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        荧光生物传感器的灵敏度高选择性好,在多种生物分子包括蛋白质、生物小分子、核酸等的检测中应用广泛。氧化石墨烯(GO)具有独特的DNA吸附性能和通用型荧光淬灭剂的性质,广泛应用于生物分析领域。
        石墨烯是新型的碳纳米材料,具有优异的光学、力学、热学及化学性质,从而在生物分析和功能材料领域有良好的发展前景[13]。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物,具有良好的水溶性和生物相容性。近年来,人们发展了一系列基于GO的光学生物传感器检测核酸[14]、蛋白质[15]、病毒[16]、金属离子[17]和生物小分子[18]。GO具有一些独特的性质拓展了它的应用范围。首先,GO跟单链DNA的结合力较强,而对双链DNA或充分折叠的单链DNA的亲和力低得多。其次,GO是一个通用型的荧光淬灭剂[19],可以有效猝灭多种荧光染料或荧光体的荧光 [20]。因此,利用GO这两种性质构建的光学传感器具有灵敏度高信噪比大的特点。 另外,GO还具有大的比表面积使其能够有较大的药物负载量,可用于细胞成像。GO对吸附在其表面的核酸有保护作用,可以防止核酸酶的酶切,从而使其在细胞内的生物分析中发挥作用。
        Lambda核酸外切酶(λ exo)是具有从DNA末端水解磷酸二酯键生成单核苷酸作用的酶。它主要作用于双链DNA,沿5'-3'方向逐步切去5'单核苷酸。它酶切的最佳底物是5'磷酸化的双链DNA,同时对单链DNA或者非磷酸化的双链DNA底物也有极其缓慢的降解作用。
    本论文中,我们借助GO独特的DNA吸附性能和通用型荧光淬灭剂的性质,并利用λ exo对酶切底物的选择性,构建了一种基于GO的荧光生物传感方法检测目标ALP的活性。本实验中的两条单链DNA探针退火杂交成双链DNA,其中一条链末端的5'磷酸化基团可以在ALP作用下去磷酸化,从而阻止了λ exo的酶切,进而保持双链结构不被GO吸附猝灭。荧光强度与ALP的浓度成正比,通过对荧光信号的检测可实现对目标ALP活性的灵敏检测。
    1 实验部分
    1.1 仪器
        荧光光谱仪:JASCO FP-750 日本分光公司;离心机:型号TDL-4,上海安享科学仪器厂;pH计;超声波清洗仪 型号RQ-500B,恒温水槽。
    1.2 药品与试剂
        氧化石墨烯(GO)固体(通过hummers方法制备,用灭菌水溶解成储备液1 mg/mL);小牛肠碱性磷酸酶(CIP),纽英伦生物技术(北京)有限公司;Lambda核酸外切酶,纽英伦生物技术(北京)有限公司;
    反应液:1×NEBuffer 3 (100 mM NaCl, 50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl2,1 mM DTT (pH 7.9 @25°C) );检测液:10 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl,5 mM MgCl2,pH=8.0
    实验所用DNA序列(P1,P2)由生工生物工程(上海)股份有限公司合成纯化,序列组成为:
    P1: PO32-GTTATTGATCGAGTGTAGGCCTTAGT
    P2:FAM-ACTAAGGCCTACACTCGATCAATAAC
    实验准备:首先用灭菌水将两管DNA探针溶解成10M浓度的储备液,混合均匀后,分装数管并各取出一管放置冰箱上层备用。用1×NEBuffer 3 将上述浓度的DNA探针的储备液稀释至1M,并置于冰箱上层保存备用。
    1.3 实验步骤
    取0.6 mL的离心管,加入6L P1 (1M),6L P2 (1M),6L 10×NEBuffer 3和36L灭菌水,混合均匀后放置在95度保持5 min,然后慢慢冷去至室温,以使两条DNA探针能退火杂交形成稳定的双链结构。随后向上述混合液中加入6L不同浓度的目标碱性磷酸酶CIP,并在37度下反应1 h。去磷酸后反应后,继续加入5 L (1U/L λ exo)和35 L灭菌水,继续在37度酶切反应30 min。接着向上述溶液中加入10 L GO (200 g/mL)和90 L检测液,震荡混合后,室温静置10 min,后立刻在荧光仪上进行荧光检测,并及时记录保存数据。荧光检测设置的激发波长为494 nm,发射光谱的收集波长为504-600 nm,实验数据全程用Sigmaplot进行处理作图。
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