基于表面增强拉曼光谱多肽类激素均相检测方法的研究

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多肽类激素由于相对分子量较小,结构复杂多变,且同源性较高,导致其检测的技术难度大。目前,此类激素的量化主要是通过免疫分析(IMAs)进行的。其中化学发光免疫分析操作复杂,检测时间较长;荧光免疫分析背景干扰较强,结果保存时间短;放射免疫分析需要昂贵的仪器和试剂,并且有产生放射性污染的危险;酶免疫分析灵敏度偏低;色谱和质谱免疫分析都对待测样品的要求较高。运用以上手段建立了很多相应的免疫传感器,且进行了很多方法学上的更新迭代,但始终无法跳脱出免疫学的框架,其传感方式也会被自身技术的不足所掣肘,难以兼具高灵敏和自动化的技术特质。因此,开发建立一种普适性更强、更为灵敏便捷的激素检测方法对本领域的发展十分重要。就此问题,本研究首先发展了一种基于表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)的新型蛋白质互作分析方法,再以这个分析方法为基础,建立一种具有自动化潜质的多肽类激素均相检测方法。(一)基于SERS的新型蛋白互作分析方法的建立应用经典的PD-1/PD-L1蛋白质结合反应来验证SERS检测平台的可行性。将PD-1和PD-L1蛋白分别偶联在带有SERS信号报告分子的银纳米粒子和羧基磁珠上,当PD-1和PD-L1发生特异性结合时,会将吸引银纳米粒子和磁珠靠近。通过磁力富集的方法可以将银纳米粒子从溶液中分离出来,即可检测位于其上的报告分子的信号。相比于未和PD-1或PD-L1蛋白偶联的银纳米粒子和羧基磁珠,二者都带有蛋白时所产生的拉曼信号显著增强。在偶联蛋白之后的银纳米粒子和羧基磁珠加入了特异性的PD-1或PD-L1抗体或其他干扰PD-1/PD-L1结合的小分子抑制剂,所产生的信号又将显著降低。以上方法在基于CA六聚体和CPSF6的蛋白互作反应的拉曼检测平台上得以验证。首先在体外环境中摸索了CA六聚化的条件,并对CA六聚体结构进行了验证。之后基于免疫共沉淀反应对CPSF6和CA六聚体的结合进行了检测。在得到明确的结果之后,将CA六聚体蛋白偶联于银纳米粒子上,将CPSF6偶联于Ni磁珠上,利用两个蛋白之间的结合使得银探针和磁探针相互接近。最后通过拉曼报告信号的增强证明多聚体蛋白也可以很好的应用于该检测平台。这些实验说明了基于SERS的新型蛋白互作分析方法的可行性。(二)基于SERS和免疫三明治结构多肽类激素检测方法的建立首先,应用EGFR及其特异性抗体西妥昔单抗和H11/111.6的抗原抗体亲和反应来验证SERS检测平台的对三明治结构中夹心抗原的敏感性。将西妥昔单抗和H11/111.6抗体蛋白分别偶联在带有SERS信号报告分子的银纳米粒子和羧基磁珠上,在EGFR抗原存在和仅有空白溶剂的情况下进行拉曼检测。发现在EGFR抗原存在的情况下,报告信号大大高于空白对照组,并且信号强度随着所添加的EGFR的浓度的升高而逐渐增强。这些实验说明了该检测平台对三明治结构中夹心抗原检测的敏感性。之后,合理选用可与待检测激素发生特异性结合且互不产生干扰的一对抗体,在检测前将两种抗体分别偶联至银纳米粒子和羧基磁珠上,制备带有特异性识别功能的银纳米探针(Ag NPs@Ab1)和磁探针(MNs@Ab2)。并用拉曼检测信号报告分子4-氨基联苯(4-ABP)对银纳米探针进行修饰,完成SERS免疫传感器的搭建。最后与待测激素短暂共同孵育后通过磁力聚集的方式在SERS的基础上再次放大信号,即可直接进行均相拉曼光谱检测。在待测激素以极低的浓度存在的情况下(促甲状腺激素低至0.01m IU/L;降钙素低至10pg/m L),4-ABP报告分子的信号依然可以被检测到显著的增强。随着待测激素浓度的升高,该拉曼信号峰值会相应的逐级提升。这些实验表明SERS免疫传感器在激素检测领域具有的良好特性,包括:很高灵敏度,极低的检测限,样品需求量少,操作简单,检测时间短,便于自动化检测等。通过实验数据的支撑,表明所建立的SERS免疫传感器有望成为生物激素检测的的新方法。综上所述,本论文以表面增强拉曼光谱为技术基础,分别构建了偶联蛋白或抗体的Ag NPs和MNs,先建立了新型蛋白质互作分析技术,并以此为基础搭建了基于免疫三明治夹心结构的多肽类激素检测平台,这是一种具有自动化检测原理的均相检测技术,可用于分析促甲状腺素和降钙素等分子结构较小的多肽类激素,也可为一些具有抗体的小分子临床检测技术的开发提供技术方案。
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