一种用于电化学检测HER2的生物传感器及其构建方法与流程

本发明涉及一种生物传感器，具体涉及一种用于人类表皮因子受体-2(HER2)浓度检测的生物传感器，特别涉及一种适用于电化学检测HER2浓度的HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构的生物传感器的构建方法；属于生物传感技术领域。

背景技术：

人类表皮因子生长受体-2(HER2)是一种具有络氨酸酶活性的跨膜蛋白。HER2过表达或扩增会表现出特殊的生物学行为，是乳腺癌的特异性标志物，是一种重要的乳腺癌预后判断因子。

HER-2基因过度表达可导致细胞过度增殖和表型恶性转化，它与乳腺癌的转移预后都有密切关系,同时在乳腺癌的分子靶向治疗和术后新辅助治疗方面也有很大的应用前景。传统的检测HER2浓度的方法主要有免疫组织化学法、荧光原位杂交法、酶联免疫法等。这些方法虽然检测结果可靠，但存在组织处理方法和固定时间不易控制、成本高等缺点，有一定的局限性。

技术实现要素：

针对现有的通过化学法、荧光原位杂交法、酶联免疫法等检测HER2存在的不足，本发明的目的是在于提供一种选择性好、灵敏度高、检测限低、检测范围宽的可用于电化学检测HER2浓度的HER2生物传感器。

本发明的另一个目的是在于提供一种简单、低成本的构建用于电化学检测HER2浓度的HER2生物传感器的方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种用于电化学检测HER2的生物传感器的构建方法，其包括以下步骤：

1)将HER2多肽修饰到金电极表面后，采用巯基己醇对所述金电极表面进行封闭，得到HER2多肽修饰电极；

2)将HER2与HER2多肽修饰电极进行HER2与HER2多肽之间的特异性结合反应，得到HER2多肽—HER2修饰电极；

3)将HER2抗体/纳米金/DNA链复合物与HER2多肽—HER2修饰电极进行HER2与HER2抗体之间的特异性结合反应，得到具有HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构的电极。

优选的方案，所述HER2多肽序列为CKLRLEWNR；

优选的方案，所述HER2抗体/纳米金/DNA链复合物中DNA链为含20个C碱基的DNA链，序列为：SH-CCCCCCCCCCCCCCCCCCCC。相对其它序列含有20个C碱基的DNA链在反应过程中产生的电流较强，更有利于电化学检测。

优选的方案，HER2抗体/纳米金/DNA链复合物通过如下方法得到：在含纳米金的溶液中加入末端巯基修饰的DNA链及HER2抗体，在室温下反应，即得。

优选的方案，所述含纳米金的溶液通过如下方法得到：将HAuCl4溶液加热到沸腾，再加入柠檬酸钠还原剂，进行还原反应，即得。较优选的方案，所述纳米金通过如下方法制备得到：通过柠檬酸钠还原HAuCl4溶液得到纳米金载体。更优选的方案，将1～1.5mM HAuCl4溶液50mL加热至100℃，迅速加入30～40mM的柠檬酸钠溶液5mL，然后将溶液在100℃下继续加入30分钟；得到的纳米金粒子粒径均匀，在20nm左右。

优选的方案，步骤2)中，特异性结合反应的条件为：温度为30～37℃，时间为1～2h。

优选的方案，步骤3)中，特异性结合反应的条件为：温度为30～37℃，时间为1～2h。

本发明还提供了一种用于电化学检测HER2的生物传感器，其由上述制备方法得到。

优选的方案，将预处理过的金电极浸没在HER2多肽溶液中过夜反应进行自组装，反应完成后用去离子水冲洗，再用氮气吹干；然后用巯基己醇封闭金电极上未结合的位点，再次清洗、吹干，即完成了HER2多肽在金电极上的自组装，其中，HER2多肽末端含巯基，通过巯基将DNA修饰至金电极上这是本领域技术人员公知的。

本发明的DNA链序列为SH-CCCCCCCCCCCCCCCCCCCC、HER2多肽及DNA链等这些序列均可以直接购买于上海生工生物工程有限公司。

本发明的生物传感器用于电化学检测的方法：在构建的生物传感器表面滴加钼酸钠溶液进行反应后(钼酸钠溶液的浓度优选为1～5mmol/L)，采用方波伏安法进行测定。通过检测一系列不同浓度的HER2，可以得到一系列列方波伏安曲线；将各方波伏安曲线中的峰电流值与对应的HER2浓度做标准曲线，再对未知浓度的HER2溶液进行检测，可以依据标准曲线，得到待测HER2溶液的浓度。所述方波伏安法的测定条件为：以0.3～0.7mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，频率为10～20Hz。

本发明构建电化学检测HER2浓度的HER2的生物传感器及检测HER2浓度的方法，包括以下步骤：

1)将能与HER2特异性结合的多肽修饰到金电极表面后，再采用巯基己醇对金电极表面进行封闭，得到HER2多肽修饰电极；

2)取一系列不同浓度的标准HER2溶液分别滴加至所述HER2多肽修饰电极的表面进行HER2与HER2多肽之间的特异性结合反应，得到一系列HER2抗体—HER2修饰电极；标准HER2溶液浓度分别为1pg/mL、5pg/mL、10pg/mL、50pg/mL、100pg/mL、500pg/mL和1ng/mL；特异性结合反应的温度为30～37℃，时间为1～2h；

3)将HER2抗体/纳米金/DNA滴加至各HER2多肽—HER2修饰电极表面进行HER2与HER2抗体之间的特异性结合反应，得到一系列含HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构的电极；特异性结合反应的温度为30～37℃，时间为1～2h；

4)向完成免疫反应的电极表面分别滴加钼酸钠溶液进行反应后，采用方波伏安法进行测定，得到一系列方波伏安曲线；

5)将各方波伏安曲线中的峰电流值与对应的HER2浓度做标准曲线；

6)取待测HER2溶液替换标准HER2溶液按2)、3)和4)的步骤进行操作，得到相应峰电流值，依据标准曲线，即得待测HER2溶液的浓度。

本发明的技术方案中，含HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA链三层夹心式结构电极与钼酸钠溶液反应生成磷钼酸盐沉淀。电极表面DNA链上的磷酸根与钼酸钠反应生成电化学活性的磷钼酸钠盐沉淀，产生氧化还原电流通过方波伏安法进行测定。

本发明的技术方案中，在纳米金载体溶液中加入末端巯基修饰的DNA链和HER2抗体，在25～37℃温度下反应2～3h，即得HER2抗体/纳米金/DNA复合物。巯基的作用是通过巯基和金之间的共价键作用将DNA链固定到纳米金载体上，HER2抗体通过物理吸附作用固定到纳米金表面。

本发明的技术方案中，将经过预处理的金电极倒置插入装有50L20-50g/mL能与HER2进行特异性识别的HER2多肽溶液的离心管中，4℃条件下反应12h进行自组装。然后把经过自组装后的金电极倒置插入装有0.5-1mM巯基己醇的离心管中，室温条件下封闭1-2h，用去离子水洗去多余的巯基己醇，即得到了组装有多肽的金电极。

本发明的技术方案中，在生物传感器上添加钼酸钠溶液后在25～37℃温度下反应15～25min。

本发明的通过电化学方法检测HER2浓度是基于构建的HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构实现，该三层夹心式结构用于检测HER2浓度，具有选择性好、灵敏度高、检测限低，且检测范围宽等优点。本发明的技术方案，将HER2多肽修饰金电极表面，用巯基己醇对电极表面进行封闭，防止在电极表面发生非特异性吸附；然后在电极表面滴加HER2进行反应，电极上多肽能与HER2进行特异性识别并结合；往电极上加入HER2抗体/纳米金/DNA，被多肽捕获的HER2能与抗体发生特异性结合；在电极上滴加钼酸钠反应生成磷钼酸钠盐沉淀；以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0-0.5V电压范围内，进行测定方波伏安曲线，曲线峰电流与HER2浓度在一定范围内呈线性关系，从而实现HER2溶液浓度的检测。而在传统的免疫传感器中，需要在抗体上修饰信号分子，实现信号检测。而在本发明中结合抗体与抗原的识别作用与DNA信号放大技术，简化了传感器制备和检测步骤。通过加入不同浓度HER2经电化学测量处理后得到标准曲线，该标准曲线为一条直线(如图4)，HER2浓度越大电流值越大；再加入未知浓度HER2测得电流值，将该电流值与标准曲线进行比较得到未知浓度HER2的浓度。本发明的技术方案将DNA序列固定到纳米金表面，能较大的增大电极表面DNA数量，从而增大电极表面磷酸根数量，促进信号放大，增强了灵敏度，降低了检测限。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

1)本发明的技术方案结合抗体与抗原的特异性识别作用与DNA信号放大技术，提出了一种新电化学传感器的制备方法。纳米金的大比表面积增加了DNA链负载量，增大了电极表面DNA数量，促进信号放大，进而提高检测灵敏度，降低检测限，检测范围广。

2)本发明同时利用抗体的特异性和DNA信号放大的多样性，大大简化了HER2传感器制备和检测步骤，能进一步开发出多种传感器信号放大方法。本发明技术基于HER2抗体—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构检测HER2的方法检测范围宽，无需借助精密仪器设备，并且可推广至其他传感器，用于对不同蛋白或小分子的浓度进行检测。

附图说明

【图1】为本发明的检测方法的原理示意图；

【图2】为传感器对空白样品(a)与1ng/mLHER2(b)响应对比图；

【图3】为实施例1中不同浓度HER2对应的方波伏安曲线；

【图4】为实施例1中不同浓度的HER2的标准曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

本发明HER2的检测方法的一种实施例，其原理示意图如图1所示。该检测方法具体包括以下步骤：

(1)纳米金载体的合成：通过柠檬酸钠还原HAuCl4溶液得到纳米金载体，将1～1.5mM HAuCl4溶液50mL加热至100℃，迅速加入30～40mM的柠檬酸钠溶液5mL，然后将溶液在100℃下继续加入30分钟。

(2)对纳米金载体修饰DNA链和抗体：将合成的纳米金载体分散在含50ng/mLHER2抗体以及10M含巯基的DNA溶液中室温下反应2h，离心洗涤去掉未反应的抗体与DNA链，得到HER2抗体/纳米金/DNA复合物。

(3)在电极表面固定HER2多肽：将经过预处理的金电极倒置插入装有50L20-50g/mL能与HER2进行特异性识别的HER2多肽溶液的离心管中，4℃条件下反应12h进行自组装。然后把经过自组装后的金电极倒置插入装有0.5-1mM巯基己醇的离心管中，室温条件下封闭1-2h，用去离子水洗去多余的巯基己醇，即得到了组装有多肽的金电极。

(4)不同浓度HER2特异性结合：将浓度为1pg/mL、5pg/mL、10pg/mL、50pg/mL、100pg/mL、500pg/mL和1ng/mL的人HER2溶液分别加到HER2多肽修饰电极表面，37℃水浴反应1h，缓冲溶液冲洗电极表面3次除去未结合上的HER2，得到结合了不同浓度HER2的HER2多肽—HER2修饰电极。

(5)HER2与抗体特异性结合：将5μLHER2抗体/纳米金/DNA复合物滴加到HER2多肽—HER2修饰电极表面，在37℃水浴条件下反应1h，用缓冲溶液冲洗电极表面3次，除去未反应掉的纳米金复合物，得到HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构。

(6)电极与钼酸钠反应：向完成链式杂交反应的电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min。

(7)方波伏安法检测：以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0-0.5V电压范围内，以15Hz的频率进行测定，得到各电极的峰电流值，然后将各电极的峰电流值与对应的HER2浓度作标准曲线，得到测量HER2浓度的标准曲线。

(8)实际样品的测量：取乳腺癌患者的血清溶液，滴加到修饰有HER2多肽的电极表面，反应完冲洗电极后，然后将HER2抗体/纳米金/DNA复合物滴加到HER2多肽—HER2修饰电极表面，在37℃水浴条件下反应1h，用缓冲溶液冲洗电极表面3次除去未结合上的HER2适配体，得到含HER2多肽—HER2—HER2抗体/纳米金/DNA三层夹心式结构的电极。然后在该电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min，用方波伏安法测峰电流值，与标准曲线比对得到测量浓度值，测量浓度值与ELISA结果相比有很好的一致性，相关系数为0.994。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。