SERS-SPR双模传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开用于核酸检测的SERS‑SPR双模传感器，双模传感器包含检测芯片和DNA探针，检测芯片为表面修饰有四面体DNA的银纳米孔‑纳米棒阵列基片。本发明专利技术还公开SERS‑SPR双模传感器的制备方法及检测方法。本发明专利技术将检测芯片依次与待检测液体样品、DNA探针溶液混合，通过互补配对形成“检测芯片‑目标DNA‑DNA探针”复合物，之后依次进行透射光谱测试、SERS测试，通过透射光谱特征谷的波长变化、SERS光谱及其特征信号强度值实现对于血清中核酸的高灵敏、特异性的双模传感检测，SERS传感模式和SPR传感模式的检测限分别达到了亚飞摩尔每升量级和亚皮摩尔每升量级，可实现在血清等复杂环境中检测核酸标志物。

【技术实现步骤摘要】
SERS-SPR双模传感器及其制备方法和应用
本专利技术属于功能纳米材料和生物检测领域，具体涉及一种用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
随着分子生物学、医学领域的不断发展，以及对于癌症产生机制的进一步研究，人们逐渐认识到癌症的发生是由遗传物质的改变所引发的疾病，即对应的细胞会分泌癌症标志物，包括核酸(如microRNA)、蛋白质、激素等，其在血液中的存在或是含量将会反映癌症的状态。但在病变早期，癌症标志物的含量很低，常规临床检测技术因其灵敏度的限制，在标志物的检测过程中容易出现漏检的现象；此外癌症标志物检测的样本一般是血液或组织，通常成分复杂，测试结果易受干扰，常常会出现“假阳性”或“假阴性”现象，严重影响检测的可靠性。因此，面对实际疾病诊断中“快、准、早”的要求，针对癌症早期检测这一关键性问题，如何构建一种超灵敏检测体系，同时具备优异的特异性、敏感性，成为了早期癌症诊断领域急需解决的问题。此外，已有的单一模式检测，所能提供的生物特征信息相对单一、有限，对于疾病的判断和分析无法提供充分依据，通常需要分别经由多种独立传感模式分别测试，以获得更为丰富的生物特征信息。多次测试需要更大的样品量，同时在不同传感器及仪器上转移测试，复杂并费时的操作容易导致生物样品失活，且很难做到对于样品的多模式共定位联合精准检测。因此，不同传感器所获取的信息很难保证来源于同一检测区域或目标，致使检测结果欠缺一致性和可靠性，容易造成疾病诊断不准确、甚至错误。同时，由于不同检测模式具有各自特有的优点，但无法兼顾多方面特点。因此，开发多模式传感器，能够解决单一模式检测的不足，提高重大疾病诊疗准确性和便捷性。金属结构独特的等离子体性质，导致表面等离子体共振(SPR)。折射率传感是一种重要的等离子体应用，提供了一种准确、无标记的分析方法。这项技术的基础是通过在纳米结构表面取代本体材料或诱导分子相互作用来监测金属纳米结构周围折射率改变时共振峰的波长或角度偏移。金属纳米结构独特的局域等离子体性质，会导致纳米结构具有表面增强拉曼散射(SERS)性能。SERS光谱技术因其出色的检测灵敏度、非侵入检测等优势而在生物医学检测领域得到广泛关注。SERS技术在生物分析与标志物的传感检测领域具有独特优势：①超灵敏性：SERS的增强因子高达1013-1015，已实现单分子检测水平；②样品需求量少；③高选择性：表面选择定则和共振增强的选择性使得SERS可以在极其复杂的体系中仅仅增强目标分子或基团，可最大限度减小复杂样品的背景干扰；④检测条件温和：SERS技术具有非破坏性，且不会自猝灭和光漂白。因此，将SPR和SERS两种等离子体传感模式结合在一个传感器中，有望同时协同各自的优势，弥补彼此的不足，实现两种模式联合，达到准确可靠的检测。但是SERS和SPR的传感原理是非常不同的：SERS依赖于在具有非传播电磁波的金属纳米结构周围产生强局域电场；而SPR是基于入射电磁波与金属与介质界面上传播的电磁波的耦合。因此，开发SPR/SERS双模传感器是一个很大的挑战。
技术实现思路
专利技术目的：现有的检测技术单一，而且往往在检测灵敏性、特异性方面差强人意，并且检测得到了样品生物特征信息较为单一，无法更为全面反映样品特征而出现漏诊、误诊等情况。本专利技术提出了一种用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，能够有效解决目前大多数检测手段存在的灵敏性、特异性不足的问题。本专利技术的双模传感器其具有优异的检测灵敏度、特异性，能够实现可靠的高灵敏核酸检测。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种SERS-SPR双模传感器的制备方法。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种SERS-SPR双模传感器的应用。本专利技术最后要解决的技术问题是提供了一种SERS-SPR双模光谱传感器的检测方法。本专利技术将检测芯片依次与待检测液体样品、DNA探针溶液混合，通过互补配对形成“检测芯片-目标DNA-DNA探针”复合物，之后依次进行透射光谱测试、SERS测试，通过透射光谱谷值变化、SERS信号强度实现对于血清中核酸的高灵敏、特异性的双模传感检测，SERS传感模式和SPR传感模式的检测限分别达到了fM、pM，可实现在血清等复杂环境中检测核酸标志物。技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提供了用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，所述双模传感器包含检测芯片和DNA探针，所述检测芯片为表面修饰四面体DNA的银纳米孔-纳米棒阵列基片。其中，所述四面体DNA具有三维立体结构，该四面体DNA由A(第一条单链)、B(第二条单链)、C(第三条单链)、D(第四条单链)四条DNA单链自组装而成，其中A、B两条DNA单链均在5’端修饰巯基，DNA单链C链在3’端修饰巯基，DNA单链D链的5’端延伸出能与目标DNA互补配对的碱基序列。四面体DNA底面三个端角有巯基，四面体DNA顶角有延伸出的能与目标DNA互补配对的碱基序列(DNA单链的5’端)。该序列能够识别并捕获待检测液中的目标DNA，目标DNA与四面体DNA中D单链从5’端开始杂交，进而将原先与D链杂交的C链5’端部分碱基序列释放出来，四面体结构被打开，释放出的C链5’端能与DNA串联体中S1的3’端序列互补杂交。其中，所述DNA探针为DNA单链S1与DNA单链S2重复杂交形成的DNA串联体，单链S1和S2的3’端、5’端均修饰了染料分子，DNA单链S1与DNA单链S2的部分序列碱基互补，能杂交并形成DNA串联体。其中，所述染料分子为本领域常规的标记染料，包括但不限于ROX等染料。其中，DNA单链S1、DNA单链S2均为修饰有染料分子的DNA单链，DNA单链S2的3’端部分碱基序列能够与DNA单链S1的5’端部分碱基序列互补杂交，DNA单链S2的5’端的部分碱基序列能与DNA单链S1的3’端部分碱基序列互补杂交，由此可以形成DNA单链S1和DNA单链S2交替杂交排列的S1-S2串联体。其中DNA单链S1的部分碱基序列能够与四面体DNA捕获目标DNA后释放出的C链5’端部分碱基序列互补杂交。也即意味着，只有当待测样品中存在目标DNA时，检测芯片上的四面体DNA会特异性识别并捕获目标DNA，互补杂交后打开四面体并释放一条碱基序列用于特异性捕获DNA串联体并固定在检测芯片表面，进而输出DNA串联体对应的SPR和SERS检测信号；当不存在目标DNA时，四面体DNA的结构得到保持，因而DNA串联体不会被捕获并固定在检测芯片表面，且探测不到DNA串联体对应的检测信号。本
技术实现思路
还包括所述的用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器的制备方法，包括以下步骤：1)检测芯片的制备：(a)制备银纳米孔-纳米棒阵列基片，并用缓冲液多次清洗；(b)将四条DNA单链等物质的量混合，经退火处理后，组装形成四面体DNA；(c)将银纳米孔-纳米棒阵列基片与四面体DNA溶液共培养，四面体DNA通过其中一个面上三个端角的巯基与银通过共价键修饰在银纳米孔-纳米棒阵列基片表面，经多次缓冲液冲洗后得到检测芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，其特征在于，所述双模传感器包含检测芯片和DNA探针，所述检测芯片为表面修饰四面体DNA的银纳米孔-纳米棒阵列基片。/n

【技术特征摘要】
1.用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，其特征在于，所述双模传感器包含检测芯片和DNA探针，所述检测芯片为表面修饰四面体DNA的银纳米孔-纳米棒阵列基片。


2.根据权利要求1所述的用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，其特征在于，所述四面体DNA具有三维立体结构，该四面体DNA由四条DNA单链自组装而成，其中第一、第二条DNA单链均在5’端修饰巯基，第三条DNA单链在3’端修饰巯基，第四条DNA单链5’端延伸出能与目标DNA互补配对的碱基序列。


3.根据权利要求1所述的用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器，其特征在于，所述DNA探针为DNA单链S1与DNA单链S2重复杂交形成的DNA串联体，单链S1和单链S2的序列3’端、5’端均修饰有染料分子，单链S1与单链S2的部分序列互补配对，杂交形成DNA串联体。


4.权利要求1~3任一项所述的用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）检测芯片的制备：首先制备银纳米孔-纳米棒阵列基片；接着将四条DNA单链等物质的量混合，组装形成三维立体结构的四面体DNA；随后将银纳米孔-纳米棒阵列基片和四面体DNA溶液共培养，四面体DNA通过三个巯基与银形成共价键修饰在银纳米孔-纳米棒阵列基片表面；最后用缓冲液多次清洗基片，得到检测芯片；
2）DNA探针的制备：将DNA单链S1、S2等物质的量混合，经退火处理，组装形成DNA串联体，作为DNA探针。


5.根据权利要求4所述的用于核酸检测的SERS-SPR双模传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1）四面体DNA的制备方法为：将四条DNA单链等物质的量混合，经退火处理得到四...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋春元，蒋新宇，张晶晶，汪联辉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32