基于酶动力学调控技术在金纳米传感器的制备和应用
Application and Preparation of Au Nanosensor Based on Enzyme Kinetic Regulation Technology
目的采用电沉积法,利用不同环境条件制备簇状金纳米结构,跨尺度增大金纳米材料有效反应表面积,精确调控纳米材料传感界面的生物分子识别效率,灵敏检测microRNA21的高表达,为实现精准快速检测microRNA21在胃癌组织中的异常表达提供方法,为实现精准快速检测生物分子、外泌体、血清等临床目标提供参考.方法在丝网印刷电极上沉积4层聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯亚胺(PEI),通过(i)对电极施加-0.8V至-0.1V的电压;(ii)滴加0.1mg/ml至1mg/ml的氯金酸(HAuCl4);(iii)将HAuCl4的沉积时间调整为60s-1800s,以印刷碳电极为载体,在电极表面调控出不同形态的金纳米结构,选择其中最检测反应最灵敏的金纳米结构,在印刷碳电极上构建高性能的跨尺度生物传感界面SPCE-AuNSs.将实验分为E1和E0组,分别用SPCE-AuNSs和传统平滑金电极界面组装0.5μM末端标记亚甲基蓝(MB)的巯基DNA21,37℃反应2h,滴加脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNaseI酶)反应液,37℃反应0.5h,用方波伏安法(SWV)计算DNase I酶切割单链DNA21-MB的效率.用SPCE-AuNSs组装0.5μM末端标记亚甲基蓝(MB)的巯基DNA21,在含有0.2 U/mL双链特异性核酸酶(DSN酶)和MicroRNA21的杂交液中捕获目标MicroRNA21,50℃反应1h,计算DSN酶切割双链DNA21/MicroRNA21的效率.结果1.在SPCE上沉积PAA/PEI:未沉积PAA/PEI的SPCE构建出的SPCE-AuNSs界面结构极易被纯水冲落,在SPCE上覆盖6层PAA/PEI后,构建的金纳米结构稳定性大幅度增强,不易被纯水冲落.2.构建金纳米结构的电压调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构变化为刺状球形→分层花形→聚枝状结构.最佳反应电压为-0.3V.3.构建金纳米结构的HAuCl4浓度调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构从分层花形向纳米微球形态过渡.最佳HAuCl4沉积浓度为0.3mg/ml.4.构建金纳米结构的反应时间调控:沉积在SPCE表面的金纳米结构直径从最初的约1.0μm变为约10μm.同时,这些金纳米结构在整个沉积过程中保留了完整的纳米结构臂和分支.最佳反应时间为1200s.5.增强界面酶动力学:SPCE传感器的DNA21/DNaseI酶反应效率为90%,而传统金电极传感器的DNA21/DNaseI酶反应效率仅为50%(P<0.05).6.SPCE传感器的灵敏度和特异性:经反应和计算,SPCE传感器的检测限低至10aM水平.0.5μM DNA21-MB与100fM MicroRNA21/DSN(0.2 U mL-1)的反应信号比与单个、两个和多个碱基错配的MicroRNA/DSN(0.2 U mL-1)的反应信号高20%(P<0.05).结论1.采用电沉积方法在SPCE表面制备出了簇状金纳米结构,大幅增加SPCE沉积金的表面积,加强了Au和DNA巯基的反应强度,通过计算DNA捕获探针的组装密度精确调控了电化学传感界面生物分子识别效率.2.SPCE-AuNSs纳米传感界面提供了相对较高的探针密度和绝对分子数,展现出良好的空间效应,很大程度上改善了分子间碰撞可能性,增强了界面酶动力学.
- 作者：
- 李一龙
- 学位授予单位：
- 湖北科技学院
- 专业名称：
- 临床药学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 闵清；夏松柏
- 中图分类号：
- TP212.3；R446.1
- 关键词：
- 电化学传感器；金纳米结构；MicroRNA；蛋白质-DNA相互作用；酶动力学
- Electrochemical sensor; Gold nanostructure; MicroRNA; Protein-DNA interaction; Enzyme kinetics;