一种可肾代谢的比率型拉曼光谱检测系统及其探针技术方案

本发明专利技术涉及一种可肾代谢的比率型拉曼光谱检测系统及其探针，该探针能被肿瘤微环境中过表达的β

【技术实现步骤摘要】
一种可肾代谢的比率型拉曼光谱检测系统及其探针


[0001]本专利技术涉及生物医疗检测领域，具体涉及一种可肾代谢的比率型拉曼光谱检测系统及其探针。

技术介绍

[0002]液体活检作为癌症快速筛查的新技术，采用非侵入式的手段对患者进行取样(血液、尿液、唾液及脑脊液等)，通过检测分析样本中与疾病相关的化学信息，实现疾病的诊断与评估。液体活检相较传统的组织活检有以下优势：无创性、可重复性强、可实现早期诊断、动态监测、克服肿瘤异质性影响等优势。独特的酶谱是肿瘤微环境区别于正常组织的重要特征以及内在刺激因子。在肿瘤微环境的细胞外基质及肿瘤细胞中，通常存在表达异常的胞内酶，如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)、酯酶(esterase)、β
‑
葡萄糖醛酸苷酶(β
‑
glucuronidase，GUSB)以及颗粒酶B(granzyme B)等。因此利用肿瘤微环境中特有酶谱数据库中蕴含的生物催化机制，实现特异性识别及响应，已成为解决癌症早期筛查及疗效评估等难题的一种新思路。相较酶响应激活的小分子探针，基于酶响应激活的纳米探针更容易实现在肿瘤部位靶向富集。一方面，纳米探针通过荧光标记实现原位肿瘤的实时成像；另一方面，可以通过酶激活响应的策略设计外源性的生物标志物，在肿瘤部位实现特异性酶响应后随体液、粪便等代谢物排出体外，进而将活体的肿瘤诊断转换为外源标志物的体外检测。
[0003]不同于荧光显微镜依赖外源性荧光染料分子标记，拉曼光谱学依赖于样品自身的非弹性光散射，拉曼光谱能够提供样本组分、分子对称性等原生指纹振动信息，广泛应用于化学成分的鉴定、结构构象以及分子间相互作用等研究。细胞内各种生物分子的化学键都可以产生特征拉曼振动信号，例如2850cm
‑1处的拉曼散射归属于亚甲基的C
‑
H伸缩振动，细胞中的亚甲基成分大部分归属于脂质。基于此，可以利用2850cm
‑1波段设计开发脂质的无标记成像策略。但是，细胞中的蛋白质以及糖类分子中的亚甲基会产生背景干扰信号，影响测试结果的准确性。由此可见，利用拉曼光谱对化学基团相似的组分进行高分辨鉴别充满着巨大挑战。从细胞拉曼光谱图可以看出，细胞内天然存在的分子(又称内源性分子)在1800
‑
2800cm
‑1范围内没有拉曼振动信号，进而可以将此区域定义为拉曼沉默区；而外源性的生物正交报告基团(如炔基、氰基、碳
‑
氘键以及叠氮等)在沉默区具有特异性的拉曼振动光谱。
[0004]但是受激光功率、基底表面粗糙度以及分子结构等变量的影响，SERS探针的信号强度重复性较差，传统的SERS探针很难实现痕量物质的定量分析检测。在活体水平，少量SERS探针会在良性组织部位聚集以及分布不均匀的情况，都会影响测试结果的准确性。虽然清洗步骤可以最大限度的提高肿瘤组织与正常组织之间的对比度，但是并不能完全消除探针非特异性吸附引发的背景信号干扰。此外，激光光源稳定性、样品与透镜或检测器之间的工作距离同样会影响到拉曼信号强度。因而，目前通常引入阴性对照或者多个拉曼报告分子来提高准确性，但这种设计同时需要多种纳米粒子或拉曼报告分子，这使得检测方法变得复杂而又昂贵。
[0005]因此，如何开发一种在复杂体系中精准、定量的拉曼光谱检测，进而实现非侵入式的癌症早期检测诊断，极具临床价值和产业价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对目前的技术瓶颈，提供一种可肾代谢的比率型拉曼检测系统及其探针。设计了一种刺激响应的拉曼比率型金纳米簇探针(Glu
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RR
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AuNCs)的检测系统，该探针能被肿瘤微环境中过表达的β
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葡萄糖醛酸苷酶催化，促发1,6
‑
消除反应引发自毁降解过程，导致信号响应基团1
‑
丙炔苯脱离AuNCs表面；随后AuNCs穿过肾小球基底膜随尿液排出体外，并借助盐酸羟胺还原作用一步生长为高SERS活性的纳米金星(AuNSs)，进而利用拉曼手段进行定量测试。β
‑
葡萄糖醛酸苷酶活性差异引发AuNCs表面1
‑
丙炔苯不同程度的脱离，导致拉曼响应信号强度的变化。与此同时，纳米探针同时连接的内标参比基团并不脱离AuNCs表面，相应作为内标参比基团的拉曼强度维持不变，通过两种信号之间的比率变化实现对β
‑
葡萄糖醛酸苷酶活性的定量检测，最终通过液体活检的新策略实现对癌症的精确早期诊断及治疗监测。具体如图1所示。
[0007]更具体地，针对β
‑
葡萄糖醛酸苷酶的特异性水解特性，本专利技术首先探索了模块化合成具有高选择性、可经酶激活1,6
‑
消除反应而自毁降解的β
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葡萄糖醛酸苷酶底物的合成路线。通过对多色拉曼沉默区基团的衍生和改性，设计合成了一系列β
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葡萄糖醛酸苷酶底物，进一步筛选优化得到内标参比与响应信号拉曼峰强度比值为1:1的β
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葡萄糖醛酸苷酶底物Glu
‑
RR分子。在此基础上，本专利技术针对β
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葡萄糖醛酸苷酶活性的体外检测制备比率型拉曼探针Glu
‑
RR
‑
AuNCs。β
‑
葡萄糖醛酸苷酶能够特异性酶切Glu
‑
RR
‑
AuNCs探针表面的Glu
‑
RR，Glu
‑
RR分子中糖苷键的水解使糖基和作为信号响应基团的1
‑
丙炔苯脱离AuNCs表面，而内标信号基团连接的半胱氨酸仍然通过金
‑
硫键稳定锚定在AuNCs表面，从而导致AuNCs表面的拉曼响应基团与内标参比基团二者数量的比率型变化；随后在金生长液作用下，AuNCs能够快速可控地生长为AuNSs结构，其高活性的SERS效应极大的放大了比率型拉曼信号。由于β
‑
葡萄糖醛酸苷酶活性不会影响内标参比基团拉曼信号强度I
2154
；随着β
‑
葡萄糖醛酸苷酶活性的增加，拉曼响应基团信号强度I
2230
逐渐减弱，导致拉曼比率(I
2154
‑
I
2230
)/I
2154
逐渐增大。而在没有β
‑
葡萄糖醛酸苷酶的情况下，(I
2154
‑
I
2230
)/I
2154
没有明显变化。通过一系列表征和验证，在体外实现了对β
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葡萄糖醛酸苷酶活性的比率型定量检测。此外，拉曼沉默区基团的信号直读策略可以避免外界环境的干扰，保证了定量结果的准确性和重复性。
[0008]另外，本专利技术提出了将活体肿瘤微环境酶活性转化为尿液中可定量检测的拉曼信号的新策略。Glu
‑
RR
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可肾代谢的比率型拉曼光谱检测系统，其特征在于，包括：a)发射近红外光的光源模块；b)表面增强拉曼散射纳米颗粒，所述纳米颗粒为特异性响应β
‑
葡萄糖醛酸苷酶的可肾代谢的比率型拉曼散射纳米颗粒，且所述纳米颗粒施用于哺乳动物；c)尿液收集处理模块，所述尿液收集处理模块用于收集施用上述纳米颗粒后的尿液，并将尿液中的纳米颗粒进一步处理成纳米星颗粒；d)采集模块，采集上述纳米星颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)光谱；e)信息处理模块，通过比较信号响应报告基团和内标参比基团的拉曼强度，建立拉曼比率信号，确定该哺乳动物的组织中β
‑
葡萄糖醛酸苷酶浓度水平。2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述哺乳动物为患有肿瘤的哺乳动物。3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述表面增强拉曼散射纳米颗粒表面连接有内标参比信号分子或基团，以及响应β
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葡萄糖醛酸苷酶的信号响应报告分子或基团。4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，采集模块中获取比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘定斌，王风超，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
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