一种检测β-淀粉样蛋白寡聚体的类免疫电化学传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测β-淀粉样蛋白寡聚体的类免疫电化学传感器及其制备 方法，具体涉及一种以抗体和核酸适配体形成夹心型结构识别β-淀粉样蛋白寡聚体的类免 疫电化学传感器及其制备方法，属于生物传感和电分析化学检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国步入老龄化社会，阿尔茨海默病(AD)的发病率逐渐提高，严重危害老年 人的身心健康并影响生存质量。AD标志物的检测是实现早期诊断和了解病情发展的重要途 径。研究表明，AD的发生和大脑里淀粉样斑块的形成密切相关。斑块形成是由于分泌酶复合 物异常切割淀粉样前体蛋白而产生的过量淀粉样蛋白（Αβ)所致。与单体和纤维聚集体Αβ 相比，Αβ寡聚体更大的比表面积使其含有丰富的β折叠构象，从而疏水残基从蛋白质表面被 挤压出来引起钙离子内流、多巴胺外漏、线粒体去极化而导致细胞凋亡。因此，寡聚体被认 为比纤维聚集体更具有毒性，可溶性Αβ寡聚体已经被作为AD的标志物。
[0003] 常用的检测Αβ寡聚体的方法主要有酶联免疫法、磁共振成像法、光谱法、比色法及 电化学法。在这些方法中，酶联免疫法具有高的可靠性，但比较耗时且需要昂贵的酶标抗体 试剂;磁共振成像法需要复杂的大型设备;光谱法往往需要合成复杂的探针分子且信号容 易受到生物体系中其他物质的干扰;纳米金比色法实现了 Αβ的快速测定，然而选择性仍然 需要提高。电化学法由于具备快速、简便及易微型化等优点，研究者利用电化学方法和生物 分子(包括抗体、蛋白及多肽)与Αβ的强相互作用在检测Αβ方面获得了良好的选择性和灵敏 度[(a)Yu Y.Y.，Zhang L.，Li C.L.，Sun X.Y.，Tang D.Q.，Shi G.Y·， Angew.Chem.Int.Ed.2014,53:12832-12835.(b)Li H.,Xie H.N.,Cao Y.,Ding X.R.Jin Y.M.,Li G.X.,Anal.Chem.2013,85:1047-1052.(c)Yu Y.Y.,Sun X.Y.,Tang D.Q.,Li C.L.,Zhang L.,Nie D.X.,Yin X.X.,Shi G.Y.,Biosens.Bioelectron.2015,68:115-121. (d)Liu L.,He Q.G., Zhao F.,Xia N., Liu H.J., Li S.J., Liu R.L., Zhang H., Biosens.Bioelectron.2014,51:208-212.(e)Liu L.,Zhao F.,Ma F.J.,Zhang L.P.,Yang S.L.,Xia N.,Biosens.Bioelectron.2013,49:231-235.(f)Rama E.C.,Gonzalez-Garcia M.B· ,Costa-Garcia A. , Sensor · Actuat ·B 2014,201: 567-571 ·]。但是由于在体液中Αβ寡 聚体浓度较低及易发生聚集形成纤维的特性，使得在实际样品检测中有相当大的难度。实 现体液(如脑脊髓液)中的Αβ寡聚体检测对AD的早期诊断和病情控制具有重要的意义。
[0004] 选择性是生物传感器重要的性能指标。能够实现对蛋白高特异识别的分子除了昂 贵的抗体外，还有核酸适配体。核酸适配体的作用本质是一段单链核酸分子折叠形成特定 三维结构而与生物靶标特异性结合。筛选出的核酸适配体不仅具有抗体所具备的高特异 性、高亲和力和高稳定性，且还具有便于化学修饰、功能化、大量低成本与可重复性合成等 传统免疫学与化学分子识别无可比拟的优势。Αβ寡聚体的核酸适配体能够在Αβ单体及纤维 体共存下与其特异性结合[Tsukakoshi K.，Abe K.，Sode K.，Ikebuku;ro Κ·， Anal. Chem. 2012，84:5542-5547.]。核酸适配体的成功筛选为选择性检测Αβ寡聚体提供了 一种可能。另外，纳米材料的可控构筑将为提高测试的灵敏性提供契机。
[0005] 本方法利用核酸适配体对目标分子的高特异性结合，设计构建抗体和核酸适配体 夹心型类免疫电化学传感器;进而利用纳米材料的优异性能，引入电化学信号并实现信号 的放大;将其应用于脑脊髓液中标志物Αβ寡聚体的测定，促进AD的早期诊断。目前未见相关 报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种检测Αβ寡聚体的类免疫电化学传感器，实现AD体液中标 志物分子Αβ寡聚体的高灵敏和高选择性检测。另一目的在于提供其制备方法。
[0007] 为实现本发明目的，本发明以核酸适配体作为识别基团，硫堇作为标记基团，金纳 米粒子作为信号放大基团，将金纳米粒子与巯基修饰的核酸适配体及硫堇共同作用形成稳 定的纳米共辄物；同时在羧基化氧化石墨稀修饰的电极表面进行抗体固定，识别Αβ寡聚体 后进一步结合核酸适配体修饰的金纳米粒子共辄物，形成夹心型类免疫传感器，通过硫堇 的电化学信号实现对Αβ寡聚体的测定。
[0008] 所述用于检测Αβ寡聚体的类免疫电化学传感器具体通过如下方法制备而成： 1、 核酸适配体 选用与Αβ寡聚体具有强结合能力的核酸适配体，其序列为:GCCTGTGTTGGGGCGGGTGCG， 并进行5'SH C6的修饰。 2、 制备AuNPs溶液:将柠檬酸溶液加入到煮沸的HAuCl4 · 4H20溶液中，搅拌反应，然后 冷却到室温得AuNPs溶液，放置在冰箱中备用。取制备好的AuNPs和硫堇溶液混合，室温下搅 拌、离心，取下层，用培养液溶解;最后加入上述核酸适配体，在室温搅拌下反应，经离心、洗 涤、溶解，即得到核酸适配体和硫堇共同修饰的AuNPs共辄物。 柠檬酸与HAuCl4 · 4H20的摩尔比为2:1;AuNPs和硫堇溶液的体积/摩尔比为7:0.22mL/ mM;核酸适配体在溶液中的浓度为0.9μΜ。 3、 氧化石墨烯的合成及羧基功能化 采用改进的Hummers法制备氧化石墨稀：（1)低温反应阶段，在0-4°C冰浴中，加入浓硫 酸，再加入石墨粉及硝酸钠，搅拌反应后从冰浴中取出，10-20 °C条件下，缓慢加入高锰酸钾 并持续搅拌反应；（2)中温反应阶段，将上述溶液移到37-40Γ的水浴中，加入去离子水，继 续搅拌，反应停止后冷却到室温；（3)将混合溶液移入到约90-95Γ水浴中，在搅拌的条件下 继续反应，随后加入去离子水终止反应;再加入H 2〇2,搅拌条件下反应;最后加入HC1，经洗 涤、真空干燥后即得到氧化石墨烯固体。 浓硫酸、石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾的摩尔比为1:0.20:0.014:0.045。 4、 取上述制备好的氧化石墨烯固体溶于超纯水中配制成溶液，随后向其中加入NaOH和 一氯乙酸，在超声波条件下进行反应，使氧化石墨烯表面的羟基和环氧基变成羧基，经过 滤、洗涤、真空干燥、称量、再溶解，得到羧基化的氧化石墨烯溶液。 羧基化的氧化石墨稀溶液浓度优选0.5mg/mL。 5、 电化学传感器的构筑：（1)通过滴涂的方式将羧基化的氧化石墨烯修饰到玻碳电极 上，在红外灯下烤干，作为基质材料；（2)将该电极在酰胺键活化试剂NHS/EDC中活化，并用 去离子水洗涤，（NHS/EDC摩尔比为1:15,浓度分别为2mM和30mM); (3)然后将该电极浸入到 抗体溶液中反应，接上抗体，接着用PBS缓冲溶液洗涤，除去表面物理吸附的物质；（4)用牛 血清蛋白封闭溶液进行处理，消除非特异性结合的影响和封闭其余的活性位点；（5)将电极 浸入到不同浓度的Αβ寡聚体溶液中，通过抗体与抗原的特异性结合识别Αβ寡聚体；（6)将该 电极放入含有上述制备的AuNPs共辄物的溶液中培养，形成"三明治"型的类免疫传感器。 所述抗体溶液的最佳浓度为lOyg/mLJHS为N-羟基琥珀酰亚胺，EDC为1-(3-二甲氨基 丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下的有益的效果： (1) 本发明类免疫传感器具有良好的选择性，在Αβ单体和纤维体等形式存在下能够选 择性测定Αβ寡聚体，特异性好、选择性高，这是由抗体的特异识别作用和核酸适配体的高结 合能力决定的。 (2) 本发明类免疫传感器结构中用核酸适配体替代传统免疫传感器中的二抗分子，从 而避免使用二抗分子昂贵的酶标抗体试剂。 (3) 本发明利用纳米材料的信号放大作用，提高了灵敏度，检测限为45ηΜ，可用于AD脑 脊髓液中的Αβ寡聚体的测定，促进AD的早期诊断。与传统免疫传感器相比，具有制备简单及 避免使用酶标抗体试剂的特点，具有临床应用价值。
【附图说明】 图1是本发明原理图。 图2是本发明类免疫传感器制备过程中的交流阻抗图谱，图中，a为裸玻碳电极，b为氧 化石墨烯修饰后的电极，c为酰胺键活化试剂修饰后的电极，d为抗体修饰后的电极，e为识 别Αβ寡聚体后的电极，f为进一步连接AuNPs共辄基团后的修饰电极。 图3是本发明类免疫传感器对不同浓度Αβ寡聚体的响应曲线图。 图4是本发明类免疫传感器的选择性柱状图，图中，a-f分别代表Afo-42纤维体，Afo-42单 体，Αβ?-40 纤维体，Αβ?-40 单体，Αβ?-42/Αβ?-40 寡聚体。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，以下实施例将有助于本领 域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
[0013] 实施例1检测Αβ寡聚体的类免疫生物传感器的制备方法 (1)核