论文部分内容阅读
独特或异常的蛋白质表达通常表示着某些疾病的发生。然而,有重要临床价值和生物学意义的蛋白质,比如蛋白类癌症相关标志物和蛋白类激素等,其通常表达丰度极低且伴随着复杂样品基质的干扰。因此,高特异性和高灵敏的蛋白质分析常常是挑战性的任务。蛋白质分析的传统方法主要是基于抗体对抗原的识别作用。然而,抗体具有制备困难和稳定性差等缺点。因此,开发稳定、易制备和价格低廉的抗体模拟物,以实现蛋白质的高灵敏和高特异性的可靠检测具有重要意义。分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs),一种抗体模拟物,存在与模板分子的尺寸、功能和形状互补的印迹腔,由于其识别高特异性、结构可预测性,耐用性、便宜性、简单性和应用通用性而广泛应用于各个领域,包括成像、传感、治疗和分离等。近年来,已有多种分子印迹技术用于蛋白质的印迹,比如本课题组开发的硼亲和糖链可控定向表面印迹法和硼亲和锚定表位可控定向表面印迹法,成功制备出用于特异性识别糖蛋白和非糖蛋白的MIPs。表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术大大增强了拉曼光谱的灵敏度,并且继承拉曼光谱包含分子指纹信息、响应时间短和光谱分辨率高的优点。其作为一种超灵敏定量分析技术,广泛用于检测蛋白质、小分子和核酸。SERS检测可以分为直接检测和间接检测。对于复杂体系下的直接SERS检测而言,一方面因所得光谱太复杂而无法定性分析,另一方面因干扰严重而难以定量分析。对于间接检测而言,尽管通过引入能特异性识别目标物的配体可实现拉曼光谱的特异性的提升,但是所得光谱显示的并不是目标物的指纹信息。同时,不管是直接检测还是间接检测,SERS活性基质上热点分布的不均匀和微环境的影响,均会导致测量重现性差。在复杂体系下,同时实现含目标物的指纹信息的光谱的高特异性和高重现性,以实现SERS的可靠的定量分析仍是艰巨的任务。基于MIPs的高特异性和SERS技术的高灵敏度,目前已报道了相关的基于MIPs的蛋白质SERS检测技术,例如,通过结合聚糖印迹探针和表位印迹萃取基底所构建的等离激元免疫夹心法(plasmonic immunosandwich assay,PISA),成功应用于血清中糖蛋白癌胚抗原的检测。然而,并不是所有的糖蛋白都只有N-糖或者O-糖,很多糖蛋白既包含N-糖又包含O-糖。对于同时含有N-和O-糖的糖蛋白而言,由于N-和O-糖的糖链长度相差较大,聚糖印迹探针很难同时兼顾两者的识别,导致并不能完全标记糖蛋白的N-和O-糖,从而影响检测的灵敏度,尤其是对于O-糖含量很高的糖蛋白而言,影响很大。因此,制备同时兼顾识别糖蛋白N-和O-糖的MIPs以保证专一性的同时实现高灵敏糖蛋白检测具有重要意义。基于以上分析,本论文的工作从以下两个方面展开。一方面,将分子印迹聚合物和等离激元纳米材料相结合,我们发展出一种新颖的具有高特异性和高重现性的比例SERS蛋白质分析方法,用于复杂样品中具有拉曼活性的蛋白的定量分析。这种方法依赖于双重表位印迹的等离激元纳米粒子触发拉曼信号的“开启”和放大。细胞色素C(cytochrome c,Cyt C),一种癌症治疗预后标志物,被用作靶标来证明原理。双重表位印迹的MIPs是C和N末端表位印迹的4-巯基苯基硼酸(4-mercaptophenyl-boronic acid,MPBA)修饰的银纳米颗粒(Ag/MPBA NPs),它们是通过我们先前开发的硼亲和锚定可控定向分子印迹技术制备的。样品中目标蛋白的存在诱导两个不同的等离激元纳米颗粒的偶联,产生“热点”,从而大大增强方法的灵敏度。同时,以MPBA在1072 cm-1处的特征拉曼信号作为内标,可以校正目标物拉曼信号的波动,实现极好的重现性。此外,MIPs对目标物的双重特异性识别提高了方法的特异性。该方法具有高重现性(相对标准偏差<3.3%)、高灵敏度(检测限为80 f M)和高特异性(交叉反应性<2.5%),实现了临床血清样本中Cyt C的可靠分析。因此,该比例SERS分析法在临床诊断分析等重要领域中具有巨大的应用潜力。另一方面,为了兼顾糖蛋白的N-和O-糖的识别,我们制备了能精准识别目标糖蛋白N-和O-糖的共同部分的聚糖印迹探针,结合能识别目标糖蛋白蛋白部分的N端表位印迹萃取阵列,构建了等离激元免疫夹心法,实现目标糖蛋白的高灵敏和高专一性分析。首先,通过选取目标糖蛋白的O-糖为模板和控制印迹层厚度来合成同时能识别目标糖蛋白的N-和O-糖的聚糖印迹银基拉曼探针。该探针相比于只能标记目标糖蛋白的N-或O-糖的探针而言,能尽可能多的标记目标糖蛋白,从而提高方法的灵敏度。其次,表位印迹Au NPs自组装单分子层萃取基底和聚糖印迹银基拉曼探针对目标糖蛋白的双重特异性识别,提高了方法的特异性。最终,我们实现了人尿液中促红细胞生成素(erythropoietin,EPO)的高灵敏(定量限为29 f M)、高特异性(交叉反应性<5%)和快速(30 min内)分析。因此,此方法对于含N-和O-糖的糖蛋白的分析有很大的应用潜力。