基于双重分子印迹的电化学传感技术在外泌体检测中的应用研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhcguopdf
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人体通过细胞间通讯进行各项生理活动。除细胞间直接接触和分泌小分子传递信息外,还存在第三种细胞间通讯方式——即细胞向胞外释放一种称之为外泌体的转运载体。外泌体与细胞具有类似的磷脂膜结构,携带含母细胞信息的核酸和蛋白质,表面糖基化的磷脂和糖蛋白参与重要生理过程,其组分的改变与许多疾病的发生密切相关。目前医用确诊癌症方法为组织切片法,然而该方法只有到癌症中后期才能确诊。研究发现,外泌体直径随机分布在30-150 nm间,可在多种体液如尿液、血液、乳汁、唾液中稳定存在,来自癌细胞的外泌体尺寸偏大,在体液中浓度较高,利用外泌体可实现癌症早期诊断。因此,对外泌体的粒径分布和浓度分析对于快速、简便的疾病早期诊断具有重要意义。目前已经发展的用于外泌体的粒径分布(PSD)和定量分析的技术或者需要昂贵仪器,或者需要复杂的操作技巧,或者依赖于昂贵的抗体,化学和热稳定性不足。分子印迹技术是一种制备对目标物具有识别特性和受体特性的高分子聚合物的技术。通过印迹聚合物膜上与模板分子在形状和尺寸上匹配的印迹空腔特异性捕获目标。分子印迹聚合物选择性好、化学稳定性强、热稳定好、成本低廉,有机分子、核酸、蛋白质、细胞等均可作为模板,应用范围广。然而,对于结构复杂的细胞、病毒、细胞外囊泡等物质,由于存在大量尺寸和形状相近的干扰物,只有依赖表面蛋白质等生物大分子形成的表面细微结构才能将其区分开来。为此我们提出了一种具有形貌(包括形状和表面细微结构)和尺寸双重识别作用的双重分子印迹技术,并探讨了其用于分析外泌体PSD和浓度的可能性。(1)通过在50 nm、100 nm、150 nm的二氧化硅纳米粒子(SiO2 NPs)表面负载辣根过氧化物酶(HRP)糖蛋白构建模拟外泌体(SiO2@HRP NPs),并将其以5.00%:42.50%:52.50%的比例混合。在银纳米颗粒功能化的SiO2(SiO2@Ag)上引入巯基苯硼酸(MPBA)得到SiO2@Ag/MPBA信号放大探针。接着分别以50 nm、100 nm、150 nm的SiO2@HRP为模板制备依靠SiO2 NPs尺寸和HRP形貌识别作用的双重分子印迹聚合物膜(简称DIP-50、DIP-100、DIP-150),分别测定了印迹膜对相应尺寸SiO2@HRP的分析性能,相关的拟合线性校准曲线为ΔI50=-1.52+0.50×lgc50(2.89×104-2.89×109个/mL)、ΔI100=-1.61+0.48×lgc100(2.89×104-2.89×109个/mL)、ΔI150=-1.54+0.49×lgc150(5.75×104-5.75×109个/mL),检测限分别为1.44×103个/mL,5.68×102个/mL和7.70×102个/mL。使用DIP-50、DIP-100和DIP-150分析混合的SiO2@HRP,得到PSD为50 nm:100 nm:150 nm=5.00%:42.50%:52.50%,与真实PSD分布相近。依靠尺寸和形貌双重识别作用,传感器的选择性好、灵敏度高,有希望能用于外泌体的PSD分析。(2)使用模拟外泌体探究了具有多种尺寸的印迹空腔的双重分子印迹传感技术定量混合尺寸纳米粒子的数量的能力,发现双重识别功能的印迹聚合物(DIP)在定量混合尺寸纳米粒子上表现良好。直接以外泌体为模板,使用生物相容性好的甲基丙烯酸(MAA)和4-乙烯基苯硼酸(VPBA)单体制备具备形貌和尺寸双重识别功能的印迹聚合物。该DIP膜可灵敏分析外泌体,在1.20×103-1.20×108个/mL范围内响应电流与外泌体浓度对数呈线性相关,检测限低至140个/mL。良好的分析性能为其用于临床诊断提供了广阔的应用前景。
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