基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法技术

本发明专利技术提供一种基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法。本发明专利技术仅使用不同浓度的盐与纳米金作为传感单元，大大降低了成本，具有操作简单、响应速度快、高灵敏等优点，在不同浓度盐和蛋白质的诱导下，纳米金颗粒聚集程度不同，获得不同的响应光学信号，不仅可在蒸馏水中区分12种蛋白，也能在50％健康人群的尿样中完全识别200nM的12种蛋白质。使用智能手机处理传感体系的响应信号，有利于简化信号的处理和缩短分析时间，在尿样中也可实现多种蛋白质、不同浓度的Lys和HSA及其混合物的识别，将会大大推动该比色阵列传感器用于蛋白质检测的实际应用价值，将在资源匮乏和场地检测等领域的具有广阔的应用前景。

Method for detecting protein based on colorimetric array sensor and mobile phone

The present invention provides a method for detecting proteins based on a colorimetric array sensor and a mobile phone. Salt and gold nanoparticles with different concentrations of the invention only as a sensing unit, greatly reducing the cost, has the advantages of simple operation, fast response speed, high sensitivity, induced by different concentrations of salt and protein, gold nanoparticles aggregation degree is different, different response optical signals, not only can distinguish between 12 kinds of protein in distilled water, can also fully recognize the 12 kinds of protein 200nM in 50% healthy people in urine. The use of intelligent mobile phone sensing system response signal processing, simplify signal processing and shorten analysis time, recognition in the urine can also be achieved Lys and HSA proteins with different concentrations, and their mixtures, will greatly promote the colorimetric sensor array for protein detection has practical value in the field of resource scarcity and site testing and broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法
本专利技术涉及生物大分子检测
，具体地说，涉及一种基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法。
技术介绍
生物大分子的检测在食品工业、生物学、生物医学等领域具有重要的作用。目前常用的分析方法有酶联免疫法、色谱质谱联用法、凝胶电泳法。虽然这些技术具有很高灵敏度和高特异性，但是操作复杂、分析时间较长、成本高、效率低等缺陷，尤其在资源匮乏或场地检测等实际应用收到很大限制。阵列传感器用于生物大分子是近些年来迅速发展起来的一种新型分析方法，该方法模拟哺乳动物的嗅觉或味觉系统基于模式识别用于目标物检测，使用多种交互相应的受体用于多种物质进行分析，能够实现平面上多点信息的同时获取，极大地提高了分析效率和检测通量。由于比色阵列传感器具有响应速度快、灵敏度高、操作简单及成本低等优点，在食品安全、环境监测、疾病诊断等领域具有巨大的应用前景。因此开发比色阵列传感器用于新型传感材料和新的传感机理仍然是主要的研究方向。基于纳米金的单一比色传感器法已经被用于疾病检测和环境监测中多种物质的检测，该传感原理是“钥匙和锁”模式基础发展起来的。由于纳米金制备简单，容易被多种生物大分子修饰，由待测物诱导纳米金的聚集、解聚集和再生长过程会改变其尺寸、形貌和组成，从而影响其等离子体共振吸收波长的变化，最终导致胶体溶液的变化。目前已报道的大多为蛋白质的核酸适配体与纳米金颗粒(AuNPs)复合，形成DNA-AuNPs复合物，基于此构建的比色阵列传感器用于蛋白质识别(Anal.Chem.2013，85.6571-6574；Anal.Chem.2015，87.3354-3359)，成本高，操作复杂，不利于场地检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法。为了实现本专利技术目的，本专利技术基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法，包括以下步骤：S1、纳米金颗粒的制备：通过柠檬酸钠还原氯金酸制得，氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为3.5-3.8:1，所得溶液中纳米金颗粒的平均粒径为13-18nm(优选13nm)；S2、蛋白质-纳米金复合物的制备：向上述含有纳米金颗粒的溶液100μL中分别加入50μL0.5μM的12种蛋白质，孵育30min，得到不同的蛋白质-纳米金复合物；其中，所述12种蛋白质包括Try、Hem、BSA、HSA、Pep、Lys、EA、HRP、TRF、Cyt-C、IgG和Con-A；S3、盐诱导的纳米金颗粒聚沉体系的制备：向每种蛋白质-纳米金复合物中分别加入50μL不同浓度梯度的NaCl溶液，然后加入300μL超纯水，孵育10min，形成不同盐浓度诱导的纳米金颗粒聚沉体系；其中，NaCl溶液的浓度范围为0～100mM；优选浓度梯度为0mM、5mM、10mM、15mM和20mM；S4、蛋白质图谱的构建：将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用光谱技术获取不同的响应光学信号，并基于吸光度值构建不同蛋白质的图谱，并利用软件SYSTAT13绘制LDA图；或者，将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用成像技术获取不同的响应光学信号，并基于RGB值利用软件IBMSPSSStatistics16绘制不同蛋白质对应的HCA图，以及利用软件AdobePhotoshopC6绘制相应的色差图；S5、按照S1制备纳米金颗粒，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用光谱技术获取光学信号，代入S4所述软件SYSTAT13中，根据LDA图显示结果，对待测蛋白质进行识别；或者，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用成像技术获取光学信号，代入S4所述软件IBMSPSSStatistics16和软件AdobePhotoshopC6中，根据HCA图与色差图显示结果，对待测蛋白质进行识别。前述方法的步骤S5中，0.5μM≤M1≤1μM。优选M1为0.5μM。前述方法的步骤S5中利用光谱技术或成像技术获取光学信号的具体操作同步骤S4。前述方法的步骤S4中利用光谱技术采集光学信号的具体操作如下：对步骤S3的聚沉体系进行紫外分光光度检测，得到A620/520值，构建不同蛋白质的图谱并绘制LDA图。前述方法的步骤S4中利用成像技术采集光学信号的具体操作如下：将步骤S3的聚沉体系各取200μL分别加至96孔板中，并在所述96孔板的下方铺设大小相同的边缘画有半径0.5cm的黑圆点的白纸一张，通过将不同拍摄条件下黑圆点的RGB值与空白样品图片黑圆点的RGB值相统一，以避免光线差异；将96孔板水平放置，用智能手机(手机品牌不限)在96孔板的垂直上方进行拍摄，手机镜头与96孔板的垂直距离为12cm。对手机成像得到的RGB值进行数据处理(每个样品做6次重复，取平均值)，并基于RGB值利用软件IBMSPSSStatistics16绘制不同蛋白质对应的HCA图，以及利用软件AdobePhotoshopC6绘制相应的色差图。前述的方法，每次手机拍摄均固定拍摄距离。本专利技术进一步提供上述方法在尿样蛋白检测中的应用。按照S1制备纳米金颗粒，向含有纳米金颗粒的溶液200μL中分别加入100μL含M1’浓度待测蛋白质的稀释6倍、3倍、2倍、1.5倍的健康人尿液，再加入200μL超纯水，孵育30min后，利用光谱技术或成像技术获取光学信号，代入S4所述软件中，根据图示结果，对待测蛋白质进行识别(蛋白质种类不限)。其中，0.1μM≤M1’≤100μM，优选M1’为1μM。本专利技术基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的流程示意图见图1。本专利技术具有以下优点：(一)本专利技术不需要使用昂贵的仪器，可通过与智能手机联用实现对多种蛋白质的检测，操作简单，成本低、信号响应快、灵敏度高；(二)使用智能手机处理传感体系的响应信号，有利于简化信号的处理和缩短分析时间；(三)仅用肉眼可简单识别，有利于场地检测；附图说明图1为本专利技术基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的流程示意图。图2为本专利技术实施例1中不同盐浓度与纳米金的聚沉程度以及实验条件的优化结果。图3为本专利技术实施例1中AuNPs的紫外可见吸收光谱，AuNPs与不同的蛋白质接触时盐诱导的纳米金颗粒的聚沉。图4为本专利技术实施例1在水样中对终浓度50nM的多种蛋白的识别结果；其中，A表示12种蛋白的图谱，B表示12种蛋白的LDA图。图5为本专利技术实施例2中利用阵列传感器在实际样品中对200nM多种蛋白的识别结果(LDA图)。图6为本专利技术实施例2中利用阵列传感器在实际样品中对应于200nM多种蛋白的色差图与手机拍摄图。图7为本专利技术实施例2中利用阵列传感器在实际样品中对应于200nM多种蛋白的HCA图。图8为本专利技术实施例2中对混合与单一蛋白以及未知浓度HSA的色差图与HCA。图4中，factor1和factor2分别表示典型判别式函数1和典型判别式函数2。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。实施例1与手机连用的比色阵列传感器用于多种蛋白质的检测采用柠檬酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、纳米金颗粒的制备：通过柠檬酸钠还原氯金酸制得，氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为3.5‑3.8:1，所得溶液中纳米金颗粒的平均粒径为13‑18nm；S2、蛋白质‑纳米金复合物的制备：向上述含有纳米金颗粒的溶液100μL中分别加入50μL 0.5μM的12种蛋白质，孵育30min，得到不同的蛋白质‑纳米金复合物；其中，所述12种蛋白质包括Try、Hem、BSA、HSA、Pep、Lys、EA、HRP、TRF、Cyt‑C、IgG和Con‑A；S3、盐诱导的纳米金颗粒聚沉体系的制备：向每种蛋白质‑纳米金复合物中分别加入50μL不同浓度梯度的NaCl溶液，然后加入300μL超纯水，孵育10min，形成不同盐浓度诱导的纳米金颗粒聚沉体系；其中，NaCl溶液的浓度范围为0～100mM；优选浓度梯度为0mM、5mM、10mM、15mM和20mM；S4、蛋白质图谱的构建：将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用光谱技术获取不同的响应光学信号，并基于吸光度值构建不同蛋白质的图谱，并利用软件SYSTAT 13绘制LDA图；或者，将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用成像技术获取不同的响应光学信号，并基于RGB值利用软件IBM SPSS Statistics 16绘制不同蛋白质对应的HCA图，以及利用软件Adobe Photoshop C6绘制相应的色差图；S5、按照S1制备纳米金颗粒，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用光谱技术获取光学信号，代入S4所述软件SYSTAT 13中，根据LDA图显示结果，对待测蛋白质进行识别；或者，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用成像技术获取光学信号，代入S4所述软件IBM SPSS Statistics 16和软件Adobe Photoshop C6中，根据HCA图与色差图显示结果，对待测蛋白质进行识别。...

【技术特征摘要】
1.基于比色阵列传感器与手机联用检测蛋白质的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、纳米金颗粒的制备：通过柠檬酸钠还原氯金酸制得，氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为3.5-3.8:1，所得溶液中纳米金颗粒的平均粒径为13-18nm；S2、蛋白质-纳米金复合物的制备：向上述含有纳米金颗粒的溶液100μL中分别加入50μL0.5μM的12种蛋白质，孵育30min，得到不同的蛋白质-纳米金复合物；其中，所述12种蛋白质包括Try、Hem、BSA、HSA、Pep、Lys、EA、HRP、TRF、Cyt-C、IgG和Con-A；S3、盐诱导的纳米金颗粒聚沉体系的制备：向每种蛋白质-纳米金复合物中分别加入50μL不同浓度梯度的NaCl溶液，然后加入300μL超纯水，孵育10min，形成不同盐浓度诱导的纳米金颗粒聚沉体系；其中，NaCl溶液的浓度范围为0～100mM；优选浓度梯度为0mM、5mM、10mM、15mM和20mM；S4、蛋白质图谱的构建：将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用光谱技术获取不同的响应光学信号，并基于吸光度值构建不同蛋白质的图谱，并利用软件SYSTAT13绘制LDA图；或者，将步骤S3的聚沉体系作为传感单元，利用成像技术获取不同的响应光学信号，并基于RGB值利用软件IBMSPSSStatistics16绘制不同蛋白质对应的HCA图，以及利用软件AdobePhotoshopC6绘制相应的色差图；S5、按照S1制备纳米金颗粒，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用光谱技术获取光学信号，代入S4所述软件SYSTAT13中，根据LDA图显示结果，对待测蛋白质进行识别；或者，向含有纳米金颗粒的溶液100μL中加入M1浓度的待测蛋白质溶液，再加入300μL超纯水，孵育30min后，利用成像技术获取光学信号，代入S4所述软件IBMSPSSStatistics16...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘月英，王飞扬，陆跃翔，杨家诚，景文杰，贺刘莹，陈莹，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11