一种基于DNA-AuNPs体系的比色阵列传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DNA

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA
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AuNPs体系的比色阵列传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于抗生素检测领域，具体涉及一种基于DNA
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AuNPs体系的比色阵列传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]氨基酸糖苷类抗生素(简称AGs)是由氨基糖分子和氨基环醇通过醚键连接而成的一类广谱抗生素，其分子中含氨基环醇类和氨基糖分子，并由配糖键连接成苷。常见的种类有第一代的卡那霉素、新霉素、链霉素，第二代的庆大霉素、妥布霉素、地贝卡星以及第三代的阿米卡星、阿贝卡星等。
[0003]AGs抗菌谱广泛且大致相同，各AGs之间抗菌作用无明显差别，对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有明显的抗菌效果。因其价格低廉、抗菌性强，在兽医学与畜牧业中常被添加在饲料中用于治疗细菌性肠炎、奶牛乳腺炎等，同时促进动植物的生长繁殖。AGs可与细菌核糖体结合，干扰细菌蛋白质的合成过程，并破坏细菌细胞膜的完整性，是目前治疗需氧革兰阴性杆菌感染的重要药物之一。
[0004]毒理学研究表明，AGs具有耳毒性、肾毒性、神经肌肉阻滞以及其他毒副作用，人类长期食用残留超标的畜产品将会导致前庭功能障碍、听神经损伤、肾毒性增加等副作用，从而损坏健康。
[0005]尽管氨基糖苷类抗生素使用不当的后果严重，但依然有不法商贩滥用抗生素，造成了抗生素滥用、污染环境的现象。因此国内外许多国家都对动物性食品制定了氨基糖苷类抗生素的最高残留限量(Maximum Residue Limit，MRL)，如表1所示：
[0006]表1各个国家氨基糖苷类抗生素MRLs
[0007][0008]纳米金(AuNPs)即指金的微小颗粒，其直径在1～150nm，形状有球形、纳米棒(AuNRs)、纳米笼、纳米星或纳米壳(AuNSs)等。它具有较大的表面积
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体积比、高摩尔消光系数(108～10
10
M
‑1cm
‑1)的特性，且尺寸可控、良好的生物相容性，具有电子密度高、表面化学性质易于改变、可催化等优点，它能与多种生物大分子结合且不影响其原本的活性。
[0009]AuNPs具有独特的光学和化学性质。主要体现在AuNPs具有良好的光吸收和散射性能。金属表面的传导电子被特定波长的光激发时，会发生集体振动。这种振动被称为局部表面等离子体共振(LSPR)。
[0010]局部表面等离子体共振这一特性导致AuNPs的吸收和散射强度明显高于相同尺寸的非等离子体纳米颗粒。通过控制粒子的尺寸、形状和粒子表面的局部折射率，可以调节AuNPs的吸收和散射特性。LSPR的变化导致了AuNPs的颜色随直径增大而由酒红色转变为蓝紫色，进一步表现为光谱吸收带的迁移。AuNPs的LSPR特性对于其光学检测起着重要的作用，LSPR谱带强度和频率大小与AuNPs的颗粒大小、形状、粒子间距以及介质的介电常数(折射率)有关。当待测物与AuNPs相互作用时，LSPR也将发生变化，从而改变AuNPs吸收带的波长、散射强度和溶液的颜色。利用此特性，可以通过肉眼半定量确定目标物浓度或者通过UV
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vis光谱、荧光光谱、散射光谱定量测定目标物的浓度。因此，基于纳米金材料的光学检测传感器极大地简化了核酸、蛋白质、小分子和重金属离子的检测过程。
[0011]阵列传感器是指以几何图形排列的一组传感器，用于采集和处理电磁、光或声信
号。可视化阵列传感器是指肉眼可以直接识别光信号的一类传感器。与具有高度特异性的“锁钥”模式相比，阵列传感器中的传感器元件对被分析物有不同的影响。阵列传感器用于增加新的维度，帮助估计更多的参数和提高估计性能。可视化是为了使信号接受更加方便，提高检测效率。
[0012]可视化传感器阵列也被称为光电的舌头或鼻子，已被证明是一种优异的分析方法，可用于识别生物和环境样品中的多种分析物。在传感器阵列系统中使用交叉反应的传感器元件，其灵感来自于大自然对味觉和嗅觉感受器阵列的使用，这为同时识别和区分目标物种群铺平了道路。每种传感器元件在特定的分析物存在时产生半选择性反应，传感器的特异性是通过传感器元件对每种分析物的不同响应模式来实现的，并进一步通过模式识别方法进行分析。
[0013]蒋长龙等人可以在紫外灯下通过肉眼观察到传感器的颜色变化，进而推测抗生素的浓度。他们采用Eu
3+
来构建单通道荧光比色传感器，即可在没有大型检测设备的帮助下也能轻松进行抗生素定量分析。高飞等利用碳量子点设计了一种可视化阵列传感器，实现了对14种糖类的测定和识别以及对其中9种单糖的分类。李娇等利用农药使多种酶的催化作用得到抑制的原理，设计出由三种酶作为三个通道的比色阵列传感器。这样的传感器能有效地对食品中残留的农药进行识别和检测。李臻等为脑损伤药物的体外筛选模型的形成提供了很好的方向。他们通过硅纳米孔阵列构建了体外血脑屏障系统，并且成功地用该模型测试了氯霉素、环丙沙星、红霉素等多种抗生素对血脑屏障的渗透能力。然而，利用可视化阵列传感器对氨基糖苷类抗生素进行检测仍未有人涉及。
[0014]比色法(Colorimetry)是通过鉴定、比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定样品含量的方法。这种检测方法成本低、操作方便、效率高、并且能实现可视化。纳米金由于其独特的光学性质，在比色法传感器中受到了热烈欢迎。AuNPs比色法是基于AuNPs表面等离子共振效应的光学检测技术。它是利用功能化纳米金与目标物之间发生相互作用，使得金纳米颗粒的尺寸、形状和聚集状态发生改变，从而引起溶液颜色、荧光和散射强度发生变化，为目标物的快速检测提供了出色的测定平台。根据纳米金颗粒有无进行修饰，可以将比色法分为有修饰与无修饰两大类。而关于有修饰的纳米金比色法的研究道路上，Mirkin课题组首先合成了经过功能化修饰的纳米金颗粒，并将纳米金颗粒用于DNA的检测。这一类基于有修饰的纳米金颗粒的比色法，通过在纳米金颗粒的表面修饰上不同的功能化分子，就可以实现对于各种物质包括DNA、蛋白质、有机小分子
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28]和金属离子
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30]等物质的检测。如下图所示，先在纳米金颗粒的表面修饰上不同的DNA片段，当有分析物(互补的DNA片段)存在时，两种纳米金颗粒就会发生聚集，从而使得纳米金溶液的颜色发生变化。但因为这种方法需要事先在纳米金颗粒的表面进行特定的修饰，根据待测物的不同，修饰上去的功能化分子也不同，这就造成了这类纳米金比色法的成本较高，实验操作复杂，另外还有可能存在使有生物活性的分子失去活性的情况发生。
[0015]而无需修饰的纳米金比色法就不具备此类问题。当使用经典合成法，即柠檬酸钠还原法来合成纳米金颗粒时，纳米金颗粒的表面就会包裹着一层带有负电荷的柠檬酸根离子。这时，如果往纳米金溶液中加入高浓度的盐溶液，就会使得纳米金颗粒发生聚集现象，使得溶液颜色发生改变。但是，当有DNA单链存在时，因为静电作用，带正电的DNA单链会附着在纳米金颗粒的表面，保护纳米金颗粒，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA
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AuNPs体系的比色阵列传感器，其特征在于：包括三个传感单元，每个传感单元均包括一条核酸适配体和表面带负电荷的纳米金颗粒，三个传感单元的核酸适配体各不相同，且均为氨基糖苷类抗生素的核酸适配体；三个传感单元的纳米金颗粒粒径相同，且在10～20nm范围内。2.根据权利要求1所述的比色阵列传感器，其特征在于：所述纳米金颗粒的粒径为10nm。3.根据权利要求1所述的比色阵列传感器，其特征在于：每个传感单元中，核酸适配体与纳米金颗粒的摩尔比为25:9。4.根据权利要求1所述的比色阵列传感器，其特征在于：三个传感单元中的核酸适配体为妥布霉素的核酸适配体分别截取不同长度得到的。5.一种基于DNA
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AuNPs体系的比色阵列传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：采用柠檬酸钠法还原制备粒径在10～20nm范围内的纳米金颗粒材料，制得的纳米金颗粒表面带有负电荷；S2：分别将浓度为10M的三种氨基糖苷类抗生素的核酸适配体溶液与浓度为1μM的NaCl溶液混合，核酸适配体溶液与NaCl溶液的体积比为1:5；三种氨基糖苷类抗生素的核酸适配体分别与步骤S1制得的纳米金颗粒组成三个传感单元，形成基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忻，许锋，梁勇，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：