基于适配体和电泳滴定的生物标志物检测模型的开发和应用研究

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凝血酶是一种丝氨酸蛋白酶,在人体凝血机制以及多种疾病进展中起到了重要的作用,可作为数种疾病的诊断标志物。然而,目前大部分凝血酶检测方法依赖于精密分析仪器,难以用于凝血酶即时、便携的检测。本研究基于电泳滴定与适配体技术,在芯片上构建了一种基于距离读数的凝血酶即时检测方法,并进行了初步的应用研究。本研究基于凝血酶与适配体之间特异性结合,构建磁性纳米颗粒-凝血酶-辣根过氧化物酶(MNPs-TM-HRP)复合结构,实现了从样本中富集凝血酶并向辣根过氧化物酶(HRP)信号的转化。同时,本研究构建了基于氧化还原反应界面的电泳滴定模型。HRP能够催化无色的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)生成蓝色的TMB自由基阳离子(TMB·+)。在电泳滴定过程中,TMB·+在电场作用下迁移进入滴定通道并被L-抗坏血酸还原生成无色的TMB,形成蓝色的移动反应界面。样品中凝血酶浓度越高,界面迁移速度越快。故可通过读取界面迁移距离,实现对于凝血酶的定量检测。同时,本研究以构建的检测模型为基础,设计了基于芯片的便携化检测平台。整个检测平台由滴定芯片、电极、锂电池、导线组成。滴定芯片可进行三通道同时检测,每条检测通道由阳极池、桥接通道、样品池、滴定通道和阴极池组成。实验结果证明,滴定芯片能有效消除电极反应对检测带来的干扰。同时,开发的检测平台具有便携、检测成本低的优点,适合即时检测以及资源匮乏地区使用。经过实验条件优化,检测过程中的实验现象符合构建的凝血酶检测模型。电泳滴定检测过程中,TMB·+在滴定通道中形成了清晰的氧化还原界面,界面迁移距离与滴定时间之间存在良好的线性关系。同时,界面迁移距离与溶液中凝血酶浓度之间建立的拟合曲线符合构建的检测模型,检测范围为0.05 n M-0.5 n M,相关系数R2=0.9984。得益于适配体修饰的磁性纳米颗粒的纯化、富集作用,检测方法对于样品中高丰度蛋白以及还原性物质具有良好的抗干扰性。进一步,将本方法用于尿样以及血清样本中外标凝血酶进行检测,平均回收率分别为99.62%和100.23%。实验结果表明检测方法能够有效地对抗复杂生物样品中各种组分对于检测的干扰。本文中开发的凝血酶检测方法通过联合运用电泳滴定、适配体技术以及纳米材料,具有检测灵敏度较高(检出限0.04 n M)、检测速度快(样本孵育到完成检测共40分钟)、特异性好、检测成本低廉、操作简单等优点,不仅在凝血酶现场即时检测方面有着良好的应用前景,亦可进一步开发构建针对多种生物标志物即时检测方法。
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