论文部分内容阅读
蛋白质芯片以其高通量,快速,准确及灵敏的检测目标蛋白为优势成为蛋白质组学研究的重要工具。目前,蛋白质芯片的检测方式多以荧光为信号分子,利用免疫反应捕获目的蛋白,即在芯片上实现荧光免疫学反应及检测。尽管以荧光为检测信号的蛋白质芯片已经获得了较高的灵敏度,但随着对低丰度蛋白检测需求的增长,如何进一步提高蛋白质芯片的检测灵敏度已成为研究者们关注的热点。本论文通过制备由核酸荧光探针构建的多标记抗体实现了快速,灵敏,低成本检测靶抗原的目标,并在此基础上以核酸适配体取代双链寡核苷酸,通过制备核酸适配体/荧光探针复合物检测靶抗原(人α-凝血酶)建立兼具识别与检测双重功能的荧光免疫检测体系,并以二氧化硅纳米颗粒作为核酸适配体的载体分子以放大检测信号。该体系有望用于蛋白质芯片检测平台,实现对环境污染物的高通量筛选检测。
首先,本论文以花菁类染料SYBR GreenⅠ作为荧光核酸探针,利用生物素-链亲和素这一亲和反应体系作为桥梁,将多个生物素化的核酸与抗体相连,制备了核酸荧光探针多重标记抗体并将其用于荧光免疫实验检测中。所检测的靶抗原为小鼠IgG,将其吸附于96孔板上,通过生物素化的羊抗小鼠IgG抗体引入链亲和素,一条30bp的双链寡核苷酸通过一端的生物素标记亦固定于微孔板上,最后加入核酸荧光探针SYBR GreenⅠ,通过检测荧光强度的变化实现对靶抗原的定量分析。建立的这种核酸介导的多标记荧光免疫检测方法与异硫氰酸荧光素标记的链亲和素介导的免疫荧光实验相比,前者的信号强度提高了近10倍,同时检测限亦降低了近10倍,并且具有良好的特异性。该体系具有实验条件要求低,载体分子易于获得且结构稳定,荧光染料分子数量可控,标记方法简单易行等优势。该反应体系有望用于蛋白质芯片检测中,以提高靶蛋白的检测灵敏度,简化操作步骤,降低实验成本,为蛋白质组学的研究提供有力的工具。
为了进一步简化反应步骤,在体系中引入了核酸适配体。核酸适配体是通过SELEX技术体外筛选的短单链寡核苷酸,可特异性识别靶物质。本研究以针对人α-凝血酶的具有椅型结构的核酸适配体为研究模型,利用核酸适配体在识别人α-凝血酶的同时可与单链核酸荧光探针OliGreen结合的特点,实现荧光免疫实验的识别与检测一体化。为了扩增信号,体系中引入了二氧化硅(SiO2)纳米颗粒作为载体。在免疫实验之前,首先研究了SiO2纳米颗粒表面功能化及固定蛋白的条件。本文采用环氧硅烷化试剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)制备了环氧化SiO2纳米颗粒,并通过环氧基团直接固定蛋白。采用反相微乳液法制得平均粒径为46nm的SiO2纳米颗粒,经GPTMS修饰后,平均粒径增至63nm,且环氧化的反应时间,反应温度及GPTMS的含量对颗粒大小没有明显影响。修饰后SiO2纳米颗粒Zeta电位由-26mV变为+38mV。经傅立叶转换红外光谱检测,分别在2944cm-1,1343cm-1和1465cm-1处出现碳氢键的弯曲振动及伸缩振动峰。通过荧光胺与环氧基团共价反应,证明SiO2纳米颗粒表面成功修饰了具有反应活性的环氧基团。最后,以荧光素标记的牛血清白蛋白作为模型蛋白对环氧修饰SiO2纳米颗粒固定蛋白的能力进行了考查。结果显示,延长反应时间、增加NaCl的浓度、降低pH值以及GPTMS的含量均可增加蛋白的固定量,并且形成的蛋白固定的SiO2纳米颗粒具有高度的稳定性。通过优化实验条件,每克SiO2纳米颗粒表面可共价固定大约25mg牛血清白蛋白。
最后,利用制备的SiO2纳米颗粒固定核酸适配体,获得纳米核酸适配体荧光探针。首先利用环氧基团共价固定BT-BSA。ATR-FTIR及TEM表征证实BT-BSA已成功固定于SiO2纳米颗粒上,荧光法定量计算每克纳米颗粒上固定BT-BSA48.7±2.8 mg;通过生物素-链亲和素体系,引入覆盖密度达到1012/cm2的链亲和素;最后通过生物素将核酸适配体引入纳米颗粒上,可通过调节核酸适配体的修饰量控制纳米核酸适配体荧光探针的探针数量。通过优化反应条件,筛选出核酸适配体荧光探针OliGreen,选择0.5 mg/mL的纳米核酸适配体荧光探针检测人α-凝血酶,其中单个SiO2纳米颗粒上标记有约400条核酸适配体,检测限为50nM,检测灵敏度较单个游离核酸适配体荧光探针有所提高,可通过调节纳米颗粒的粒径改变纳米颗粒表面核酸适配体的修饰密度或增加核酸适配体的链长来进一步提高检测的灵敏度。