基于分子印迹聚合物和表面增强拉曼散射的蛋白质检测方法研究与应用

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaomai1212
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
独特或异常的蛋白质表达通常表示着某些疾病的发生。然而,有重要临床价值和生物学意义的蛋白质,比如蛋白类癌症相关标志物和蛋白类激素等,其通常表达丰度极低且伴随着复杂样品基质的干扰。因此,高特异性和高灵敏的蛋白质分析常常是挑战性的任务。蛋白质分析的传统方法主要是基于抗体对抗原的识别作用。然而,抗体具有制备困难和稳定性差等缺点。因此,开发稳定、易制备和价格低廉的抗体模拟物,以实现蛋白质的高灵敏和高特异性的可靠检测具有重要意义。分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs),一种抗体模拟物,存在与模板分子的尺寸、功能和形状互补的印迹腔,由于其识别高特异性、结构可预测性,耐用性、便宜性、简单性和应用通用性而广泛应用于各个领域,包括成像、传感、治疗和分离等。近年来,已有多种分子印迹技术用于蛋白质的印迹,比如本课题组开发的硼亲和糖链可控定向表面印迹法和硼亲和锚定表位可控定向表面印迹法,成功制备出用于特异性识别糖蛋白和非糖蛋白的MIPs。表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术大大增强了拉曼光谱的灵敏度,并且继承拉曼光谱包含分子指纹信息、响应时间短和光谱分辨率高的优点。其作为一种超灵敏定量分析技术,广泛用于检测蛋白质、小分子和核酸。SERS检测可以分为直接检测和间接检测。对于复杂体系下的直接SERS检测而言,一方面因所得光谱太复杂而无法定性分析,另一方面因干扰严重而难以定量分析。对于间接检测而言,尽管通过引入能特异性识别目标物的配体可实现拉曼光谱的特异性的提升,但是所得光谱显示的并不是目标物的指纹信息。同时,不管是直接检测还是间接检测,SERS活性基质上热点分布的不均匀和微环境的影响,均会导致测量重现性差。在复杂体系下,同时实现含目标物的指纹信息的光谱的高特异性和高重现性,以实现SERS的可靠的定量分析仍是艰巨的任务。基于MIPs的高特异性和SERS技术的高灵敏度,目前已报道了相关的基于MIPs的蛋白质SERS检测技术,例如,通过结合聚糖印迹探针和表位印迹萃取基底所构建的等离激元免疫夹心法(plasmonic immunosandwich assay,PISA),成功应用于血清中糖蛋白癌胚抗原的检测。然而,并不是所有的糖蛋白都只有N-糖或者O-糖,很多糖蛋白既包含N-糖又包含O-糖。对于同时含有N-和O-糖的糖蛋白而言,由于N-和O-糖的糖链长度相差较大,聚糖印迹探针很难同时兼顾两者的识别,导致并不能完全标记糖蛋白的N-和O-糖,从而影响检测的灵敏度,尤其是对于O-糖含量很高的糖蛋白而言,影响很大。因此,制备同时兼顾识别糖蛋白N-和O-糖的MIPs以保证专一性的同时实现高灵敏糖蛋白检测具有重要意义。基于以上分析,本论文的工作从以下两个方面展开。一方面,将分子印迹聚合物和等离激元纳米材料相结合,我们发展出一种新颖的具有高特异性和高重现性的比例SERS蛋白质分析方法,用于复杂样品中具有拉曼活性的蛋白的定量分析。这种方法依赖于双重表位印迹的等离激元纳米粒子触发拉曼信号的“开启”和放大。细胞色素C(cytochrome c,Cyt C),一种癌症治疗预后标志物,被用作靶标来证明原理。双重表位印迹的MIPs是C和N末端表位印迹的4-巯基苯基硼酸(4-mercaptophenyl-boronic acid,MPBA)修饰的银纳米颗粒(Ag/MPBA NPs),它们是通过我们先前开发的硼亲和锚定可控定向分子印迹技术制备的。样品中目标蛋白的存在诱导两个不同的等离激元纳米颗粒的偶联,产生“热点”,从而大大增强方法的灵敏度。同时,以MPBA在1072 cm-1处的特征拉曼信号作为内标,可以校正目标物拉曼信号的波动,实现极好的重现性。此外,MIPs对目标物的双重特异性识别提高了方法的特异性。该方法具有高重现性(相对标准偏差<3.3%)、高灵敏度(检测限为80 f M)和高特异性(交叉反应性<2.5%),实现了临床血清样本中Cyt C的可靠分析。因此,该比例SERS分析法在临床诊断分析等重要领域中具有巨大的应用潜力。另一方面,为了兼顾糖蛋白的N-和O-糖的识别,我们制备了能精准识别目标糖蛋白N-和O-糖的共同部分的聚糖印迹探针,结合能识别目标糖蛋白蛋白部分的N端表位印迹萃取阵列,构建了等离激元免疫夹心法,实现目标糖蛋白的高灵敏和高专一性分析。首先,通过选取目标糖蛋白的O-糖为模板和控制印迹层厚度来合成同时能识别目标糖蛋白的N-和O-糖的聚糖印迹银基拉曼探针。该探针相比于只能标记目标糖蛋白的N-或O-糖的探针而言,能尽可能多的标记目标糖蛋白,从而提高方法的灵敏度。其次,表位印迹Au NPs自组装单分子层萃取基底和聚糖印迹银基拉曼探针对目标糖蛋白的双重特异性识别,提高了方法的特异性。最终,我们实现了人尿液中促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)的高灵敏(定量限为29 f M)、高特异性(交叉反应性<5%)和快速(30 min内)分析。因此,此方法对于含N-和O-糖的糖蛋白的分析有很大的应用潜力。
其他文献
随着工业化进程的不断推进,环境污染问题日益突出。环境中存在的各种污染物破坏生态平衡,甚至威胁到人类的健康,如何有效的去除成为目前急需解决的问题。半导体光催化技术作为一种高效、绿色、无污染的方法被广泛应用于环境有机污染物的降解。Ti O2等传统光催化剂的光响应局限在紫外光范围,仅占太阳光能量的5%,导致其催化效果无法满足实际应用的需求。卤氧化铋(Bi OX)以其独特的层状结构、制备成本低、光催化效率
学位
双酚F(Bisphenol F,BPF)作为常用塑料添加剂双酚A(Bisphenol A,BPA)的替代品在工业中被广泛使用,主要用于环氧树脂、塑料、清漆、涂料、粘合剂等产品的制造。但毒理学研究表明,双酚F具有内分泌干扰性、生殖和发育毒性,对生物的干扰作用甚至强于双酚A,且在各水环境介质中有较高的稳定性和持久性,已在多种环境介质及生物体中检出,因此有效去除水环境中双酚F的技术研究己成为目前环境科学
学位
大气中二氧化碳的不断积累严重破坏了碳平衡,加剧了全球变暖,成为全球性挑战和紧迫问题,受自然光合作用的启发,惰性CO2的光催化还原为增值的碳化学物质,这种依靠光生电子和空穴在环境条件下触发许多化学键的裂解,被认为是一种可持续缓和能源需求和解决环境危机的方法。由于光吸收,载流子分离和表面CO2还原通常被认为是光催化还原CO2的关键步骤,因此开发设计催化剂的表面结构以使这些关键过程的得到优化非常重要。具
学位
位于东亚季风边缘区的青藏高原东北缘的河流系统对气候变化响应敏感,是研究河流地貌过程对青藏高原气候和环境变化响应规律的良好载体。在河流侵蚀\堆积过程和阶地发育与气候变化的关系研究中多用沉积相、磁化率、粒度等沉积学指标间接推测气候条件,往往缺少直接的流域气候指标证据。本文对青藏高原东北缘的黄河二级支流—大通河下游河谷进行了详细的野外考察,发现下游的连城-享堂盆地共发育7级阶地。选取其中两个阶地剖面通过
学位
水体中抗生素类污染物控制是当前环境领域的研究热点。基于过硫酸盐的高级氧化技术可以广泛高效去除水体中抗生素等难降解有机污染物。催化剂是影响过硫酸盐催化氧化效率的关键因素。研制和应用高活性与易回收的催化剂具有重要意义。本论文优选比表面积大、结构易调控的金属有机框架(MOFs)材料作为前驱体,分别通过合成前修饰以及合成后优化两种改性路线,系统调控关键参数,制备出双金属有机框架衍生催化剂,剖析了两类具有高
学位
近十几年来,智能化电子设备得到了广泛的普及并显著改善了人们的生活。在此基础上,人们对电子元器件功能化和最小化的需求不断提高,即在尺寸相同的芯片中,集成更多器件的同时实现更强大的功能。虽然半导体信息产业迅速发展,但是电子元器件的微缩仍然面临着越来越大的挑战,而器件最小化极限的到来终将意味着“摩尔定律”的结束。当前,半导体技术的进一步发展集中于新功能、新结构、新原理器件的研发。其中最重要的研究思路之一
学位
(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BCT-BZT)无铅陶瓷为四方相和三方相共存的准同型相界结构(MPB),具有优异的铁电、压电性能,有望替代传统的含铅陶瓷。利用MPB结构对外场的敏感性,通过在材料中引入磁性单元更易获得磁和电之间有明显耦合的多铁性材料。同时,电卡制冷是一种无污染、高效率的制冷技术,有望替代传统的压缩制冷。室温下BCT-BZT存在多种极化畴,易于对外
学位
近年来,化学品合成和使用的数量急剧增加,它们通过各种途径进入到水环境中,导致内分泌干扰效应在全球均有一定的检出,因此,急需鉴别造成内分泌干扰效应的主要致毒物质。在内分泌干扰效应中,相比于雌激素效应,雄激素效应的研究相对较少,而雄激素活性物质的作用模式也比较复杂,可能具备拟性又可能产生抗性,还有可能兼具拟性和抗性。已有的研究已经证实造成拟雄激素活性的化合物大多为天然和人工合成的甾体化合物,而对于抗雄
学位
通勤是居民居住地与就业地分离而产生的空间移动现象,是居民日常生活的重要组成部分,也是城市交通等领域长期以来关注的热点问题。随着我国城市规模与机动化水平的迅速增长,城市居民通勤模式也发生了相应变化,小汽车逐渐成为居民日常出行的重要交通方式。而小汽车出行比例上升造成城市交通拥堵、环境污染等一系列问题。因此,近年来低碳交通成为城市可持续交通发展的重点,同时城市居民对交通出行中的健康与环境问题也日益关注,
学位
用户数量的增加和需求的多变给传统的单体架构带来了巨大的冲击。在这样的冲击下,微服务作为一种新的架构模式被提出。微服务架构通过将单一的系统拆分成多个小而自治的服务来实现系统的独立开发、部署和伸缩,但不合适的微服务拆分反而会对质量属性产生负面影响,如性能和可维护性等。针对单体系统向微服务迁移过程中的服务拆分问题,目前已有一些相关研究,但仍然缺乏自动化、一体化的解决方案,以高效支持微服务的拆分以及所拆分
学位