[发明专利]金纳米粒子模拟酶应用于生物检测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金纳米粒子模拟酶的发现，并提供了一种用其替代辣根过氧化物酶应用于生物检测的方法，属纳米材料及生物医学纳米技术领域。

背景技术

金纳米粒子是金属纳米粒子的典型代表，其在生物医学中具有广泛的应用。金纳米粒子是指金粒子直径在1-100nm之间的金材料，是最稳定的重金属纳米粒子之一。免疫分析中常应用分散在水中的金溶胶，即胶体金。金纳米粒子属于介观粒子，具有特殊的电子结构和表面等离子体特征。金纳米粒子颗粒可由氯金酸和柠檬酸钠或硼氢化钠等普通试剂合成，而且反应过程简单，通过调整反应物比例可控制纳米粒子的直径；另外，金纳米粒子具有很好的生物相容性及较大的表面积，无毒副作用，容易与DNA或蛋白结合；加之金纳米粒子独特的表面等离子特性，使得金纳米粒子颗粒在生物检测与传感中具有非常广泛的应用。

金纳米粒子在生物传感检测中的应用使DNA杂交检测的灵敏度大大提高，成为研制DNA传感器的首选材料。其中，金标银染(Gold label silver stain)基因检测就是发展较快的方法之一。这种检测方法是由Mirkin工作小组于2000年开发的，与荧光检测方法相比，金标银染检测的选择性可高出3倍，而灵敏度则可提高100倍之多。金标银染基因检测的基本原理是一个“三明治”的基因杂交系统：固定于基片表面的探针DNA与靶DNA进行第一次杂交后，再与金纳米粒子标记的另一DNA探针进行第二次杂交，这样金纳米粒子颗粒即与DNA杂交系统结合在一起。杂交后的基片浸入含银离子的银染溶液中，由于金纳米粒子颗粒对银离子的还原有催化作用，银染液中的银离子在金颗粒表面沉积，被还原为单质银而呈现出黑色的银染信号。这种信号用肉眼就可观察到，如果用普通的扫描仪扫描后再用相关软件分析信号的灰度，即可得到准确的灰度值。金标银染法检测DNA具有无辐射，检测仪器简便的优点，并且没有荧光淬灭，近年来已越来越多地用于DNA检测的研究。另外一个重要应用是1996年Mirkin等发展的核酸比色分析法。其原理是利用巯基修饰的寡核苷酸在一定尺寸的金纳米粒子上进行组装，形成寡核苷酸包裹的金粒子探针，当该探针与互补的靶分子杂交时，使纳米金等离子共振吸收峰由520nm红移至600nm，形成网状聚集体而使纳米金溶液颜色由红变紫，从而指示靶分子的存在。

葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)传感器的研究历史较久，是成功用于糖尿病快速诊断的最早商业化的生物传感器.葡萄糖氧化酶电化学生物传感器是利用固定在电极表面的葡萄糖氧化酶作为识别元件，将被测物的浓度与可测量的电信号关联起来.由于葡萄糖氧化酶生物传感器可以简单而迅速地测定血糖，对糖尿病的诊断和治疗有着极其重要的实用意义.而酶等生物活性物质一般都易溶于水，为防止其从电极上脱落流失影响传感器的灵敏度、稳定性、使用寿命等性能，人们一直在寻找良好的固定生物活性物质的材料.金纳米粒子属颗粒比表面积大、吸附能力强，可以很牢固地吸附酶等生物大分子，并且研究发现蛋白质等物质吸附在金纳米粒子属颗粒的表面上仍能保持其生物活性.Yabuki用纳米Au胶吸附GOD修饰玻碳电极制得的葡萄糖氧化酶电极在0.9V(vs.Ag/AgCl电极)下对葡萄糖有响应，响应时间小于30秒，线性范围为0.05-1mM.Bharathi和Wang等把溶胶凝胶技术用于纳米Au固载GOD制备的葡萄糖氧化酶电极也表现出较好的稳定性和对葡萄糖较宽的响应范围.金溶胶具有很好的生物相容性，并且是电的良导体，可在葡萄糖氧化酶(GOD)的氧化还原中心与电极之间传递电子；金纳米颗粒比表面积大，表面自由能高，因而GOD可在纳米颗粒表面得到强有力的固定.试验表明，金纳米颗粒可以显著提高GOD酶电极的响应灵敏度，制成的传感器选择性、稳定性好，方法简便，为开发研制第三代无媒介传感器提供了依据.