基于多肽传感器对胰凝乳蛋白酶高灵敏检测的研究

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胰凝乳蛋白酶(Chymotrypsin)是一种典型的丝氨酸蛋白酶,脊椎动物的消化酶,参与许多生物过程并在各种人类疾病中起重要作用。患纤维囊性疾病的新生儿脐血中胰凝乳蛋白酶的水平是健康新生儿的2.27.5倍,成年急性胰腺炎患者的胰凝乳蛋白酶含量可达正常参考值的35倍,所以其可靠且灵敏的测量方法对于胰腺功能测试十分重要。多肽具有与蛋白质相同的化学本质,且易于修饰,具有稳定性、特异性、多功能性等特点,在生物传感器检测方面是理想的研究对象。本研究通过构建光学生物传感器来检测胰凝乳蛋白酶,从而实现对胰凝乳蛋白酶的高灵敏检测。(1)基于石墨烯氧化物(GO)和金纳米粒子(Au NPs)共价结合多肽序列检测胰凝乳蛋白酶。金纳米粒子与多肽一端的巯基共价结合,加入GO后,复合物吸附到GO表面,经荧光共振能量转移原理(FRET)淬灭多肽一端芘的荧光。加入胰凝乳蛋白酶切割多肽特定位点,荧光恢复。通过加入NaBr,去除了吸附在Au NPs表面的多肽,使得Au NPs与巯基结合更快、更稳定,加强了体系的稳定性,提高了检测的灵敏度,检测极限分别为10.669 pg/mL和7.394 pg/mL。(2)基于巯基修饰的石墨烯氧化物(GO)和金纳米粒子(Au NPs)结合多肽序列检测胰凝乳蛋白酶。GO-NH2经硫醇化修饰合成GO-SH纳米材料,加入Au NPs后二者共价结合形成Au-S键,加入多肽序列后,多肽一端的巯基与Au NPs结合,吸光度发生变化。再加入胰凝乳蛋白酶后,多肽被切割,脱离了GO表面,吸光度发生变化,检测极限达到1.428 pg/mL。然后加入功能性的多肽优化实验,该多肽能够抵抗带电蛋白在生物传感界面上的非特异性吸附,提高了检测的灵敏性,检测极限降低至0.254 pg/mL。(3)基于金纳米团簇(Au NCs)标记的多肽序列和NHS修饰的石墨烯氧化物检测胰凝乳蛋白酶。多肽一端的巯基通过共价结合与Au NCs连接,使多肽带有荧光。NHS-PEG4-DBCO材料和GO-N3发生click反应制成GO-NHS材料,可用于荧光淬灭,多肽另一端的氨基基团可与GO-NHS共价结合,致使荧光被淬灭。加入胰凝乳蛋白酶后,多肽链被特异性切割,使荧光远离GO-NHS表面,荧光得到恢复,检测极限可达到2.014 pg/mL。(4)基于铜纳米团簇(Cu NCs)标记的多肽和复合纳米材料(PCN@GO@Au NPs和PCN@Au NPs)检测胰凝乳蛋白酶。该多肽包含功能性的多肽和胰凝乳蛋白酶特异性切割肽,其氨基一端通过NHS/EDC作用共价结合上自制的Cu NCs,多肽另一端的巯基基团可与新型复合纳米材料共价结合,经FRET作用荧光被淬灭,加入胰凝乳蛋白酶,切割多肽链特异性位点,使发光一端远离复合纳米材料的表面,荧光得到恢复。使用PCN@GO@Au NPs的传感器检测极限明显低于使用PCN@Au NPs复合纳米材料的传感器,由9.574 pg/mL降低到3.913 pg/mL。该方法去除了非特异性吸附,为基于复合纳米材料检测胰凝乳蛋白酶提供了实验和理论基础。本研究发展了几种检测胰凝乳蛋白酶的光学生物传感器,实现了对胰凝乳蛋白酶的高灵敏检测。
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