基于目標(biāo)物介導(dǎo)SERS納米粒子自組裝的新型生物傳感方法.pdf

1、隨著對(duì)基礎(chǔ)理論研究的不斷深入和納米材料構(gòu)建技術(shù)的飛速發(fā)展,表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù)在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)以及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域中所扮演的角色也越來越重要。相對(duì)于其它幾種光學(xué)檢測(cè)手段,SERS技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),超高的靈敏度、豐富的光譜信息、窄的發(fā)射譜帶、所需樣品量小以及無需樣品預(yù)處理等。本論文以具有重要生物功能和研究意義以及重大疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物(如蛋白質(zhì)、酶、毒素等)為研究對(duì)象,發(fā)展了一系列簡(jiǎn)單、快速、成本低、穩(wěn)定性好,且具有

2、高靈敏度和高選擇性的新型生物傳感方法。研究論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)DNA去甲基化酶的失調(diào)會(huì)引起多種神經(jīng)退行性疾病、免疫系統(tǒng)疾病以及癌癥。第二章中,發(fā)展了一種基于酶介導(dǎo)等離子體共振耦合以及SERS信號(hào)傳導(dǎo)的DNA去甲基化檢測(cè)方法。該方法設(shè)計(jì)了一條包含限制性內(nèi)切酶識(shí)別序列(酶切位點(diǎn)處的胞嘧啶進(jìn)行甲基化修飾)的發(fā)夾型底物探針,并制備了底物探針功能化的SERS活性納米顆粒。激活的DNA去甲基化酶使甲基化的底物探針發(fā)生去甲基化作

3、用,從而對(duì)甲基化敏感的限制性內(nèi)切酶和核酸外切酶切割和降解底物探針,導(dǎo)致金納米顆粒形成聚集體,產(chǎn)生等離子體共振耦合效應(yīng),顯著增強(qiáng)了顆粒表面吸附拉曼染料的SERS信號(hào)。目前來看,我們首次報(bào)道了關(guān)于酶介導(dǎo)等離子體共振耦合效應(yīng)的產(chǎn)生來獲得可重現(xiàn)的SERS增強(qiáng)。該方法簡(jiǎn)單、快速、只需一步均相反應(yīng)、穩(wěn)定性好、易于實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè),且具有非常高的靈敏度和選擇性,為DNA去甲基化研究和相關(guān)的分子診斷、藥物篩選提供了一個(gè)簡(jiǎn)單而有用的新方法。
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4、)高靈敏的生物標(biāo)志物檢測(cè)對(duì)于蛋白組學(xué)和臨床診斷具有重要的意義。第三章中,發(fā)展了一種基于目標(biāo)物介導(dǎo)SERS活性納米粒子自組裝的多組分均相免疫分析方法。該方法利用抗原抗體免疫夾心原理,使兩種不同形狀的SERS活性納米粒子(拉曼染料和抗體半片段功能化的球形金納米粒子和金納米棒)自組裝成有序聚集體,導(dǎo)致粒子間隙的局域電磁場(chǎng)顯著增強(qiáng),從而極大增強(qiáng)了粒子表面吸附拉曼染料的SERS信號(hào)。與傳統(tǒng)的SERS活性納米粒子制備方法不同的是,我們利用化學(xué)方法對(duì)

5、抗體進(jìn)行還原處理,使抗體可以通過Au-S鍵共價(jià)作用結(jié)合在金納米粒子表面。通過這種方式,不僅實(shí)現(xiàn)了抗體在金納米粒子表面的定向組裝,使抗體具有一致的活性,同時(shí),減小的抗體尺寸有效地縮短了納米粒子之間的距離,能夠使粒子間隙產(chǎn)生更大程度的表面等離子體共振耦合和更加顯著的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng),并且,提高了SERS活性納米粒子在復(fù)雜生物體系中的穩(wěn)定性,有利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存。文中,我們選擇三種細(xì)胞因子,干擾素γ、白介素2和腫瘤壞死因子α作為模型體系,對(duì)方法的實(shí)用

6、性進(jìn)行了考察,均獲得非常高的信背比和靈敏度。另外,我們篩選出幾種非熒光型的拉曼染料,對(duì)多種目標(biāo)蛋白逐一進(jìn)行編碼,實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)物體系的同步分析。與傳統(tǒng)的基于SERS活性納米粒子的檢測(cè)方法比較,該方法操作簡(jiǎn)單、易于掌握、無需借助于復(fù)雜的儀器和繁瑣的洗脫步驟,檢測(cè)時(shí)間短、只需一步均相反應(yīng)、易于實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè),且具有較高的靈敏度和選擇性。因此,該方法為疾病標(biāo)志物的準(zhǔn)確鑒定以及臨床早期診斷建立了一個(gè)簡(jiǎn)單而有用的平臺(tái)。
　　(3)靈敏、快速、

7、低成本的霍亂毒素檢測(cè)對(duì)于霍亂流行病的防疫、控制和治療具有十分重要的意義。第四章中,我們發(fā)展了一種基于GM1功能化脂質(zhì)體-SERS活性納米顆粒復(fù)合物的霍亂毒素檢測(cè)方法。通過使用特殊的磷脂成份,成功地制備出GM1功能化脂質(zhì)體-SERS活性納米顆粒復(fù)合物,制備方法簡(jiǎn)單、易于重復(fù)。利用神經(jīng)節(jié)苷酯GM1分子與霍亂毒素分子之間的特異性作用,使納米顆粒復(fù)合物自組裝成聚集體,產(chǎn)生等離子體共振耦合效應(yīng),顯著增強(qiáng)了顆粒間隙的局域電磁場(chǎng)強(qiáng)度,從而使顆粒表面吸

8、附拉曼染料的SERS信號(hào)極大增強(qiáng)。與傳統(tǒng)的霍亂毒素檢測(cè)方法比較,該方法操作簡(jiǎn)單、便捷、只需一步均相反應(yīng)、穩(wěn)定性好,無需任何的生物分子標(biāo)記和繁瑣的洗脫步驟,且具有更高的靈敏度和更好的重現(xiàn)性,為霍亂毒素準(zhǔn)確鑒定以及霍亂流行病早期診斷提供了一個(gè)有用的新方法。
　　(4)鑒定和識(shí)別組蛋白去甲基化酶對(duì)腫瘤等重大疾病的診斷、預(yù)防、預(yù)后判斷以及藥物研發(fā)都有重要的意義。第五章中,我們發(fā)展了一種高靈敏、高特異性的組蛋白去甲基化酶(HDMs)活性檢測(cè)

9、方法。該方法利用了一種甲醛選擇性反應(yīng)的活性探針,它能夠與組蛋白去甲基化過程中生成的副產(chǎn)物甲醛發(fā)生加合反應(yīng),且加合產(chǎn)物能夠通過巰基自組裝方式結(jié)合到金納米顆粒表面,釋放出顯著增強(qiáng)的SERS信號(hào)。據(jù)我們了解,這是首次關(guān)于甲醛選擇性反應(yīng)探針用于SERS檢測(cè)組蛋白去甲基化酶活性的報(bào)道。與傳統(tǒng)的HDMs檢測(cè)方法相比,該方法操作簡(jiǎn)單、快速、穩(wěn)定性好、不易受本底熒光的干擾、無需任何的生物分子標(biāo)記和繁瑣的洗脫步驟,且具有更高的靈敏度和信背比。因此,該方法