要大型仪器检测，从而检测成本高昂，而且这些检测方法受到仪器本身的限制相对耗时，无法实现现场检测。目前尚无一种简单、方便、低成本的生物传感平台对真菌毒素进行快速、现场检测，限制了该方向研究的发展。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台。本发明通过分析液滴蒸发后残留在基底的干燥面积，无需复杂的仪器和操作，简单快速的实现对真菌毒素的定量检测。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供了一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，包括基底、适配体DNA和表面活性剂，所述适配体DNA和所述表面活性剂形成适配体DNA-表面活性剂复合物。
适配体DNA带负电，与带正电的表面活性剂结合后形成适配体DNA-表面活性剂复合物。待测物与适配体DNA特异性结合诱导适配体DNA-表面活性剂复合物的断裂。通过待测物与DNA适配体之间特异性结合释放表面活性剂，改变液滴在基底表面的干燥面积大小，可以对待测物进行快速检测。
优选的，所述基底包括载玻片、聚碳酸酯板、聚苯乙烯板和聚甲基丙烯酸甲酯板中的至少一种。
优选的，所述基底经过包括DMOAP修饰或硅烷化修饰的预处理。
优选的，所述表面活性剂包括OTAB、CTAB、SDS和SMP中的至少一种。
优选的，所述表面活性剂以溶液形式加入，所述表面活性剂溶液的浓度为10～120μM；所述适配体DNA以溶液形式加入，所述适配体DNA的浓度为0.001～10μM。
优选的，当待检测物为黄曲霉毒素B1时，黄曲霉毒素B1的适配体DNA的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，具体为5′-GTTGGGCACGTGTTGTCTCTCTGTGTCTCGTGCCCTTCGCTAGGCCCACA-3′。
第二方面，本发明提供了一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发检测真菌毒素的方法，使用如第一方面所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，包括以下步骤：
将基底进行预处理；
将待测真菌毒素与对应适配体DNA混合孵育，再加入表面活性剂溶液孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到基底上，干燥，通过比较待测物溶液蒸发后的干燥面积定量检测真菌毒素。
优选的，待测真菌毒素与对应适配体DNA混合孵育的温度为36.5-37.5℃，时间为25-35分钟。
优选的，表面活性剂溶液孵育的温度为36.5-37.5℃，时间为25-35分钟。
优选的，通过待测物浓度和干燥面积的线性关系实现定量检测真菌毒素。
上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
本发明通过适配体DNA、待测物之间的特异性结合，创建了选择性良好，快速简易，成本低的生物传感平台。本发明利用表面活性剂改变液滴的表面张力的原理，通过待测物与DNA适配体之间特异性结合释放表面活性剂，改变液滴在基底表面的干燥面积大小，可以对待测物进行快速检测，实现了样品用量少，灵敏度高、无需使用大型仪器的快速微量检测。
本发明的生物传感检测平台能够在真实样品中实现对真菌毒素的检测，通过实施例中对大米中的黄曲霉毒素的检测验证了这一效果。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1中a为不同浓度的表面活性剂CTAB在表面液滴蒸发的代表性图像；b为a对应表面液滴蒸发面积的统计图；c为含有不同浓度表面活性剂CTAB的液滴在基底表面的表面张力；
图2为实施例1中基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感方法用于检测AFB1的原理图；
图3为实施例1中所述AFB1检测方法的相关性研究结果：a为不同浓度AFB1与CTAB(0.1mM)、AFB1适配体(0.01μM)混合得到的干燥液滴的代表性图像，Ⅰ-Ⅵ分别代表AFB1的10-1,1,10,102,103和104pg/mL；b为不同浓度AFB1下的干燥液滴面积的；c为b对应干燥液滴面积与AFB1浓度的线性关系拟合图；
图4为实施例2中基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感方法用于大米中检测AFB1的代表性图像。
具体实施方式
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
表面活性剂是两亲分子，具有亲水的头基和碳氢化合物尾部。这些特点使表面活性剂在传感应用中成为独特的信号分子。表面活性剂介导的传感应用已应用于比色传感器、液晶传感器、电化学传感器等领域。在表面活性剂的驱动下，水滴在疏水表面上的扩散是一个重要的过程，在喷墨打印等各种应用中具有重大进展、涂层技术、药物输送和提高石油采收率。作为一种表面活性剂驱动的扩散现象，它与表面活性剂的类型和浓度密切相。如图1所示，随CTAB浓度的增大，液滴蒸发后的干燥面积增大，而表面张力减小，CTAB浓度与干燥面积和表面张力之间存在一定的线性关系，因而可以从干燥面积推断溶液中表面活性剂的浓度。
实施例1
首先，将黄曲霉毒素B1(AFB1)粉末溶解在Tris-HCl缓冲液中(10mM Tris,300mMNaCl,pH＝7.4)制成不同浓度的溶液(10-3,10-2,10-1,1,10,102,103,104,105,and 106pg/mL)。取0.01μM AFB1的适配体溶液5μL分别与上述不同浓度的AFB1溶液等体积混合均匀，在37℃条件下孵育30分钟形成AFB1/适配体混合物溶液；然后将混合好的溶液与等体积的0.1mM表面活性剂CTAB溶液混合，并在37℃条件下孵育30分钟；最后，用移液枪移取1μL的液体滴加到用DMOAP修饰的玻璃表面上，在温度为25℃，湿度为40％的培养箱中等待干燥，用显微镜记录实验数据。
如图2所示，CTAB浓度与干燥面积和表面张力之间存在一定的线性关系，因而可以从干燥面积推断溶液中表面活性剂的浓度，适配体DNA带负电，与带正电的表面活性剂结合形成复合物，待测物与适配体DNA特异性结合诱导适配体DNA-表面活性剂复合物的断裂释放表面活性剂，改变液滴在基底表面的干燥面积大小，从而可以对待测物进行检测。
如图3中的a所示，随AFB1浓度增加，液滴在基底表面的干燥面积随之增加，AFB1对干燥液滴面积的响应呈浓度依赖性，并在1-104pg/mL范围内呈现线性关系，通过得到的线性关系即可实现AFB1的定量检测。
实施例2
首先，将1克大米粉、3毫升己烷和5毫升甲醇(纯度:70％)加入离心管中，超声(功率:60％)10分钟，在10000rpm下离心10分钟，收集底层溶液并干燥，将干燥后的样品溶解在1mL的Tris-HCl缓冲液中，分别制备AFB1含量为50、20和1ng/g的大米样品。然后，将10μL大米样品与AFB1适配体溶液等体积混合均匀(AFB1适配体终浓度为0.01μM)，在37℃条件下孵育30分钟形成AFB1/适配体混合物溶液，将混合溶液与等体积的0.1mM表面活性剂CTAB混合，并在37℃条件下孵育30分钟。最后，用移液枪移取1μL的液体滴加到用DMOAP修饰的玻璃表面上，在温度为25℃，湿度为40％的培养箱中等待干燥，用显微镜记录实验数据。同时采用高效液相色谱法(HPLC)测定这些样品中AFB1的浓度，并将结果与本发明的检测方法进行比较。
如图4所示，液滴干燥面积与AFB1浓度同样存在正相关性。通过标准曲线对图4中干燥液滴面积计算的回收率及与HPLC的结果进行比较，结果如表1所示，本发明使用基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台与HPLC检测结果相近，表明其可以有效准确进行样品中真菌毒素的定量检测。
表1干燥液滴面积计算得到的浓度与HPLC结果的比较
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，包括基底、适配体DNA和表面活性剂，所述适配体DNA和所述表面活性剂形成适配体DNA-表面活性剂复合物。
2.如权利要求1所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，所述基底包括载玻片、聚碳酸酯板、聚苯乙烯板和聚甲基丙烯酸甲酯板中的至少一种。
3.如权利要求1所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，所述基底经过包括DMOAP修饰或硅烷化修饰的预处理。
4.如权利要求1所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，所述表面活性剂包括OTAB、CTAB、SDS和SMP中的至少一种。
5.如权利要求1所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，所述表面活性剂以溶液形式加入，所述表面活性剂溶液的浓度为10～120μM；所述适配体DNA以溶液形式加入，所述适配体的浓度为0.001～10μM。
6.如权利要求1所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，其特征在于，当待检测物为黄曲霉毒素B1时，黄曲霉毒素B1的适配体DNA的核苷酸序列如SEQ IDNO.1所示。
7.一种基于表面活性剂介导表面液滴蒸发检测真菌毒素的方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的基于表面活性剂介导表面液滴蒸发的生物传感检测平台，包括以下步骤：
将基底进行预处理；
将待测真菌毒素与对应适配体DNA混合孵育，再加入表面活性剂溶液孵育，即得待测物溶液；
将所述待测物溶液滴加到基底上，干燥，通过比较待测物溶液蒸发后的干燥面积定量检测真菌毒素。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，待测真菌毒素与对应适配体DNA混合孵育的温度为36.5-37.5℃，时间为25-35分钟。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，表面活性剂溶液孵育的温度为36.5-37.5℃，时间为25-35分钟。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过待测物浓度和干燥面积的线性关系实现定量检测真菌毒素。
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