[发明专利]用于合成单金属纳米桥结构的方法以及通过使用其制造DNA点突变检测传感器的方法

说明书

本发明涉及：单纳米粒子生物传感器平台，包括其中生物分子固定在两个金属纳米晶种之间的金属纳米粒子，及包括单纳米粒子生物传感器平台的生物传感器；通过使用生物传感器检测突变的方法；以及用于制造单纳米粒子生物传感器平台的方法，包括形成其中生物分子固定在两个金属纳米晶种之间的金属纳米粒子的步骤。根据本发明的单纳米粒子生物传感器平台能够对靶标进行高度灵敏及可靠的检测，而且能够直接鉴别各种突变以便能够对突变进行有效诊断，进而可广泛地用于生物医学诊断领域及类似领域中。

技术领域

本发明涉及一种包含金属纳米桥结构的单纳米粒子生物传感器平台及一种构建单纳米粒子生物传感器平台方法。更确切地说，本发明涉及一种包含金属纳米粒子的单纳米粒子生物传感器平台，每一个金属纳米粒子由两个金属纳米晶种(nanoseed)及固定于所述金属纳米晶种之间的生物分子组成；包含单纳米粒子生物传感器平台的生物传感器；使用生物传感器检测突变的方法；以及用于构建单纳米粒子生物传感器平台的方法，包含形成金属纳米粒子，每一个金属纳米粒子由两个金属纳米晶种及固定于所述金属纳米晶种之间的生物分子组成。

背景技术

许多疾病具有遗传成分；因此其检测需要清晰的了解生物医学诊断学中由突变引起的代谢病症。诊断基因突变的大部分方法依赖于测序，但采集突变信息的最佳方法可在没有序列的先验知识，理想地在无标记和活体外环境的假影的情况下判定突变碱基的存在和一致性。已努力找到一种具有与许多生物体中复制后错配修复(MMR)相反的系统的方法，其中根据利用纳米等离子(nanoplasmonic)生物传感器引入修复MutL和突变DNA的其它酶，错配修复(mismatch repair，MMR)起始蛋白质MutS以序列非特异性方式识别突变(马，X.(Ma，X.)，特龙，PL(Truong，PL)，安，N.H.(Anh，N.H.)以及希姆，S.J.(Sim，S.J.)，《生物传感器与生物电子学(BiosensorsBioelectronics)》67，59-65(2015))。

纳米生物感测的可靠性通常由两个主要因素来确定：用于单一生产的纳米材料和用于靶标识别的生物分子，其与特定物理条件的检测灵敏度及选择性直接相关。在这些纳米材料当中，等离子体纳米粒子由于其与入射光相互作用并产生局部化表面等离子共振(LSPR)的能力而引起人们的兴趣。纳米结构中的电子以给定共振频率的集体振荡将局部折射率(RI)的变化转换为其吸收光谱和散射光谱的等离子带的偏移。感测尺寸可减小至单纳米粒子，进而有助于单纳米粒子感测(sNPS)；这类单NP感测(single-nanoparticlesensing，sNPS)可以纳米尺寸传递局部生物信息，其中检测极限(LOD)使用极小的感测体积达到可数数量的分子。相比之下，使用大量溶液或平坦表面的大部分其它感测技术展现出定位且分离感测元件的有限能力，并且受到缓慢的分子扩散、随机结合以及络合生物分子的频繁解离及随之而来的反应不平衡的限制，从而导致信号以低信噪比(signal-to-noise，S/N)波动。sNPS传感器为能够实现高通量及并行读数的微型探针，其中NP的结构和局部化感测体积/面积对于RI灵敏度来说是必需的。对具有不同形状的金纳米粒子(NP)的RI灵敏度的系统性研究表明棒状NP展现出对RI变化的最高灵敏度(特龙，P.L.，马，X.以及希姆，S.J.，《纳米尺寸(Nanoscale)》 6，2307-2315(2014))。近年来，已证实除了粒子形状之外，纳米间隙和纳米桥结构相关联并且通过等离子耦合产生较强的光信号，进一步增强局部场以产生不同的光谱响应(利姆，D.K. (Lim，D.K.)等人.《自然纳米技术(NatureNanotech.)》6，452-460(2011)；纳姆J.M.(Nam，J.M.)，欧，J.W.(Oh，J.W.)，李，H.(Lee，H.)以及苏荷，Y.D.(Suh，Y.D.)，《化学研究报告(Acc.Chem.Res.)》49，2746-2755(2016))。然而，合成具有预定结构的胶状等离子NP 具有挑战性，这是因为难以处理溶液中的瞬态原子。此外，化学合成的NP被限制为具有相同表面特征的高度对称形状(例如，纳米球、纳米棒、纳米立方体、纳米盘以及其它)。NP的结构可编程性可为克服sNPS在灵敏度和可再生性方面的局限性提供强有力的手段。近年来，两个研究小组在使用可编程生物分子(即，DNA)以低于5纳米精密度进行设计合成方面获得突破，进而通过在DNA模具中铸造(孙，W.(Sun，W.，)等人.《科学(Science)》346，1258361 (2014))或使用DNA框架(马，X.，等人.《自然通讯(Nat Commun)》7，(2016))产生精细定义的纳米等离子体粒子。