本發(fā)明屬于生物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及基于雙信號(hào)放大的新型熒光偏振適配體傳感器及其應(yīng)用。
背景技術(shù):
適配體是功能化的單鏈DNA或RNA,一般為10~100堿基。適配體可以特異性結(jié)合一系列的目標(biāo)物,如小分子、病毒、蛋白、多肽和病毒等。利用指數(shù)富集配基系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(SELEX)可以從大量隨機(jī)文庫(kù)中獲得與靶標(biāo)分子高親和力結(jié)合的適配體。與傳統(tǒng)的抗體或者分子印跡聚合物相比,適配體在實(shí)際應(yīng)用中具有易合成、修飾方便、穩(wěn)定性好以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。在靶標(biāo)分子存在情況下,適配體折疊成發(fā)卡環(huán)、臂環(huán)結(jié)構(gòu)、G4連體等結(jié)構(gòu)特異性識(shí)別目標(biāo)。目前為止,上百種目標(biāo)物的適配體已經(jīng)被報(bào)道。為了減小適配體產(chǎn)生的位阻效應(yīng),人們?cè)O(shè)計(jì)出截?cái)噙m配體來(lái)提高檢測(cè)效果。在過(guò)去的十幾年里,截?cái)噙m配體與一些新型的材料連用發(fā)展成為新型的適配體熒光傳感器和電化學(xué)傳感器??傮w上,熒光傳感器可以分為signal-on傳感器、signal-off傳感器、比色法傳感器、電化學(xué)發(fā)光傳感器等??傮w來(lái)說(shuō),這些適配體傳感器均基于夾心法原理,兩條截?cái)噙m配體同時(shí)用于產(chǎn)生信號(hào)和捕捉適配體。然而該類夾心法在識(shí)別位點(diǎn)數(shù)目上有別于傳統(tǒng)的夾心法。因?yàn)閳?bào)道過(guò)的截?cái)噙m配體均自組裝成整個(gè)適配體來(lái)結(jié)合蛋白,因此報(bào)道過(guò)的截?cái)噙m配體只有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。
對(duì)于大分子量蛋白來(lái)說(shuō),熒光偏振法不失為一種十分有效的檢測(cè)手段。熒光偏振法主要基于加入目標(biāo)分子后引起的復(fù)合物轉(zhuǎn)動(dòng)速率變化原理,復(fù)合物分子轉(zhuǎn)動(dòng)越慢熒光偏振信號(hào)越強(qiáng)。在均相溶液中,熒光偏振法以準(zhǔn)確性、簡(jiǎn)便性、快速、自動(dòng)化以及高通量檢測(cè)著稱。直接熒光偏振檢測(cè)法會(huì)產(chǎn)生一定的背景和有限的信號(hào)強(qiáng)度,因此其檢測(cè)效果遠(yuǎn)不如其他方法好。信號(hào)擴(kuò)增方法包括結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、重量擴(kuò)增以及目標(biāo)引起的替換方法被廣泛采用。但是現(xiàn)有的方法并不能完全滿足現(xiàn)代檢測(cè)的要求,我們需要發(fā)展更多的熒光偏振信號(hào)放大方法來(lái)提高信號(hào)、降低背景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供基于雙信號(hào)放大的新型熒光偏振適配體傳感器,以解決現(xiàn)有技術(shù)中熒光偏振檢測(cè)法會(huì)產(chǎn)生背景信號(hào)、干擾檢測(cè)的問(wèn)題。
本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供上述基于雙信號(hào)放大的新型熒光偏振適配體傳感器在檢測(cè)乳鐵蛋白含量中的應(yīng)用。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
基于雙信號(hào)放大的熒光偏振適配體傳感器,包括信號(hào)產(chǎn)生探針和捕獲探針:
所述的信號(hào)產(chǎn)生探針的核苷酸序列為如下序列中的任意一種或幾種:
DNA-1,其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,
DNA-3,其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示,
DNA-5,其核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示,
DNA-7,其核苷酸序列如SEQ ID NO.7所示,
DNA-9,其核苷酸序列如SEQ ID NO.9所示,
DNA-11,其核苷酸序列如SEQ ID NO.11所示,
DNA-13,其核苷酸序列如SEQ ID NO.13所示,
DNA-15,其核苷酸序列如SEQ ID NO.15所示;
所述的捕獲探針的核苷酸序列為如下序列中的任意一種或幾種:
DNA-2,其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示,
DNA-4,其核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示,
DNA-6,其核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示,
DNA-8,其核苷酸序列如SEQ ID NO.8所示,
DNA-10,其核苷酸序列如SEQ ID NO.10所示,
DNA-12,其核苷酸序列如SEQ ID NO.12所示,
DNA-14,其核苷酸序列如SEQ ID NO.14所示。
其中,信號(hào)產(chǎn)生探針的核苷酸序列優(yōu)選DNA-11;捕獲探針的核苷酸序列優(yōu)選DNA-12。
基于雙信號(hào)放大的熒光偏振適配體傳感器,包括信號(hào)產(chǎn)生探針和捕獲探針,所述信號(hào)產(chǎn)生探針的核苷酸序列如SEQ ID NO.11所示,所述捕獲探針的核苷酸序列如SEQ ID NO.12所示。
其中,所述信號(hào)產(chǎn)生探針的5’端修飾FITC,所述捕獲探針的3’端修飾納米銀探針。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)乳鐵蛋白適配體進(jìn)行截?cái)啵诓桓淖冞m配體高親和力和特異性的前提下優(yōu)化了適配體的結(jié)構(gòu)。同時(shí),捕獲探針、信號(hào)產(chǎn)生探針可以分別結(jié)合到乳鐵蛋白的兩個(gè)位點(diǎn)。在該方法中,兩段截?cái)噙m配體分別修飾異硫氰酸熒光素(FITC)和銀納米粒子(Ag10NPs),加入乳鐵蛋白后三者組裝成截?cái)噙m配體-乳鐵蛋白的復(fù)合物,縮短了Ag10NPs和FITC的空間距離。因此,Ag10NPs可以產(chǎn)生重量擴(kuò)增效應(yīng)和熒光表面增強(qiáng)效應(yīng),最終引起熒光偏振信號(hào)急劇增加。
作為優(yōu)選,所述的納米銀粒子為Ag10NPs。
基于雙信號(hào)放大的乳鐵蛋白熒光偏振適配體傳感器在檢測(cè)陰性蛋白中的應(yīng)用在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
其中,所述的陰性蛋白包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、BSA、酪蛋白、乳鐵蛋白,優(yōu)選乳鐵蛋白。
其中,檢測(cè)時(shí),激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm。
有益效果:
本發(fā)明以FITC標(biāo)記的截?cái)噙m配體為信號(hào)產(chǎn)生探針,以Ag10NPs修飾的截?cái)噙m配體為捕獲探針,通過(guò)乳鐵蛋白與捕獲探針、信號(hào)產(chǎn)生探針的特異性結(jié)合使熒光偏振信號(hào)發(fā)生改變,且乳鐵蛋白濃度對(duì)數(shù)值與熒光偏振信號(hào)呈線性變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)乳鐵蛋白的定量檢測(cè)。該種熒光偏振法靈敏度極高,抗干擾性非常強(qiáng),可以快速高通量檢測(cè),并實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜樣品中乳鐵蛋白的測(cè)量,該方法檢測(cè)的線性范圍為0.2ng/mL~25μg/mL,該傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的均相溶液檢測(cè)限可以降低三個(gè)數(shù)量級(jí),達(dá)到1.25pM。
附圖說(shuō)明
圖1基于截?cái)噙m配體和Ag10NPs雙信號(hào)放大熒光偏振適配體傳感器原理圖;
圖2不同堿基數(shù)截?cái)噙m配體熒光偏振信號(hào)圖;
圖3截?cái)噙m配體結(jié)構(gòu)優(yōu)化熒光偏振信號(hào)圖;
圖4雙結(jié)合位點(diǎn)驗(yàn)證熒光偏振信號(hào)圖;
圖5 Ag10NPs表面修飾探針數(shù)優(yōu)化圖(a)和Ag10NPs信號(hào)放大驗(yàn)證圖(b);
圖6截?cái)噙m配體傳感器對(duì)乳鐵蛋白檢測(cè)特異性檢測(cè)圖(a)和線性圖(c),A4適配體對(duì)乳鐵蛋白線性檢測(cè)圖(b);
圖7截?cái)噙m配體傳感器對(duì)奶粉樣品實(shí)際檢測(cè)圖美贊臣(a)、貝因美(b)、康克萊加標(biāo)法線性檢測(cè)圖(c),三種奶粉樣品實(shí)際檢測(cè)表(d);
具體實(shí)施方式
根據(jù)下述實(shí)施例,可以更好地理解本發(fā)明。然而,本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說(shuō)明本發(fā)明,而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
實(shí)施例1:最佳適配體截?cái)辔稽c(diǎn)分析
將之前篩選出的適配體A4SEQ ID NO.16:AGGCAGGACACCGTAACCGGTGCATCTATGGCTACTAGCTCTTCCTGCCT分別在15、25、35堿基處截?cái)嗟玫饺M截?cái)噙m配體:DNA-1(15堿基)和DNA-2(35堿基)、DNA-3(25堿基)和DNA-4(25堿基)、DNA-5(35堿基)和DNA-6(15堿基)。DNA-1、DNA-3和DNA-5均修飾FITC。將10μL、250μM三組截?cái)噙m配體分別與1μg/mL乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品混合,37℃下反應(yīng)30min,用酶標(biāo)儀檢測(cè),激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm,最終得到最佳截?cái)噙m配體;
圖2為不同堿基數(shù)截?cái)噙m配體熒光偏振信號(hào)圖。由該圖可知DNA-3和DNA-4信號(hào)最高,且明顯高于完整適配體Lac-A4,背景也有一定的降低,因此選取截?cái)噙m配體DNA-3和DNA-4做進(jìn)一步研究。
實(shí)施例2:截?cái)噙m配體優(yōu)化
將得到的截?cái)噙m配體結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。分別去掉截?cái)噙m配體3、5、7對(duì)雜交堿基對(duì)得到三對(duì)截?cái)噙m配體:DNA-7和DNA-8、DNA-9和DNA-10、DNA-11和DNA-12。四組10μL、250μM截?cái)噙m配體分別與90μL、1μg/mL乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品混合,37℃下反應(yīng)30min,用酶標(biāo)儀檢測(cè)。
圖3為截?cái)噙m配體結(jié)構(gòu)優(yōu)化熒光偏振信號(hào)圖。從該圖可以看出,隨著兩個(gè)截?cái)噙m配體互補(bǔ)堿基對(duì)之間減小,其熒光偏振信號(hào)逐漸升高,當(dāng)完全去掉互補(bǔ)堿基對(duì)時(shí)候信號(hào)最高,且背景也隨著互補(bǔ)堿基對(duì)減少而降低,說(shuō)明在該截?cái)噙m配體結(jié)構(gòu)中,其中的互補(bǔ)鏈?zhǔn)菬o(wú)用的,最終得到最優(yōu)化的截?cái)噙m配體DNA-11和DNA-12。
實(shí)施例3:雙結(jié)合位點(diǎn)驗(yàn)證
分別破壞最佳截?cái)噙m配體DNA-11和DNA-12的臂環(huán)結(jié)構(gòu)得到DNA-13和DNA-14。10μL、250μM DNA-13、DNA-14與90μL、1μg/mL乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品混合,37℃下反應(yīng)30min,用酶標(biāo)儀檢測(cè)。比較前后信號(hào)的變化。之后將兩個(gè)截?cái)噙m配體均標(biāo)記FITC,即DNA-11和DNA-15,比較其各自產(chǎn)生的信號(hào)以及混合后產(chǎn)生的信號(hào),得出結(jié)論。
圖4雙結(jié)合位點(diǎn)驗(yàn)證熒光偏振信號(hào)圖。首先分別去掉DNA-11和DNA-12的臂環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí),其信號(hào)均有明顯的降低,說(shuō)明DNA-11和DNA-12的臂環(huán)結(jié)構(gòu)在結(jié)合乳鐵蛋白時(shí)是很重要的,是其臂環(huán)結(jié)構(gòu)起到特異性識(shí)別蛋白的作用。其次,DNA-11和DNA-15其單獨(dú)作用時(shí)的信號(hào)明顯低于混合時(shí)候信號(hào),因?yàn)镈NA-11和DNA-15相對(duì)于乳鐵蛋白是遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)量的,在混合溶液中信號(hào)的明顯升高只能是DNA-11和DNA-15結(jié)合在了不同的位點(diǎn),二者共同作用使信號(hào)值升高。
實(shí)施例4:信號(hào)擴(kuò)增策略
優(yōu)化的截?cái)噙m配體DNA-11的5’端修飾FITC,DNA-12的3’端修飾Ag10NPs,在10μL、250μM截?cái)噙m配體混合溶液中加入90μL、1μg/mL乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品,混勻,37℃下反應(yīng)30min,用酶標(biāo)儀檢測(cè),激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm。在Ag10NPs表面分別修飾25、50、100、200條DNA-12核酸鏈,和DNA-11混合后加入90μL、1μg/mL乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品比較其信號(hào)高低。
圖1為基于截?cái)噙m配體和銀納米粒子雙信號(hào)放大熒光偏振適配體傳感器原理圖;
圖5Ag10NPs表面修飾探針數(shù)優(yōu)化圖(a)和Ag10NPs信號(hào)放大驗(yàn)證圖(b);
實(shí)施例5:熒光偏振法對(duì)乳鐵蛋白特異性檢測(cè)
(1)在五份10μL,250nM FITC標(biāo)記的DNA-11、10μL,250nM Ag10NPs修飾的DNA-12混合溶液中分別加入90μL 5μg/mL的乳鐵蛋白、90μL 200μg/mL α-乳白蛋白、90μL 200μg/mLβ-乳球蛋白、90μL 200μg/mL BSA和90μL PBS溶液,充分混勻。
(2)將步驟(1)的混合液置于96微孔板中37℃條件下反應(yīng)15min,用BioTeK酶標(biāo)儀直接掃描,激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm。
圖6(a)為該種熒光偏振法對(duì)乳鐵蛋白、α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、BSA的特異性檢測(cè)圖。
實(shí)施例6:不同濃度乳鐵蛋白與熒光偏振信號(hào)關(guān)系
(1)在10μL,250nM FITC標(biāo)記的Lac-A4溶液中分別加入90μL濃度為25ng/mL、49ng/mL、98ng/mL、195ng/mL、390ng/mL、780ng/mL、1.56μg/mL、3.12μg/mL、6.25μg/mL、12.5μg/mL、25μg/mL的乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品,充分混勻。
(2)將步驟(1)的混合液置于96微孔板中37℃條件下反應(yīng)15min,用BioTeK酶標(biāo)儀直接掃描,激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm。
(3)通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)分析熒光偏振信號(hào)隨乳鐵蛋白濃度的對(duì)數(shù)值呈線性變化,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。
圖6(b)適配體Lac-A4對(duì)乳鐵蛋白檢測(cè)線性圖。隨著乳鐵蛋白含量的增加,熒光偏振信號(hào)也逐漸增加,且熒光偏振信號(hào)差值與乳鐵蛋白濃度對(duì)數(shù)之間呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)系,其線性范圍為780ng/mL-25μg/mL,檢測(cè)線為390ng/mL。
實(shí)施例7:不同濃度乳鐵蛋白與熒光偏振信號(hào)關(guān)系
(1)在10μL,250nM FITC標(biāo)記的DNA-11、10μL,250nM Ag10NPs修飾的DNA-12混合溶液中分別加入90μL濃度為0.2ng/mL、0.39ng/mL、0.78ng/mL、1.56ng/mL、3.12ng/mL、6.25ng/mL、12.5ng/mL、25ng/mL、49ng/mL、98ng/mL、195ng/mL、390ng/mL、780ng/mL、1.56μg/mL、3.12μg/mL、6.25μg/mL、12.5μg/mL、25μg/mL的乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品,充分混勻。
(2)將步驟(1)的混合液置于96微孔板中37℃條件下反應(yīng)15min,用BioTeK酶標(biāo)儀直接掃描,激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm。
(3)通過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)分析熒光偏振信號(hào)隨乳鐵蛋白濃度的對(duì)數(shù)值呈線性變化,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。
圖6(c)截?cái)噙m配體傳感器對(duì)乳鐵蛋白檢測(cè)線性圖。隨著乳鐵蛋白含量的增加,熒光偏振信號(hào)也逐漸增加,且熒光偏振信號(hào)差值與乳鐵蛋白濃度對(duì)數(shù)之間呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)系,相關(guān)性為0.998。其線性范圍為0.2ng/mL-25μg/mL,檢測(cè)線為0.1ng/mL。且與實(shí)例6相比,其檢測(cè)線降低了三個(gè)數(shù)量級(jí)。
實(shí)施例8:檢測(cè)實(shí)際樣品中乳鐵蛋白含量的方法
(1)將不含有乳鐵蛋白的美贊臣、貝因美、康克萊的奶粉樣品稀釋100倍,分別加入乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品配制成0.2ng/mL、0.39ng/mL、0.78ng/mL、1.56ng/mL、3.12ng/mL、6.25ng/mL、12.5ng/mL、25ng/mL、49ng/mL、98ng/mL、195ng/mL、390ng/mL、780ng/mL、1.56μg/mL、3.12μg/mL、6.25μg/mL、12.5μg/mL、25μg/mL樣品,分別加入10μL,250nM FITC標(biāo)記的DNA-11、10μL,250nM Ag10NPs修飾的DNA-12混合溶液,充分混勻;
(2)將步驟(1)的混合液置于96微孔板中37℃條件下反應(yīng)15min,用BioTeK酶標(biāo)儀直接掃描,激發(fā)波長(zhǎng)為480nm,發(fā)射波長(zhǎng)為528nm;
(3)根據(jù)信號(hào)和濃度值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線;
(4)將含有乳鐵蛋白的美贊臣、貝因美、康克萊的奶粉樣品稀釋100倍,分別帶入到(1)體系中,根據(jù)所得信號(hào)值對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)曲線得到牛奶樣品中乳鐵蛋白的檢測(cè)濃度。
圖7截?cái)噙m配體傳感器對(duì)奶粉樣品實(shí)際檢測(cè)圖美贊臣(a)、貝因美(b)、康克萊加標(biāo)法線性檢測(cè)圖(c),三種奶粉樣品實(shí)際檢測(cè)表(d);
本發(fā)明將截?cái)噙m配體應(yīng)用于熒光偏振分析方法中,發(fā)明了一種基于雙信號(hào)放大的新型熒光偏振適配體傳感器。當(dāng)乳鐵蛋白的濃度在0.2ng/mL~25μg/mL之間時(shí),熒光偏振信號(hào)強(qiáng)度與乳鐵蛋白濃度的對(duì)數(shù)之間具有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.998。同時(shí),本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了具有雙結(jié)合位點(diǎn)的適配體,可以在不改變適配體高親和力和特異性的前提下作為截?cái)噙m配體使用,特別在夾心法方面具有很好的應(yīng)用。
SEQUENCE LISTING
<110> 南京大學(xué)
<120> 基于雙信號(hào)放大的熒光偏振適配體傳感器及其應(yīng)用
<130> SG20170205001
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<213> Artificial Sequence
<220>
<223> ACACCGTAACCGGTGCAT
<400> 11
acaccgtaac cggtgcat 18
<210> 12
<211> 18
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> DNA-12
<400> 12
ctatggctac tagctctt 18
<210> 13
<211> 14
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> DNA-13
<400> 13
acaccgcggt gcat 14
<210> 14
<211> 13
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> DNA-14
<400> 14
ctatggcgct ctt 13
<210> 15
<211> 18
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> DNA-15
<400> 15
ctatggctac tagctctt 18
<210> 16
<211> 50
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> 適配體A4
<400> 16
aggcaggaca ccgtaaccgg tgcatctatg gctactagct cttcctgcct 50