核酸信号放大型表面增强拉曼散射（SERS）生物传感平台的构建及其在癌症标志物测定中的应用
发布时间：2021-08-23 17:40
表面增强拉曼散射（SERS）具有光稳定性、无破坏性、单分子水平的超灵敏性和丰富的光谱特性等优点,已成功应用于生物医学、临床诊断、环境监测和食品安全控制等研究领域。基于SERS的生物医学诊断对于早期生物医学监测及术后监控至关重要,尽管各种SERS活性基底可用于生物分子传感,并在生物检测中具有巨大潜力,但是等离子体SERS效应会因为热点分布不均匀、信号分子位置及方向不同、金属纳米颗粒形状的纳米级变化导致增强效应发生非常大的变化,并且这些问题常常会干扰生物检测的灵敏度和准确性。因此,解决这些问题的潜在策略是开发基于等温核酸扩增技术的超灵敏SERS检测。针对上述存在的问题,本文设计了多重信号放大策略,结合多种核酸信号放大方法,利用纳米复合材料,贵金属核壳纳米材料的优异的光学性质,构建了具有高灵敏度,易操作的生物传感平台,具体研究内容包括以下两个方面:（1）引入无酶辅助的目标物循环扩增信号放大策略,能够将基于具有过氧化氢模拟酶活性的DNA酶介导的银溶解反应结合起来用于SERS传感平台的构建,实现癌胚抗原（CEA）的灵敏检测。首先,在抑制链的作用下,发卡结构不会引发下游的链置换扩增,只有在目标物C...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SERS基底的发展[53]
錷iRNA[54]。在此策略中，相邻的金纳米柱可以在暴露于溶剂的情况下受到毛细作用力的作用而自闭合，因此阵列基底的紧密度产生了大量的自组装的热点，从而增强了局部电场的耦合作用。紧接着将特定的锁核酸（LNA）捕获探针修饰在金纳米柱阵列的头端，然后将其与外泌体miRNA和Cy3标记的LNA检测探针连续孵育，仅当目标miRNA序列与两个LNA探针具有完美的互补性时，由LNA捕获探针/miRNA/LNA检测探针组成的三明治结构才稳定。因此，在完全匹配的靶标miRNA存在下，SERS传感平台能够提供强大的Cy3信号，实现miRNA的检测，LOD为1aM。图1.2SERS传感平台检测外泌体miRNA示意图[54]。Figure1.2SchematicillustrationofexosomalmiRNAdetectionusingtheSERSsensorplatform.为了实现前列腺癌的生物标志物miR-107的灵敏检测，Li等人[55]首先使用目标探针1和2把金纳米颗粒和中空的Au/Ag合金纳米立方体分别功能化(图1.3)。基于与靶标之间的序列特异性识别，探针1和2分别与靶标miR-107的序列互补，使得Au纳米颗粒和中空的Au/Ag合金纳米立方体通过DNA链自组装成等离子体纳米结构。这种自组装纳米结构颗粒间的间隙很小，由此产生了大量的SERS热点。另外，中空的Au/Ag合金纳米立方体框架上的自组装金纳米颗粒还充当了过氧化物模拟酶的作用，在H2O2存在下，催化底物3,3",5,5"-四甲基联苯胺（TMB）的氧化反应，生成TMBox，产生强的SERS信号[56]。由于靶物miR-107浓度与作为纳米酶的金纳米颗粒数目呈正相关，因此
西南大学硕士学位论文4可以从TMBox的SERS信号推断出靶物miR-107浓度，实现了fM级的检测。图1.3用于miR-107检测的等离激元纳米结构的触发自组装示意图[55]。Figure1.3Schematicillustrationoftriggeredself-assemblyofplasmonicnanostructuresformiR-107detection.为了建立多种肝癌标志物的检测方法，Zhao等人[57]通过SERS频移检测方法，该方法是由拉曼信号分子正常模式的振动频率在结合目标物时发生的变化（Δshift）实现的检测。如图1.4所示，首先借助微接触印刷技术在银纳米颗粒薄膜（AgNFs）的不同区域处先修饰上不同的拉曼信号分子，随后探针Y-DNA或ssDNA或AFP的抗体分别与AgNFs上的相对应的拉曼信号分子区域共价结合，与目标物孵育后，探针可以识别相应的目标物，目标物与探针的结合会造成拉曼信号分子的波数发生变化，变化的大小与待测物的浓度相关，因此可用该方法定量检测标志物在血清中的含量水平，实现了多种肝癌生物标志物的多重传感。图1.4运用SERS检测肝癌标志物示意图[57]。Figure1.4SchematicdiagramofusingSERStodetectlivercancermarkers.为了实现miRNA的灵敏检测，Xu等人[58]利用DNA构建了金纳米棒二聚体纳米结构，并实现了miRNA-21的灵敏检测。首先，研究人员设计了两种类型的DNA链，这两类DNA链具有碱基互补配对特性，可以将修饰有拉曼信号分子3.3’-二乙基硫醛三碳菁化碘（DTTC）的AuNRs组装在一起，形成金纳米棒二聚体。因为DTTC位于AuNRs二聚体的“nanogaps”中，所以AuNRs二聚体的间隙间表现出强烈的SERS活性。当目标
本文编号：3358307
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SERS基底的发展[53]
錷iRNA[54]。在此策略中，相邻的金纳米柱可以在暴露于溶剂的情况下受到毛细作用力的作用而自闭合，因此阵列基底的紧密度产生了大量的自组装的热点，从而增强了局部电场的耦合作用。紧接着将特定的锁核酸（LNA）捕获探针修饰在金纳米柱阵列的头端，然后将其与外泌体miRNA和Cy3标记的LNA检测探针连续孵育，仅当目标miRNA序列与两个LNA探针具有完美的互补性时，由LNA捕获探针/miRNA/LNA检测探针组成的三明治结构才稳定。因此，在完全匹配的靶标miRNA存在下，SERS传感平台能够提供强大的Cy3信号，实现miRNA的检测，LOD为1aM。图1.2SERS传感平台检测外泌体miRNA示意图[54]。Figure1.2SchematicillustrationofexosomalmiRNAdetectionusingtheSERSsensorplatform.为了实现前列腺癌的生物标志物miR-107的灵敏检测，Li等人[55]首先使用目标探针1和2把金纳米颗粒和中空的Au/Ag合金纳米立方体分别功能化(图1.3)。基于与靶标之间的序列特异性识别，探针1和2分别与靶标miR-107的序列互补，使得Au纳米颗粒和中空的Au/Ag合金纳米立方体通过DNA链自组装成等离子体纳米结构。这种自组装纳米结构颗粒间的间隙很小，由此产生了大量的SERS热点。另外，中空的Au/Ag合金纳米立方体框架上的自组装金纳米颗粒还充当了过氧化物模拟酶的作用，在H2O2存在下，催化底物3,3",5,5"-四甲基联苯胺（TMB）的氧化反应，生成TMBox，产生强的SERS信号[56]。由于靶物miR-107浓度与作为纳米酶的金纳米颗粒数目呈正相关，因此
西南大学硕士学位论文4可以从TMBox的SERS信号推断出靶物miR-107浓度，实现了fM级的检测。图1.3用于miR-107检测的等离激元纳米结构的触发自组装示意图[55]。Figure1.3Schematicillustrationoftriggeredself-assemblyofplasmonicnanostructuresformiR-107detection.为了建立多种肝癌标志物的检测方法，Zhao等人[57]通过SERS频移检测方法，该方法是由拉曼信号分子正常模式的振动频率在结合目标物时发生的变化（Δshift）实现的检测。如图1.4所示，首先借助微接触印刷技术在银纳米颗粒薄膜（AgNFs）的不同区域处先修饰上不同的拉曼信号分子，随后探针Y-DNA或ssDNA或AFP的抗体分别与AgNFs上的相对应的拉曼信号分子区域共价结合，与目标物孵育后，探针可以识别相应的目标物，目标物与探针的结合会造成拉曼信号分子的波数发生变化，变化的大小与待测物的浓度相关，因此可用该方法定量检测标志物在血清中的含量水平，实现了多种肝癌生物标志物的多重传感。图1.4运用SERS检测肝癌标志物示意图[57]。Figure1.4SchematicdiagramofusingSERStodetectlivercancermarkers.为了实现miRNA的灵敏检测，Xu等人[58]利用DNA构建了金纳米棒二聚体纳米结构，并实现了miRNA-21的灵敏检测。首先，研究人员设计了两种类型的DNA链，这两类DNA链具有碱基互补配对特性，可以将修饰有拉曼信号分子3.3’-二乙基硫醛三碳菁化碘（DTTC）的AuNRs组装在一起，形成金纳米棒二聚体。因为DTTC位于AuNRs二聚体的“nanogaps”中，所以AuNRs二聚体的间隙间表现出强烈的SERS活性。当目标
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