基于硼酸亲和磁性表面印迹的糖蛋白特异识别及其SERS检测方法研究

来源 :新疆师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zyh_0527
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糖蛋白作为一类重要的生物分子,在人体内的表达与多种癌症、免疫缺陷以及一些老年疾病的发生和发展密切相关,对人体内相关糖蛋白的表达水平进行有效监测具有重要的医学意义和临床价值。然而,生物体内糖蛋白不仅种类繁多、结构相似、丰度较低,而且与大量干扰物共存,这为糖蛋白的深入研究带来了挑战。为在实际生物样品的检测过程中提高准确性和快速性,亟需开发具有优良特异性的富集手段和高灵敏的检测工具。本研究根据糖蛋白的特性,制备了两种硼酸修饰的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)探针标记糖蛋白;设计制备了基于硼酸亲和单模板和双模板磁性表面印迹材料高效富集分离糖蛋白;将二者结合构建基于SERS的硼酸亲和夹心法用以高灵敏检测糖蛋白。主要研究内容与结果如下:1.利用4-巯基苯硼酸(4-mercaptophenylboronic acid,MPBA)既是拉曼报告分子又是硼酸的双重身份,以金核银壳双金属作为增强基底,合成了Au@Ag-MPBA和Au-MPBA@Ag-MPBA两种新型硼酸修饰的SERS探针。结果表明,探针的制备方法简单便捷、成本较低,SERS信号较强可满足便携式拉曼光谱仪的使用要求,且可标记所有糖蛋白,具有广泛的适用性,同时为基于SERS的无抗体免疫夹心方法的构建和糖蛋白的高灵敏检测奠定基础。2.设计合成了一种硼酸亲和磁性印迹材料用于复杂基质中富集分离糖蛋白。首先以Fe3O4-NH2为核支撑材料,通过酰胺反应共价接枝硼酸后固定糖蛋白,然后利用正硅酸四乙酯在碱性环境下水解形成薄SiO2印迹层。由于硼酸与印迹腔的协同作用,该印迹材料对靶糖蛋白具有较高的结合亲和力和优良的吸附选择性。将其与SERS探针(Au-MPBA@Ag-MPBA)结合,实现了基于SERS的硼酸亲和夹心法检测辣根过氧化物酶(Horseradish peroxidase,HRP),方法的线性范围宽(0.1 ng/m L~1 mg/m L)、检测限低(0.053 ng/m L)、特异性优良。通过印迹和检测酸性磷酸酶和转铁蛋白,对该方法进行验证,结果显示普适性良好;与行业标准酶联免疫吸附法相比,精密度和准确度无明显差异。便携式拉曼光谱仪的使用,使得该夹心策略可以满足护理点测试的要求。此外,该夹心策略在成本效益、稳定性和检测速度方面优势显著,能够应用于血清样品中目标糖蛋白的检测,具有良好的临床应用性。3.鉴于一种疾病通常有多种糖蛋白生物标记物,因此本研究建立了一种通用策略制备双模板磁性分子印迹聚合物(Dual-template magnetic molecularly imprinted polymers,D-MMIPs),实现同时选择性富集分离两种糖蛋白。首先在Fe3O4表面包覆一层SiO2,以增大核支撑材料的表面积并提高磁性纳米粒子的分散性和亲水性。由于硼酸对糖蛋白的类选择性,引入4-甲酰基苯硼酸(4-formylphenylboronic acid,FPBA)作为功能单体,实现了HRP和卵清蛋白(Ovalbumin,OVA)的同时固定。然后利用多巴胺和3-氨基苯硼酸共聚物的可控聚合形成薄印迹层。该印迹材料吸附性能优良、选择性良好,对OVA和HRP的吸附量分别为93.61和65.52 mg/g,重复使用7次后吸附量仅下降6.8%,经济效益较高。将D-MMIPs与SERS探针(Au@Ag-MPBA)结合建立硼酸亲和夹心策略,分别实现了两种糖蛋白的分离和检测,对OVA和HRP的检测限分别为0.708和2.15 pg/m L。该夹心策略可应用于真实样品中糖蛋白的分离和检测,有望为糖蛋白类疾病标志物的联合检测提供一种非免疫方法。本研究使用硼酸亲和磁性分子印迹材料替代抗体,不仅表现出与抗体相当的特异性和结合力,而且比抗体稳定、廉价,并具有快速分离能力。此外,SERS与传统检测方法相比优势明显,结合便携式拉曼光谱仪的使用,可以进行现场实时检测。本研究最终建立的基于SERS的硼酸亲和夹心策略克服了传统免疫分析的不足,实现了糖蛋白疾病标志物的特异分离与高敏检测,为癌症等相关疾病的早期筛查及快速诊断提供了参考,在精准医学分析领域具有广阔的应用前景。
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