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一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器及配套设备

摘要

本发明公开了一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器及配套设备。通过在光纤上嵌入高分子套管,利用物理吸附作用将生物识别分子固定在套管上,进而制备了修饰有特定生物识别分子的光纤探针。通过在不同尺寸的套管上修饰不同的生物识别分子并组装成串,将其作为多指标检测的载体,实现同一样品中多个目标物的同时检测。本发明简化了光纤化学发光探针的制作过程,避免了光纤表面偶联生物识别分子时化学试剂的使用,通过套管的可控组装及串联组合,能够实现线性范围可调节和多目标物同时检测,降低了检测成本,结合便携式检测设备能够实现现场快速检测。

著录项

  • 公开/公告号CN114923897A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2022-08-19

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 华中农业大学;

    申请/专利号CN202210467472.2

  • 申请日2022-04-29

  • 分类号G01N21/76(2006.01);G01N33/53(2006.01);

  • 代理机构宜昌市三峡专利事务所 42103;

  • 代理人王玉芳

  • 地址 430070 湖北省武汉市洪山区狮子山街1号

  • 入库时间 2023-06-19 16:25:24

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2022-09-06

    实质审查的生效 IPC(主分类):G01N21/76 专利申请号:2022104674722 申请日:20220429

    实质审查的生效

说明书

技术领域

本发明属于生物传感领域,涉及一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器及配套设备。

背景技术

随着经济快速发展和人民生活水平的提高,对食品、环境中的危害因子和体外诊断中的生物标志物进行精准、灵敏、快速检测的需求有增无减。因此开发成本低廉、性能优异、操作简便的现场快速检测设备具有重要的现实意义。

目前对于危害因子和生物标志物的检测方法主要有仪器分析法、酶联免疫吸附法(ELISA)和生物传感法。传统的仪器分析法检测灵敏度高,但需要昂贵的大型精密仪器、复杂的前处理步骤和专业的操作人员。ELISA灵敏度高且成本低,但线性范围较窄,洗涤过程中需要的拍板步骤会因实验人员的操作不同引起实验误差。生物传感法是一种新型检测方法,具有检测速度快、灵敏度高、操作简便等优点,目前已广泛应用于环境监测、体外诊断、食品安全快速检测等领域。

生物传感器是将生物信号转换为其他可定量检测光电磁等信号的设备,包括生物识别系统和信号转换系统。当生物识别分子(抗体、DNA分子或酶等)与目标物相互作用后,信号转换系统能够将生物信息的改变转换成可测量的检测信号的改变,如电荷、热量、质量和pH变化等,进而以数字或图片等直观的方式呈现。化学发光传感器是一种根据化学发光强度来确定目标物浓度的分析设备,兼具化学发光的高灵敏度和生物识别反应的高特异性,尤其适合复杂样品中痕量目标物的定量分析,相比于其它光学生物传感器,其无需激发光源、光谱仪等部件,有效降低了仪器的复杂性和成本。

光纤能够通过全反射原理传导光,将光纤与化学发光法结合起来的光纤化学发光传感器不仅兼具生物识别、分离富集、信号传导于一体,而且洗涤过程更加简便,能够使得操作简单化、设备便携化,加之光纤的抗干扰力极强,尤其适合现场操作。目前的光纤生物传感器制作光纤探针首先要通过物理剥离和化学腐蚀处理光纤,再运用硅化学的方法将生物识别分子通过化学键固定在光纤表面,过程繁琐费时且需要化学试剂。而且光纤内芯的表面积小(直径通常为几百微米),导致生物识别分子如抗原/抗体或酶在其表面的固定量小,限制了灵敏度的提高和线性范围的扩大。前期学者曾研发了一种通过改变光纤传感响应纤芯长度和光纤根数来调控信号强度和检测线性范围的光纤免疫传感器(CN 109596604A),可用于兽药残留的检测。但该方法修饰完全抗原步骤繁琐费时,且需要多根光纤才能进行线性范围调节。因此,如何在保证线性范围可调的同时,简化光纤探针的制作过程对于现场快速检测具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为解决光纤生物传感器在探针制备过程中繁琐耗时、需使用化学试剂、成本高等问题,提供一种成本低、操作简便、线性范围可调、可多元检测、灵敏度和自动化程度高的高分子套管嵌入的光纤为固相载体,化学发光法为检测基底的自动化检测方法及便携式检测设备。

本发明技术方案如下:

聚苯乙烯(Polystyrene,PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物,是一种无色透明的热塑性塑料。PS能够作为固相载体吸附生物识别分子,如抗体等蛋白质分子,这是由于蛋白质分子能够通过疏水基团的相互作用结合在PS表面,避免了化学偶联方法需要化学试剂,多步操作等缺点。

一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器,所述光纤为,在光纤上嵌入一个或者多个不同尺寸的高分子套管,将生物识别分子修饰在套管上,制备得到修饰有生物识别分子的光纤探针。

优选地,所述光纤为石英光纤。

所述高分子套管的形状为球形、圆锥形、圆柱形或其他。

所述高分子套管的材质为聚苯乙烯(PS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其他;

所述生物识别分子为能够与待测目标物发生竞争免疫反应或双抗夹心免疫反应的捕获抗体或检测抗体或抗体或完全抗原。

所述的基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的制备方法,包括以下步骤:

1)将光纤插入聚苯乙烯套管中进行配合组装;

2)将步骤1)组装的光纤探针置于生物识别分子中温育,PBST溶液洗涤;

3)将步骤2)处理的光纤探针置于牛血清蛋白中封闭操作,得到高分子包层组装的光纤探针。

优选地,所述步骤1)中,配合方式为过盈配合;

优选地,所述步骤2)中,37℃下温育1.5-2.5小时,PBST溶液中,PBS摩尔浓度为0.005-0.015M,吐温质量分数为0.03-0.08%;

优选地,所述步骤3)中,所述牛血清蛋白的质量分数为3-7%。

一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的自动化检测设备,该自动化检测装置结构为:

光纤探针嵌入高分子套管上,光纤探针与光纤支架连接,光纤支架、光子计数器和控制系统部件也设置在支架上,支架下方装有电机支架和移动导轨,电机安装在电机支架上,电机转轴和滚珠丝杆连接,移动平台一端固定连接密封箱,一端连接滚珠丝杆。

优选地,移动平台左右两端分别装有两个导向轮,导向轮嵌入导轨两侧的移动槽上。

优选地,所述密封箱材质为黑色聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其他。

使用该自动化检测设备进行检测时,控制系统部件控制密封箱向前移动开启密封箱,将上述高分子套管嵌入的光纤探针装入光纤支架,然后将装有反应试剂的离心管装入密封箱内的试管支架上,开始测量时,密封箱沿导轨向后移动闭合形成密闭空间,光纤探针伸入反应试剂中进行测量,测量完成后测量结果经控制系统处理将测量结果后发送到手机端。

所述基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器或所述基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的制备方法或所述基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的自动化检测设备用于化学发光方法或荧光免疫分析方法或酶联免疫吸附法对目标物的检测,目标物包括真菌毒素、致病微生物、抗生素、农兽药、疾病标志物或其他。

优选地,用于直接化学发光法时,具体包括以下步骤:

SB1:将光纤嵌入不同尺寸的高分子套管中,在不同尺寸的高分子套管表面偶联不同的生物识别分子a得到高分子套管嵌入的光纤探针;

SB2:将光纤探针插入待测物与生物识别分子b的混合溶液中进行生物反应,反应后洗涤光纤探针除去非特异性吸附的生物识别分子b,生物识别分子a与生物识别分子b匹配;生物识别分子a和生物识别分子b为捕获抗体和化学发光底物标记的检测抗体、检测抗体和化学发光底物标记的捕获抗体、抗体和化学发光底物标记的抗原或抗原和化学发光底物标记的抗体。

SB3:将洗涤后的光纤探针装入光纤支架,然后将装有化学发光底物的离心管装入密封箱内的试管支架上,开始测量时,密封箱沿导轨向后移动闭合形成密闭空间,光纤探针伸入化学发光底物中进行测量,测量完成后经控制系统处理将测量结果发送到手机端;完成测量。

进一步优选地,所述步骤SB2中,化学发光底物为吖啶酯、异鲁米诺,但不局限于上述种类。

进一步优选地,所述步骤SB3中,诱发剂为过氧化氢、氢氧化钠,但不局限于上述种类。

用于酶促化学发光法时,具体包括以下步骤:

SC1:将光纤嵌入不同尺寸的高分子套管中,在不同尺寸的高分子套管表面偶联不同的生物识别分子a得到高分子套管嵌入的光纤探针;

SC2:将光纤探针插入待测物中进行生物反应,反应后洗涤光纤探针;

SC3:洗涤后的光纤探针插入生物识别分子b中进行生物反应,反应后洗涤光纤探针除去非特异性吸附的生物识别分子b,生物识别分子a与生物识别分子b匹配;生物识别分子a和生物识别分子b为捕获抗体和检测抗体、检测抗体和捕获抗体、抗体和抗原或抗原和抗体;

SC4:将洗涤后的光纤探针装入光纤支架,然后将装有化学发光底物的离心管装入密封箱内的试管支架上,开始测量时,密封箱沿导轨向后移动闭合形成密闭空间,光纤探针伸入化学发光底物中进行测量,测量完成后经控制系统处理将测量结果发送到手机端;完成测量。

进一步优选地,所述步骤SC2中,生物反应时间为30分钟。

进一步优选地,所述步骤SC3中,生物识别分子b为HRP酶标抗体,生物反应时间为30分钟,化学发光底物为鲁米诺、吖啶酯,但不局限于上述种类。

进一步优选地,所述步骤SC3中,生物识别分子b还可以为ALP酶标抗体,化学发光底物为AMPPD、APS-5,但不局限于上述种类。

所述基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器可用于多元检测,将不同尺寸的高分子套管修饰不同的生物识别分子并串联,将套管束插入样品中后,不同的生物识别分子与对应的目标物特异性结合;根据高分子套管的不同尺寸能够通过肉眼简易区分所检测的不同目标物,实现多目标物检测。

为了实现现场快速检测的目的,本发明提供一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感便携式检测设备,在检测过程中,只需准备好相关对应试剂耗材实现预封装,反应结束后将光纤探针和化学发光底物放入对应检测设备承载平台上,设备即可对化学发光信号进行读取及分析,并将结果发送到手机端,即可满足不同对象的现场检测。

本发明较于传统的光纤生物传感器,嵌入高分子套管可以简化光纤探针的制备流程,缩短制备时间,避免使用化学试剂,且检测之后只需更换高分子套管,无需更换光纤,实现超低成本检测;其次,不同尺寸的高分子套管不仅能够吸附不同数量的生物识别分子,从而对不同检测浓度范围的目标物进行检测,实现线性范围可调,还可以通过肉眼区分不同尺寸的套管识别不同的待测物,实现多目标物同时检测;再次,检测过程中目标物诱导的化学发光能够通过高分子套管的折射和全反射作用被光纤高效采集与传导;最后,光纤作为反应的固相载体可避免传统ELISA洗涤过程中的拍板步骤,使得操作简便,自动化程度高,该方法分析性能良好,在食品安全、环境监测、体外诊断等领域具有很好的应用前景。

本发明有益效果如下:

1)成本低,操作简便,稳定性好:本发明避免了光纤探针制作过程中化学试剂的使用,操作简便,稳定性好,且高分子套管成本低,适合批量生产;

2)线性范围可调:不同尺寸的高分子套管能够吸附不同数量的生物识别分子,从而针对不同检测浓度范围的目标物进行检测,实现线性范围可调;

3)多目标物同时检测:不同尺寸的高分子套管在吸附不同的生物识别分子后组装成串,免疫反应结束后可通过肉眼识别套管尺寸确定所检测的目标物,实现操作简便的多目标物同时检测;

4)灵敏度高:高分子套管能够增大光纤探针的表面积,结合更多的生物识别分子,且套管与抗体之间通过物理吸附相结合,能够较好地保持抗体活性,进而更有效地与待测物发生免疫反应,最后利用套管对光的折射和全反射作用实现化学发光信号的高效收集;

5)检测设备便携:检测设备轻巧、便携,集化学发光信号收集及结果分析于一体,可实现现场快速检测。

附图说明

图1:便携式检测设备的总体结构图,其中图1a是便携式检测设备的总体结构立体图;图1b是便携式检测设备的总体结构俯视立体图;图1c是便携式检测设备中光纤探针的细节图,其中:高分子套管01,光纤探针02,光纤支架03,光子计数器 04,控制系统部件05,支架06,密封箱07,移动平台08,移动导轨09,滚珠丝杆 10,导向轮11,移动槽12,电机支架13,电机14。

图2:便携式多通道检测设备的总体结构图。

图3:聚苯乙烯套管与光纤在定位底座上配合组装的示意图。

图4:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器检测呕吐毒素的示意图。

图5:呕吐毒素完全抗原浓度的优化。

图6:异鲁米诺标记的呕吐毒素抗体浓度的优化。

图7:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器检测呕吐毒素的标准曲线。

图8:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器检测降钙素原的示意图。

图9:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器和化学修饰的光纤化学发光免疫法检测降钙素原的标准曲线对比。

图10:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器同时检测三种炎症标志物的示意图。

图11:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器同时检测三种炎症标志物的标准曲线。

图12:基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器和化学修饰的光纤化学发光免疫法检测降钙素原的稳定性对比。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。

试验材料

3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(3-ADMS)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS):购自Sigma-Aldrich公司

呕吐毒素(DON)抗体(3mg/mL)、呕吐毒素完全抗原(DON-BSA)(10 mg/mL):购自山东蓝都生物科技有限公司。

DON标准品:购自百灵威科技公司。

C反应蛋白(CRP)、CRP捕获抗体(CRP-Ab

酶标山羊抗小鼠IgG:购自上海碧云天生物技术有限公司。

光子计数器和光子计数单元:购自北京滨松光子计数股份有限公司。

石英光纤(SFS400/440/700T Superguide UV-Vis):购自上海闻奕光电科技有限公司。

实施例1一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的搭建

根据待测目标物不同,将光纤与不同半径的球形聚苯乙烯套管配合组装(呕吐毒素:套管半径1.5mm,C反应蛋白:套管半径1.5mm,降钙素原:套管半径 2.5mm,白介素6:套管半径3.5mm),将套管浸泡在对应的生物识别分子 (10μg/mL DON-BSA,10μg/mLCRP-Ab

实施例2便携式自动化检测装置的搭建

本发明提供了一种便携式自动化检测装置。

参见图1所示,一种基于高分子套管嵌入的多指标、线性范围可调的光纤化学发光生物传感器的自动化检测设备,该自动化检测装置结构为:

光纤探针02嵌入高分子套管01上,生物识别分子修饰在高分子套管01上,光纤探针02与光纤支架03连接,光纤支架03、光子计数器04和控制系统部件05也设置在支架06上,支架06支架下方装有电机支架13和移动导轨09,电机14安装在电机支架13上,电机转轴和滚珠丝杆10连接,移动平台08一端固定连接密封箱 07,一端连接滚珠丝杆10。

优选地,移动平台08左右两端分别装有两个导向轮11,导向轮11嵌入导轨09 两侧的移动槽12上。

优选地,所述密封箱材质为黑色聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或其他。

使用该自动化检测设备进行检测时,控制系统部件05控制密封箱07向前移动开启密封箱07,将上述高分子套管01嵌入的光纤探针02装入光纤支架03,然后将装有反应试剂的离心管装入密封箱内的试管支架上,开始测量时,密封箱07沿导轨 09向后移动闭合形成密闭空间,光纤探针01伸入反应试剂中进行测量,测量完成后测量结果经控制系统处理将测量结果后发送到手机端。

控制部分主要包括信号处理模块、信号发送模块、控制模块,信号处理模块将光子计数器采集到的光电信号进行处理,并将处理后的检测结果通过信号发送模块发送到移动端,控制模块通过内部继电器控制电机正反转,进而控制密封箱沿轨道移动。

参见图2所示,当该自动化检测装置为多通道时,只需在每个光纤上的高分子套管上偶联对应的生物识别分子,每组生物识别分子和待测目标物相对应,即可对多组目标物进行同时测量。

实施例3直接化学发光法检测呕吐毒素

如图3所示,将半径1.5mm,内有直径395μm通孔的球形聚苯乙烯套管与光纤在底座上配合组装,光纤纤芯直径为400μm,生物识别分子能够通过疏水基团的相互作用固定于聚苯乙烯套管上。

以光纤生物传感器固定的生物识别分子a为呕吐毒素完全抗原(DON-BSA),生物识别分子b为异鲁米诺标记的呕吐毒素抗体(ABEI-DON-Ab)为例,对检测原理进行说明。如图4所示,首先将聚苯乙烯套管与光纤配合组装,将呕吐毒素完全抗原与BSA分别吸附在套管上,制备检测呕吐毒素的聚苯乙烯套管嵌入的光纤探针。然后将光纤探针与待测样品和ABEI-DON-Ab的混合溶液反应,探针上的DON-BSA 和待测样品中的DON竞争溶液中的ABEI-DON-Ab,光纤探针上结合的ABEI- DON-Ab与待测样品中DON的浓度相关。采用实施例2设备,将光纤探针插入过氧化氢中,过氧化氢与异鲁米诺反应,产生化学发光信号,信号强度与待测物中DON 的浓度相关。

具体过程如下:

1、光纤探针的制备

1)将半径1.5mm,内有直径395μm通孔的球形聚苯乙烯套管与光纤配合组装,光纤纤芯直径为400μm,然后将光纤插入10μg/mL DON-BSA中,在37℃下温育2 小时后用PBST洗涤;

2)将上述光纤插入BSA溶液(5%,w/v)在37℃下封闭非特异性位点1小时,然后PBST洗涤后于4℃环境下避光保存。

此时聚苯乙烯套管嵌入的光纤探针已制备完成。

2、DON-BSA浓度的优化

制备传感器所用的DON-BSA浓度分别为1、2、5、10、20μg/mL,ABEI-DON- Ab浓度为5μg/mL,DON浓度为0、1、10、100、1000、10000ng/mL,竞争免疫反应时间为30分钟。从图5中可以看出,不同浓度完全抗原制备传感器对目标物检测的灵敏性存在明显的差异性,其中所用的DON-BSA浓度为10μg/mL时效果最佳。

3、ABEI-DON-Ab浓度的优化

制备传感器所用的DON-BSA浓度分别为10μg/mL,ABEI-DON-Ab浓度为0.5、 1、2、5、10μg/mL,DON浓度为0、1、10、100、1000、10000ng/mL,竞争免疫反应时间为30分钟。从图6中可以看出,不同浓度标记抗体对目标物检测的灵敏性存在明显的差异性,其中所用的ABEI-DON-Ab浓度为5μg/mL时效果最佳。

4、DON标曲的建立

在上述条件下,建立标准曲线:

1)将制备好的光纤探针插入15μL 5μg/mL ABEI-DON-Ab和15μL不同浓度 DON的混合溶液中,37℃反应30min,PBST洗涤3次;

2)将光纤探针插入便携式检测设备中并放入过氧化氢溶液,进行化学发光信号的数据采集和记录;

3)以DON浓度的对数值为横坐标,以空白样品与不同浓度DON样品化学发光强度的差值为纵坐标绘制标准曲线。

如图7所示,DON浓度越大,化学发光强度的差值越大。在1~10

3、小麦中DON的检测

采用标准加入法对小麦样品中的DON进行了检测,结果如表1所示,其回收率均在80.74%~102.36%范围内,且相对标准偏差均低于10.34%,表明该方法具有极高的准确度和精密度,可用于谷物中呕吐毒素的检测。

表1小麦中DON的检测结果

实施例4酶促化学发光法检测降钙素原

采用酶促化学发光法时,以光纤生物传感器固定的生物识别分子a为PCT捕获抗体(PCT-Ab

采用标准加入法对人血清样品中的PCT残留进行检测,检测结果如表2所示,其回收率均在88.79%~108.36%之间,且相对标准偏差均小于10.51%。以上结果表明,该方法具有较高的准确度和精密度,可用于人血清样品中PCT的定量分析。

表2人血清中PCT的检测结果

实施例5线性范围可调的光纤化学发光生物传感器同时检测三种炎症标志物

为了验证该方法能适用于不同对象的检测浓度范围的要求,对人血清中的三种炎症标志物CRP、PCT和IL6进行同时检测。检测原理如图10所示,首先在半径 1.5mm、2.5mm、3.5mm,内有直径395μm通孔的球形聚苯乙烯套管上分别修饰 CRP、PCT、IL6的捕获抗体,光纤纤芯直径为400μm,然后将其串联成串。修饰在聚苯乙烯套管上的捕获抗体与样品中的目标物发生免疫反应结合,酶标抗体能够与被捕获的目标物结合形成免疫复合物。免疫反应结束后,将串联的三个大小不同的套管拆分,每个套管置于定位底座上与单根光纤定位组装,套管上免疫复合物中的 HRP酶能够催化化学发光底物产生化学发光信号。样品中目标物越多,形成的免疫复合物越多,结合的HRP酶越多,产生的化学发光信号越强,因此,样品中的目标物浓度与化学发光强度呈正相关,从而测定样品中的目标物含量。

具体过程如下:

1)将制备好的光纤探针插入不同浓度的CRP、PCT、IL6中,37℃反应30分钟, PBST洗涤3次;

2)将光纤探针插入酶标抗体中,37℃反应30min,PBST洗涤3次;

3)将三个套管拆分,并在定位底座上分别于单根光纤组装后,插入便携式检测设备中并放入新制备的化学放光底物溶液(取鲁米诺和双氧水各50μL,即时混合),进行化学发光信号的数据采集和记录;

以炎症标志物浓度的对数值为横坐标,化学发光强度为纵坐标,作标准曲线,如图11所示;

采用标准加入法对血清样品中检测浓度范围不同的三种炎症标志物残留进行同时检测,过程同上,结果如表3所示,其回收率均在87.51%~112.37%之间,且相对标准偏差均小于10.58%。以上结果表明,该方法具有较高的准确度和精密度,可用于人血清样品中IL6的定量分析。

表3人血清中三种炎症标志物的检测结果

实施例6储存稳定性验证

传统光纤化学发光免疫法需要使用硅化学的方法活化及改变光纤表面的基团以偶联生物分子,这一过程会用到氢氟酸、氢氧化钠等化学试剂,且操作复杂,导致生物分子偶联的稳定性较差。本发明通过聚苯乙烯套管表面的疏水键、离子键等作用,将生物分子直接修饰在包层表面,避免了化学试剂的使用,简化了生物分子的偶联步骤,与此同时,也大大提高了偶联后生物分子的活性及稳定性。

将化学修饰与聚苯乙烯套管修饰制作的PCT光纤探针分别储存不同时间,比较二者的储存稳定性。具体过程如下:

化学修饰光纤探针的制备:

1)用刀在光纤末端轻轻刮去0.5cm长度的亚克力保护层;

2)将去除亚克力保护层的部分使用24%氢氟酸腐蚀20min,以除去二氧化硅涂覆层,用0.1mol/L NaOH和水分别洗涤3次,氮气吹干;

3)将去除涂覆层的纤芯部分使用0.1mol/L NaOH浸泡30min,以活化光纤表面的硅羟基,用水洗涤2次,用乙醇洗涤1次,氮气吹干;

4)将纤芯部分浸泡在1%(v/v)硅烷化试剂3-ADMS的乙醇溶液中60min,以向光纤表面引入氨基,用乙醇洗涤3次,氮气吹干;

5)将上述光纤浸泡在含有0.015mol/L EDC和0.03mol/L NHS的PBS缓冲液(0.1mmol/L,pH=7.0)中1.5h,然后将光纤浸入20μg/mL PCT-Ab

6)将偶联好抗体的光纤浸入5%BSA溶液(w/v)中37℃封闭1h,PBST洗涤 3次,;

7)将制备好的PCT光纤探针置于4℃保存,并在第0、1、3、7、14、30天时对1ng/mLPCT进行检测,验证抗体活性。

本发明光纤的制备:

1)将半径1.5mm,内有直径395μm通孔的球形聚苯乙烯套管置于定位底座上与光纤组装,光纤纤芯直径为400μm;

2)将组装有套管的光纤插入20μg/mL PCT-Ab

2)将上述光纤插入5%BSA溶液(w/v)中37℃封闭1h,然后用PBST洗涤3 次;

3)将制备好的PCT光纤探针置于4℃保存,并在第0、60、120、180、240、 300天时对1ng/mL PCT进行检测,验证抗体活性。

由图12可以看出,通过化学修饰的抗体-光纤探针在保存180天后,其检测 PCT的化学发光强度显著下降,在第240天后几乎完全失活;而通过聚苯乙烯套管组装的光纤探针在保存前180天检测PCT的化学发光强度几乎没有变化,在第240 天仍保持原始信号值83%的信号强度,在储存300天后,其信号强度仍为原始强度的60%以上。以上结果表明,基于聚苯乙烯套管嵌入的抗体-光纤探针较之于化学修饰的光纤探针偶联的抗体更不易失活,具有更好的稳定性和储存能力。

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