一种基于SERS光谱技术的白血病融合基因检测方法转让专利
申请号 : CN201911051406.1
文献号 : CN110736731B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 冯尚源 , 王运燚 , 贾香港 , 林学亮 , 许云超
申请人 : 福建师范大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于SERS光谱技术的白血病融合基因检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)制备SERS基底
1‑1)合成表面带负电的AgNPs:利用还原剂柠檬酸钠还原硝酸银合成胶体银:将AgNO3溶液在剧烈搅拌下加热煮沸沸腾后加入柠檬酸钠;保持液体沸腾持续加热搅动60分钟,颜色变成黄绿色;
1‑2)制备表面羟基化的二氧化硅片:将二氧化硅片裁剪成4mm×4mm的大小,然后分别在丙酮、乙醇和超纯水中各超声10分钟;取出干燥后,将二氧化硅片浸泡在新鲜配制的食人鱼溶液中加热,冷却后,用超纯水清洗,放置晾干,即完成二氧化硅片的表面羟基化;
1‑3)完成硅烷偶联剂氨基基团的质子化:取硅烷偶联剂分散在乙醇中,然后将表面羟基化的二氧化硅片浸泡在该溶液,取出后用大量水清洗取出未修饰上的硅烷偶联剂,将上述二氧化硅片晾干后放入超纯水中浸泡,即可完成硅烷偶联剂氨基基团的质子化;
1‑4)组装基底:取步骤1‑1)中新合成表面带负电的银纳米粒子,将质子化后的二氧化硅片浸泡在里面,取出用超纯水清洗,即可得到SERS基底;
2)合成表面带正电的AgNPS
取AgNO3溶液90ml,放入到锥形瓶中搅拌;分别取盐酸羟胺和氢氧化钠混合后迅速加入到AgNO3溶液中,锥形瓶中溶液由无色变为灰色;
3)SERS检测传感器的组装
3‑1)将信号序列和捕获序列分别与表面带正电的AgNPs和SERS基底特异性结合,具体如下:分别取捕获序列和信号序列放入到TCEP溶液和Tris‑HCl缓冲液的混合溶液中来活化巯基;反应1小时后,用捕获序列溶液浸泡二氧化硅SERS基底,将信号序列溶液与一定量带正电AgNPs混合,同时在室温下静置过夜,再分别加入6‑巯基‑1‑己醇反应,然后用大量水分别清洗除去未特异性结合的序列,即完成巯基的修饰;
3‑2)完成SERS检测传感器的组装:将修饰有信号序列的带正电AgNPs溶液加入到二氧化硅SERS基底中,加入不同浓度的目标序列,反应后,清洗二氧化硅SERS基底,常温干燥后为接下来的SERS测量做准备;
捕获序列、信号序列和目标序列的碱基序列如下:捕获序列:
5’‑SH‑TTTTTCCCAACCCAACCCTCCTTGGAGTTCCAACGAGCGGCTTCACTCAGACCCTGAGGCTCAAAGTCAGATGCTACTGGCCGCTGAAGGGCTT‑3’;
(2)信号序列:5’‑ Cy5‑TTGAACTCTGCTTAAATC‑SH‑3’;(3)目标序列:
GATTTAAGCAGAGTTCAA融合点AAGCCCTTCAGCGGCCAGTAGCATCTGACTTTGAGCCTCAGGGTCTGAGTGAAGCCGCTCGTTGGAACTCCAAGGAGGGTTGGGTTGGGAAAAA。
2.根据权利要求1所述的一种基于SERS光谱技术的白血病融合基因检测方法,其特征在于:
1)制备SERS基底
1‑1)合成表面带负电的AgNPs:利用还原剂柠檬酸钠还原硝酸银合成胶体银:将体积为
100mL,浓度是1mM的AgNO3溶液在剧烈搅拌下加热煮沸沸腾后加入3mL的质量分数为1%柠檬酸钠;保持液体沸腾持续加热搅动60分钟,颜色变成黄绿色;
1‑2)制备表面羟基化的二氧化硅片:将二氧化硅片裁剪成4mm×4mm的大小,然后分别在丙酮、乙醇和超纯水中各超声10分钟;取出干燥后,将二氧化硅片浸泡在新鲜配制的食人鱼溶液中,并加热到150℃保持30分钟;冷却后,用超纯水清洗,放置晾干,即完成二氧化硅片的表面羟基化;
所述食人鱼溶液为浓硫酸和30%过氧化氢的7:3比例下的混合液;
1‑3)完成硅烷偶联剂氨基基团的质子化:取150μL硅烷偶联剂分散在150mL的乙醇中,然后将表面羟基化的二氧化硅片浸泡在该溶液中12h,取出后用大量水清洗取出未修饰上的硅烷偶联剂;将上述二氧化硅片晾干后放入超纯水中浸泡8h,即可完成硅烷偶联剂氨基基团的质子化;
1‑4)制备基底:取步骤1)新合成的银纳米粒子370μL,将质子化后的二氧化硅片浸泡在里面4h,取出用超纯水清洗,即可得到SERS基底;
2)合成表面带正电的AgNPS
‑3 ‑2
取浓度为1.1×10 mol/L的AgNO3溶液90ml,放入到锥形瓶中搅拌;分别取6×10 mol/L盐酸羟胺5ml,0.1mol/L氢氧化钠4.5ml,两者混合后迅速加入到90ml AgNO3溶液中,锥形瓶中溶液由无色变为灰色;
3)SERS检测传感器的组装
3‑1)分别取20μL 1 μM的捕获序列和20 μL 1μM 信号序列放入到20μL的5mM的TCEP溶液和50μL 1M ,pH=7 .4的Tris‑HCl缓冲液的混合溶液中来活化巯基;反应1小时后,用捕获序列溶液浸泡二氧化硅SERS基底,将信号序列溶液与带正电AgNPs混合,同时在室温下静置过夜,再分别加入20μL 1 μM 6‑巯基‑1‑己醇反应3h,然后用大量水分别清洗除去未特异性结合的序列,即完成巯基的修饰;
3‑2)将修饰有信号序列的带正电AgNPs溶液加入到二氧化硅SERS基底中,加入不同浓度的目标序列,反应4h后,清洗二氧化硅SERS基底,常温干燥后为接下来的SERS测量做准备。
说明书 :
一种基于SERS光谱技术的白血病融合基因检测方法
技术领域
背景技术
排名第一。目前,医学上根据白血病细胞分化程度分为急性和慢性白血病。慢性髓系白血病
(CML)是慢性白血病的一种,它的病理形成机制是位于人体第9号和第22号染色体长臂之间
的Philadelphi染色体发生易位。具体的分子机制是位于正常人体的9号染色体长臂的ABL
基因和位于正常人体的22号染色体BCR基因在染色体易位后发生重组产生BCR‑ABL融合基
因。其中,ABL基因,也被称为ABL1基因,是一种原癌基因,在肿瘤细胞中会和多种基因产生
融合,其中和BCR基因融合是最常见的一种。它编码的酪氨酸激酶类蛋白分布在细胞核和细
胞质中,这类蛋白与细胞的分化、分裂和信息传递等紧密相关。ABL基因编码的蛋白具有特
殊的激酶活性,结合外界因素诱导细胞发生代谢紊乱进而发展成癌症。BCR基因编码丝氨
酸/苏氨酸激酶类似物。BCR基因和ABL基因融合后形成的融合基因所表达的产物有很强的
酪氨酸激酶活性,该融合基因能够使细胞的相关蛋白质酪氨酸磷酸化程度发生变化,同时
构成细胞骨架的微丝肌动蛋白性能也会发生变化,细胞内的信号传递也会受到干扰,同时
细胞凋亡受到抑制,细胞周期发生变化,细胞分裂变强,细胞的存活时间变长。数据显示,超
过90%的慢性髓系白血病的血细胞中都有BCR‑ABL融合基因的存在,因此,BCR‑ABL融合基因
可以作为临床上的对慢性髓系白血病的诊断标准。目前临床上检测BCR‑ABL融合基因的方
法包括染色体检测、荧光原位杂交 (FISH) 技术、实时定量RT‑PCR技术、巢式RT‑PCR和基因
芯片技术等,但是这些技术方法受限于灵敏度低、消耗时间长、需要较高的操作要求以及容
易出现假阳性结果等原因。
害低,耗时短、操作简便且携带方便。目前,SERS已经广泛应用于疾病诊断、毒品检测、食品
安全、材料表征等领域。我们小组最近也在SERS光谱疾病诊断方面做了许多研究工作。通常
认为,SERS对待测物的信号增强机制来源于物理增强和化学增强,且物理增强贡献绝大部
分。贵金属纳米材料因为具有表面等离激元共振效应而常常作为SERS信号增强基底,其中
银纳米材料的等离激元共振效应较强且在实际应用中较多。研究发现,SERS效应最强的位
置位于纳米颗粒之间的间隙,称为“热点”。合理的利用和构筑“热点”是当前SERS研究的前
沿问题,也是推进SERS在更多领域应用的基础。一般认为,纳米材料对SERS信号增强效果的
影响主要通过以下几个方面:颗粒的尺寸、形貌、分散性、均匀性以及与待测物的结合方式
等。因此,一种易制得的、重现性好、灵敏度高、稳定性强和经济的SERS基底一直是从事SERS
研究人员所追求的目标,同时也是阻碍推广到更多领域应用所面临的关键问题。
发明内容
基化的二氧化硅片,然后将硅片放入水中质子化,再将带负电的AgNPs组装在二氧化硅片
上。接着,再合成带正电的AgNPs,将与BCR‑ABL融合基因的互补序列两段分别组装在二氧化
硅片SERS基底上和带正电的AgNPs,组装在带正电的AgNPs的DNA片段修饰有Cy5拉曼标记分
子。当目标序列BCR‑ABL融合基因出现时,拉曼标记分子Cy5刚好位于两个银纳米球形成的
“热点”位置,设置不同浓度的BCR‑ABL融合基因(b3a2)标样,根据拉曼标记分子Cy5的SERS
光谱强度变化可以实现BCR‑ABL融合基因(b3a2)的高灵敏定量检测。
柠檬酸钠。保持液体沸腾持续加热搅动60分钟,颜色变成黄绿色
食人鱼溶液(浓硫酸和30%过氧化氢的7:3比例下的混合液)中,并加热到150℃保持30分钟。
冷却后,用超纯水清洗,放置晾干,即完成二氧化硅片的表面羟基化。
上的硅烷偶联剂。将上述二氧化硅片晾干后放入超纯水中浸泡8h,即可完成硅烷偶联剂氨
基基团的质子化。
mol/L盐酸羟胺5ml,0.1mol/L氢氧化钠4.5ml,两者混合后迅速加入到90mlAgNO3溶液中,锥
形瓶中溶液由无色变为灰色。
获序列溶液浸泡二氧化硅SERS基底,将信号序列溶液与一定量带正电AgNPs混合,同时在室
温下静置过夜,再分别加入20μL 1 μM 6‑巯基‑1‑己醇反应3h,然后用大量水分别清洗除去
未特异性结合的序列,即完成巯基的修饰。
准备。
融合基因(b3a2)的生物传感器。利用硅烷偶联剂修饰二氧化硅片,并使其质子化,吸附合成
的带负电的银纳米粒子,最终通过银和氨基行成化学键牢固组装在二氧化硅片上构建二维
SERS基底。将信号链和捕获链分别修饰在带正电的AgNPs和SERS基底上,加入带有Cy5拉曼
标记分子的信号链后,三段链结合在一起形成一个SERS检测传感器,通过检测Cy5的拉曼光
谱信号实现对BCR‑ABL融合基因(b3a2)定量检测。同时,DNA的互补配可以将带正电的AgNPs
与SERS基底上的AgNPs耦合起来与Cy5拉曼标记分子形成类似三明治结构纳米间隙,构筑具
有极强SERS效应的“热点”结构,使等离激元共振的效果显著增强,进而使处于热点结构中
的标记分子拉曼信号获得巨大增强,最终得到高灵敏SERS光谱检测结果。
附图说明
电的AgNPs的TEM图谱。
谱,(B)为点滴法检测测R6GSERS光谱611 cm 峰值强度变化,(C)浸泡法检测测R6G SERS光
‑1
谱611 cm 峰值强度变化。
具体实施方式
技有限公司,二水合柠檬酸三钠(Na3C6H5O7.2H2O)、氢氧化钠(NaOH)、30%过氧化氢(H202)购
于西陇科学股份有限公司,4‑氨基苯硫酚(4‑ATP)、三(2‑羧乙基)膦(TCEP)、三羟甲基氨基
甲烷(Tris)购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司,6‑巯基‑1‑己醇(MCH)购于百灵威科技
有限公司,罗丹明6G(R6G)购买于Sigma公司,二氧化硅片购于江苏飞舟玻塑有限公司,本实
验用到的DNA序列购于上海生工生物工程股份有限公司。所有试剂都为分析级,未进一步纯
化。
1982, 86(17): 3391‑3395.)等制备胶体银的方法,利用还原剂柠檬酸钠还原硝酸银合成
胶体银。本发明体积为100mL,浓度是1mM的AgNO3溶液在剧烈搅拌下加热煮沸沸腾后加入
3mL的质量分数为1%柠檬酸钠。保持液体沸腾持续加热搅动60分钟,颜色变成黄绿色。
氢的7:3比例下的混合液)中,并加热到150℃保持30分钟。冷却后,用超纯水清洗,放置晾
干,即完成二氧化硅片的表面羟基化。
硅烷偶联剂。
在里面4h,取出用超纯水清洗。
mol/L盐酸羟胺5ml,0.1mol/L氢氧化钠4.5ml,两者混合后迅速加入到90mlAgNO3溶液中,锥
形瓶中溶液由无色变为灰色。
氧化硅SERS基底,将信号序列溶液与500μL带正电AgNPs混合,同时在室温下静置过夜。
‑6 ‑12
硅SERS基底中,加入不同浓度的目标序列(10 到10 七个浓度梯度的BCR‑ABL融合基因
(b3a2)的标样),反应4h后,清洗二氧化硅SERS基底,常温干燥后进行拉曼光谱检测。所用拉
曼光谱仪为Renishaw inVia Raman microscope (Renishaw plc, UK),激光是波长为
785nm半导体激光器。
412nm,而带正电的AgNPs的离激元共振峰的位置在423nm。从TEM图中可以看到,带负电的
AgNPs平均粒径在77±5nm(图2B),带正电AgNPs平均粒径在27±10nm(图2C)。
效率。从图3中可以看出,带负电的AgNPs均匀的组装在二氧化硅片上,由于带负电的AgNPs
之间相互排斥,粒子间分散排列,保持着一定的间距,粒子聚集较少,同时整个二氧化硅片
上粒子组装的密度大。
‑6
泡和点滴两种方法检测10 mol/L的R6G,最后R6G溶液SERS光谱检测的结果如图4所示。图4
(A)中,黑色曲线是点滴的方法得到的SERS光谱,红色曲线是浸泡的方法得到的R6G溶液
SERS光谱,每个光谱是取自十个随机点的平均值。图4(B)是点滴法中随机取十个点R6G溶液
‑1
SERS光谱对应的611cm 峰值强度变化,图4(C)是浸泡法中随机取十个点R6G溶液SERS光谱
‑1 ‑1
对应的611 cm 峰值强度变化情况,其中611cm 峰值可归属为C‑C‑C环的面内弯曲振动模
型。综合图4 中的三张数据图,虽然点滴法的谱峰强度更强,但是从相对标准偏差(RSD)上
分析,滴法受到“咖啡环”效应的影响较大,而浸泡法受到“咖啡环”效应的影响较小。所以本
研究后续数据采用的都是浸泡法。同时,RSD数据上也验证了本研究中SERS基底较好的均匀
性和重现性。
ABL融合基因(b3a2)的SERS光谱定量检测,得到结果如图5所示。选取691cm 波数位置的
Cy5SERS光谱特征峰与目标链浓度进行线性拟合,得到拉曼信号强度I与目标链浓度的对数
Lg(C‑Target)之间的线性关系:
到42.28fM,而据报道称实时荧光定量PCR检测方法的检测限为10 10 M,相比较下我们
~
的方法检测限提高了8个数量级。所以本方法可以实现BCR‑ABL融合基因(b3a2)超灵敏SERS
光谱检测。