基于纳米颗粒的生物分子传感新方法

【立论依据】 通过在微米结构中堆积纳米颗粒形成的纳流体晶体具有单根纳米通道的电动力学特性,即低离子浓度溶液中,通过晶体的电导与颗粒表面的电荷密度成正比而与溶液中的离子浓度无关。蛋白质和核酸分子都是带有极性的生物大分子,在结合到纳米颗粒表面的时候会改变纳米颗粒表面的电荷密度。通过纳流体晶体的理论电动力学模型可以测量生物大分子的浓度。另外,核酸适配体是一种能和特定蛋白实现特异性结合的核酸片段,适配体本身除了可以结合特定蛋白分子之外,还能提升纳米颗粒表面的电荷密度改变量。 【设计思路】 (1)以人α-凝血酶分子作为模型蛋白,通过在纳米颗粒的表面修饰特异性的α-凝血酶核酸适配体探针,然后在微米孔芯片中堆积成纳流体晶体,通过电泳的形式让含有低浓度凝血酶分子的待测溶液通过纳流体晶体通道,通过适配体结合分子后造成纳米颗粒表面电荷密度改变,通过计算改变量,进而实现对α-凝血酶浓度的检测。(2)为了进一步提高灵敏度,利用“适配体1-凝血酶-适配体2”的类三明治结构,即在原来的基础之上,将待测的α-凝血酶分子结合上适配体-2,然后通过纳流体晶体。因为结合上核酸适配体-2之后,蛋白的带电量增加,结合在纳米颗粒表面之后使得颗粒表面的电荷密度变化更加明显,理论上的检测灵敏度会增加。此外,核酸适配体-2与适配体-1在α-凝血酶上结合位点不一样,因此互不影响。进样方式依然采用电泳方式。 【实验内容】 (1)在纳米颗粒表面结合α-凝血酶适配体探针;(2)利用上述纳米颗粒构建纳流体晶体;(2)通过电泳使待测凝血酶溶液通过晶体通道,并检测电导变化;(3)在凝血酶上结合特异性适配体,通过电泳加样,再次检测电导变化。 【材料】 人α-凝血酶溶液,特异性α-凝血酶适配体探针1和2,纳米颗粒溶液,电导检测电极 【可行性】 (1)通过晶体的电导与颗粒表面的电荷密度成正比而与溶液中的离子浓度无关的特性在生物传感器方面理论上已经完全成熟,基于此原理的纳流体传感器也已初步实现。(2)核酸适配体探针的特性研究已经相对透彻。 【创新性】 本实验首次设计出“适配体1-蛋白-适配体2”的三明治结构并应用于传感器中,相比较于“适配体-蛋白”传感器极大提升了传感器检测的灵敏度。